Unsicherheiten bei der Berechnung von Nährstoffbilanzen an Umweltmessnetzen

Obwohl die Nährstoffbilanz ein wichtiges Instrument bei der Entwicklung von Bewirtschaftungsstrategien ist, bestehen nach wie vor erhebliche Unsicherheiten, die ihren Einsatz in Forstplanung und Beratung der Waldbesitzer erschwert. Unbedingt erforderlich ist daher, neben der „absoluten“ Bilanz auch ihre Unsicherheit abzubilden. In der vorgestellten Untersuchung erfolgte dies mit Hilfe von Monte-Carlo-Simulationen für zwei Umweltmessnetze mit unterschiedlicher Datenverfügbarkeit (BZE-Punkte, BWI-Traktecken). Der vorgestellte statistische Ansatz erscheint ausreichend genau und umfassend für die Beurteilung der Fehler von Nährstoffbilanzen zu sein. Aufgrund seiner Einfachheit lässt er sich leicht auf andere Testregionen oder Umweltmessnetze (z.B. Level II) übertragen

Sensitivität der Nährstoffentzüge aus Waldökosystemen hinsichtlich der Biomassefunktionen und Nährstoffgehalte

Zur Verbesserung der Abschätzung von Nährstoffentzügen aus Waldökosystemen wurden Sensitivitätsanalysen durchgeführt, die zum einen Rückschlüsse auf das Modellverhalten zulassen und zum anderen eine Quantifizierung der Unsicherheiten einflussreicher Parameter ermöglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass neben dem Zuwachs an Derbholzmasse insbesondere der Abschätzung der Elementgehalte im Derb- und Reisholz eine entscheidende Bedeutung zukommt. Die fünf untersuchten Baumarten Eiche, Buche, Fichte, Kiefer und Douglasie unterscheiden sich in der Empfindlichkeit gegenüber Unsicherheiten in den Eingangsparametern. Aufgrund ihres breiten Standortsspektrums sind die Unsicherheiten bei der Buche am größten, bei der Kiefer durch die Beschränkung auf nährstoffarme Standorte am geringsten. Unsicherheitsberechnungen an Level II-Flächen zeigen, dass generell von einem Fehler von etwa 10-20% ausgegangen werden muss

Ableitung von bodenphysikalischen Parametern für Waldstandorte in Schleswig-Holstein

Die steigende Nachfrage nach großmaßstäblichen Standorts- und Bodeninformationen im Bereich der forstlichen Planungs- und Entscheidungs­unterstützung stellt immer höhere Anforderungen an die Qualität von bodenphysikalischen Basisinformationen (Sand-, Schluff- und Tongehalt, Skelett- und Humusgehalt und Trockenrohdichte). Diese gehen direkt in statistische und prozessorientierte Modelle zur flächenhaften Bewertung des Wasser- und Stoffhaushaltes ein. Abhängig von der Maßstabsebene, in der die flächenhaften Bodeninformationen vorliegen, ergeben sich unterschiedliche Unsicherheiten für die auf diesen Daten basierenden Auswertungen. In Schleswig-Holstein liegen flächenhafte bodenphysikalische Angaben in Form der Waldbodenübersichtskarte im Maßstab 1 : 1.000.000 (BÜK1000), der Bodenübersichts­karte im Maßstab 1 : 200.000 (BÜK 200, BGR©2015) und – bisher noch nicht vollständig - der Bodenkarte im Maßstab 1 : 25.000 (BK25) vor. Die forstliche Standortskarte für Waldflächen in Schleswig-Holstein (1 : 25.000) deckt zwar viele Gebiete ab, die von der BK25 nicht erfasst werden, sie enthält jedoch nur eingeschränkt bodenphysikalische Informationen. Da der forstliche Standortstyp Standorte mit ähnlichen Umwelt­bedingungen und waldbaulichen Möglichkeiten zusammenfasst, wurden die Standortstypen als übergeordnete Einheit zur Herleitung von Bodenleitprofilen verwendet. Vorhandene Bodenprofile (4759) wurden anhand des zugewiesenen forstlichen Standorttyps gruppiert. Für forstliche Standortstypen zu denen mindestens fünf Bodenprofile vorhandenen waren, wurden die Parameter mit verschiedenen Methoden (horizont-, tiefenstufenbezogen) aggregiert. Zur Evaluierung, der nach unterschiedlichen Methoden abgeleiteten bodenphysikalischen Parameter eines Bodenleitprofils dienten die Bodenprofile der zweiten Bodenzustands­erhebung im Wald (BZE II). Die Ergänzung von Bodeninformationen für nichtkartierte Flächen im Maßstab 1 : 25.000 anhand der erstellten Bodenleitprofile für forstliche Standorttypen lieferte hinreichend genaue und verzerrungsfreie Schätzungen der bodenphysikalischen Parameter im Vergleich mit den BZE II-Profilen. Die Qualität der flächenhaften Information basierend auf den erstellten Bodenleitprofilen ist vergleichbar mit den bodenphysikalischen Informationen der BK25

Nährstoffbilanzen für Buchen-, Eichen-, Fichten- und Kiefernbestände bei verschiedenen Nutzungsintensitäten

Für 10 Waldstandorte in Niedersachsen mit Buche, Eiche, Fichte bzw. Kiefer wurden Bilanzen des Ein- und Austrags von Calcium, Kalium, Magnesium und Stickstoff unter Berücksichtigung von 3 Nutzungsintensitäten (ohne Nutzung, Derbholz-Nutzung, Vollbaum-Nutzung) berechnet. Bereits die konventionelle Derbholz-Nutzung kann erhebliche Nährstoffverluste verursachen. Der zusätzliche Entzug einer intensivierten Nutzung wäre bei nährstoffarmen Standorten und besonders für Calcium (Fichte > Buche > Kiefer > Eiche) und Magnesium (Fichte > Kiefer > Buche > Eiche) kritisch. Bei signifikant negativen Bilanzen würde er innerhalb von 100 Jahren bei Calcium > 90 % (Eiche > Fichte > Kiefer > Buche) und bei Magnesium > 110 % (Eiche > Fichte > Buche > Kiefer) des Umfangs einer Kalkung entsprechen. Eine Intensivierung der konventionellen Derbholz-Nutzung sollte deshalb nur auf solchen Standorten erfolgen, wo nachhaltige Nährstoffkreisläufe gesichert sind

Bodenvorräte & Bilanzen von Makronährstoffen als Indikatoren für die ökologische Bewertung intensiver Biomassenutzung im Wald

Die mögliche Nutzungsintensität von Waldbeständen wird häufig anhand einzelner Indikatoren wie den Nährstoffvorräten im effektiven Wurzelraum (AKe), dem Nährstoffentzugsindex oder der Stoffbilanz bewertet. Dabei ergeben sich für die hier untersuchten Flächen des Intensiven Umweltmonitorings für Kalium und Magnesium große Differenzen zwischen den betrachteten Indikatoren, dagegen für Calcium ein eher undifferenziertes Bild. Aufgrund der uneinheitlichen Ergebnisse ist es erforderlich, die Indikatoren hinsichtlich ihrer Aussage genau zu überprüfen. Gleichzeitig sollte die Ableitung von standortspezifischen Empfehlungen für eine angemessene Nutzungsintensität und den Bedarf an Kompensationsmaßnahmen (z. B. Kalkung) unbedingt unter Berücksichtigung aller potenziellen Indikatoren erfolgen

Global maps of soil temperature

Research in global change ecology relies heavily on global climatic grids derived from estimates of air temperature in open areas at around 2 m above the ground. These climatic grids do not reflect conditions below vegetation canopies and near the ground surface, where critical ecosystem functions occur and most terrestrial species reside. Here, we provide global maps of soil temperature and bioclimatic variables at a 1-km2 resolution for 0–5 and 5–15 cm soil depth. These maps were created by calculating the difference (i.e. offset) between in situ soil temperature measurements, based on time series from over 1200 1-km2 pixels (summarized from 8519 unique temperature sensors) across all the world's major terrestrial biomes, and coarse-grained air temperature estimates from ERA5-Land (an atmospheric reanalysis by the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts). We show that mean annual soil temperature differs markedly from the corresponding gridded air temperature, by up to 10°C (mean = 3.0 ± 2.1°C), with substantial variation across biomes and seasons. Over the year, soils in cold and/or dry biomes are substantially warmer (+3.6 ± 2.3°C) than gridded air temperature, whereas soils in warm and humid environments are on average slightly cooler (−0.7 ± 2.3°C). The observed substantial and biome-specific offsets emphasize that the projected impacts of climate and climate change on near-surface biodiversity and ecosystem functioning are inaccurately assessed when air rather than soil temperature is used, especially in cold environments. The global soil-related bioclimatic variables provided here are an important step forward for any application in ecology and related disciplines. Nevertheless, we highlight the need to fill remaining geographic gaps by collecting more in situ measurements of microclimate conditions to further enhance the spatiotemporal resolution of global soil temperature products for ecological applications

Global maps of soil temperature

Research in global change ecology relies heavily on global climatic grids derived from estimates of air temperature in open areas at around 2 m above the ground. These climatic grids do not reflect conditions below vegetation canopies and near the ground surface, where critical ecosystem functions occur and most terrestrial species reside. Here, we provide global maps of soil temperature and bioclimatic variables at a 1-km2 resolution for 0–5 and 5–15 cm soil depth. These maps were created by calculating the difference (i.e. offset) between in situ soil temperature measurements, based on time series from over 1200 1-km2 pixels (summarized from 8519 unique temperature sensors) across all the world\u27s major terrestrial biomes, and coarse-grained air temperature estimates from ERA5-Land (an atmospheric reanalysis by the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts). We show that mean annual soil temperature differs markedly from the corresponding gridded air temperature, by up to 10°C (mean = 3.0 ± 2.1°C), with substantial variation across biomes and seasons. Over the year, soils in cold and/or dry biomes are substantially warmer (+3.6 ± 2.3°C) than gridded air temperature, whereas soils in warm and humid environments are on average slightly cooler (−0.7 ± 2.3°C). The observed substantial and biome-specific offsets emphasize that the projected impacts of climate and climate change on near-surface biodiversity and ecosystem functioning are inaccurately assessed when air rather than soil temperature is used, especially in cold environments. The global soil-related bioclimatic variables provided here are an important step forward for any application in ecology and related disciplines. Nevertheless, we highlight the need to fill remaining geographic gaps by collecting more in situ measurements of microclimate conditions to further enhance the spatiotemporal resolution of global soil temperature products for ecological applications

Global maps of soil temperature

Research in global change ecology relies heavily on global climatic grids derived from estimates of air temperature in open areas at around 2 m above the ground. These climatic grids do not reflect conditions below vegetation canopies and near the ground surface, where critical ecosystem functions occur and most terrestrial species reside. Here, we provide global maps of soil temperature and bioclimatic variables at a 1-km² resolution for 0–5 and 5–15 cm soil depth. These maps were created by calculating the difference (i.e., offset) between in-situ soil temperature measurements, based on time series from over 1200 1-km² pixels (summarized from 8500 unique temperature sensors) across all the world’s major terrestrial biomes, and coarse-grained air temperature estimates from ERA5-Land (an atmospheric reanalysis by the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts). We show that mean annual soil temperature differs markedly from the corresponding gridded air temperature, by up to 10°C (mean = 3.0 ± 2.1°C), with substantial variation across biomes and seasons. Over the year, soils in cold and/or dry biomes are substantially warmer (+3.6 ± 2.3°C) than gridded air temperature, whereas soils in warm and humid environments are on average slightly cooler (-0.7 ± 2.3°C). The observed substantial and biome-specific offsets emphasize that the projected impacts of climate and climate change on near-surface biodiversity and ecosystem functioning are inaccurately assessed when air rather than soil temperature is used, especially in cold environments. The global soil-related bioclimatic variables provided here are an important step forward for any application in ecology and related disciplines. Nevertheless, we highlight the need to fill remaining geographic gaps by collecting more in-situ measurements of microclimate conditions to further enhance the spatiotemporal resolution of global soil temperature products for ecological applications