Achilles, Florian

Michalzik, Beate

Tischer, Alexander

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 Räumliche Muster von Baumarteneffekten auf Eigenschaften des Auflagehumus - Untersuchungen entlang von bestandesübergreifenden Transekten zwischen Rotbuche und Fichte/Kiefer in bodensauren Forsten Mitteldeutschlands  Florian Achillesa,c, Alexander Tischera, Beate Michalzika,b  Schlüsselworte:  Waldumbau, Streufall, Boden, Humus, räumlicher Baumarteneffekt  Zusammenfassung:  Als Reaktion auf die weiträumig degradierten Waldgebiete Mittel-deutschlands wurden im frühen 20. Jh. gezielt Buchengruppen (Ø < 20 m) innerhalb von bodensauren Fichten- und Kiefernbeständen zur Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit angepflanzt.   aFriedrich-Schiller-Universität Jena, Institut für Geographie, Professur für Bodenkunde, Löbdergraben 32, 07743 Jena, GER bDeutsches Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig cKontakt: florian.achilles@uni-jena.de Die heute etwa 85 Jahre alten Gruppen, aufgrund ihrer Form traditionell Grüne Augen genannt, bieten die seltene Möglichkeit langfristige Auswirkungen des Waldumbaus auf bodenökologische Eigenschaften des Auflagehumus räumlich und zeitlich zu untersuchen. Ein klimatisch-geologischer Gradient zwischen den untersuchten Regionen (Ostthüringer Buntsandstein-Hügelland, Thüringer Vogtland, Mittelerzgebirge), ermöglichte die Einbeziehung der Wirkung von Geologie und Klima.  Innerhalb einer Region erlaubte die 3-fache Wiederholung von Buche-Nadelforst-Paaren unter vergleichbaren lokalen Standortsbedingungen eine Analyse der räumlichen Auswirkung der Baumarteneffekte (z.B. Streueintrag). An jedem Standort wurden mit Hilfe eines Transekt-Designs jeweils auf 40 m Länge aller 2 m (n = 41) in 5 Tiefenstufen (L-Hz. - 10 cm Mineralbodentiefe) in SO- und NO-Ausrichtung u.a. der pH-Wert (in KCl), die Abbaudynamik organischen Materials und die Größe von Nährstoffvorräten (C, N, Ca, Mg, K) untersucht und mittels linear gemischter Modelle analysiert. Der Kernbereich der Grünen Augen (6-8 m um das Gruppenzentrum) unterscheidet sich hinsichtlich der Humuseigenschaften deutlich vom umgebenden Nadelforst. So sind die pH-Werte um bis zu 20 % und die Umsatzraten des organischen Materials um 43 % erhöht.  Der positive Effekt der Grünen Augen auf die Humusqualität reicht bis zu 8 m über die Kronenraumbedeckung der Rotbuche hinaus, schwächt sich jedoch ab 4 m deutlich ab. Der Effekt scheint vor allem Streufall-geleitet zu sein und erstreckt sich in Bereichen mit durch den Wind fahnenartig verwehter Buchenstreu ausgedehnter in den Nadelforst.  Die Ergebnisse der Transekt-Untersuchungen legen nahe, dass die Grünen Augen in erster Buchengeneration inselartig ein feuchteres und weniger Tagungsbeitrag zu:  Jahrestagung der DBG, Kommission II: Bodenchemie Titel der Tagung:  Böden – divers & multifunktional Veranstalter: DBG/UFZ Termin und Ort der Tagung: 2.-8. September 2023, Halle/Saale Berichte der DBG (nicht begutachtete online Publikation), http://www.dbges.de saures Mikrohabitat für pH-sensitive Destruenten im Auflagehumus schaffen. Am deutlichsten ist dies in der niederschlagsärmsten, wärmsten und magersten Region.  Die biologische Aktivierung des oberen Waldbodens innerhalb des Wirkungsbereiches der Grünen Augen kann zu höheren C-Transportraten in den Mineralboden führen. In Hinblick auf den Klimawandel mit einem größeren Waldbrand-Risiko kann dies zu einer stabileren Kohlenstoffspeicherung im Waldboden beitragen.   Kommission II (Bodenchemie) - Jahrestagung der Deutschen Bodenkundlichen Gesellscha昀琀 2023    Räumliche Muster von Baumartene昀昀ekten auf Eigenscha昀琀en des Au昀氀agehumus   Untersuchungen entlang von bestandesübergreifenden Transekten zwischen Rotbuche und Fichte/Kiefer in bodensauren Forsten Mi琀琀eldeutschlands    Florian Achilles1, Alexander Tischer1,2, Beate Michalzik1,2   Kontakt: 昀氀orian.achilles@uni-jena.de 1 Friedrich-Schiller-Universität Jena, Ins琀椀tut für Geographie, Professur für Bodenkunde, Löbdergraben 32, 07743 Jena, GER; 2 Deutsches Zentrum für integra琀椀ve Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig  Referenzen:  Augusto, L., De Schrijver, A., Vesterdal, L., Smolander, A., Prescott, C., Ranger, J. (2015): Influences of evergreen gymnosperm and deciduous angiosperm tree species on the functioning of temperate and boreal forests. Biol Rev Camb Philos Soc. 90. 444-466. 10.1111/brv.12119. Axer, M., Kluckow, F., Wagner, S. (2022): Evaluation of a Restoration Approach After One Century – Effects of Admixed European Beech on the Natural Regeneration Potential and Humus Condition in Spruce Stands. Fron-tiers in Forests and Global Change. 5. 10.3389/ffgc.2022.826186. Clemens, R. (1930): Anbau von Buchenhorsten in einem sächsischen Fichtenrevier. Der Deutsche Forstwirt. 505-507. 513-515. DWD - Deutscher Wetterdienst (2022): Klimadaten: Krölpa; Schmieritz-Weltwitz; Marienberg): https://cdc.dwd.de/portal/. Climate Data Center. Hoppe, W., Seidel, G. (1974): Geologie von Thüringen : [Bezirke Erfurt, Gera, Suhl], Haack, Gotha. Tichomirowa, M. (2001): Die Gneise des Erzgebirges – hochmetamorphe Äquivalente von neoproterozoisch – frühpaläozoischen Grauwacken und Granitoiden der Cadomiden, Habilitation, TU Bergakademie Freiberg, Freiberg, 223 pp. Wälder, K., Frischbier, N., Bredemeier, M., Näther, W., Wagner, S. (2008): Analysis of OF-layer humus mass variation in a mixed stand of European beech and Norway spruce: An application of structural equation modelling Ecological Modelling 213 319-330 10.1016/j.ecolmodel.2007.12.014.   weitere Ergebnisse:  Achilles, F., Tischer, A., Bernhardt-Römermann, M., Chmara, I., Achilles, M., Michalzik, B. (2021a): Effects of Moderate Nitrate and Low Sulphate Depositions on the Status of Soil Base Cation Pools and Recent Mineral Soil Acidification at Forest Conver-sion Sites with European Beech (“Green Eyes”) Embedded in Norway Spruce and Scots Pine Stands. Forests. 12. 10.3390/f12050573. Achilles, F., Tischer, A., Bernhardt-Römermann, M., Heinze, M., Reinhardt, F., Makeschin, F., Michalzik, B. (2021b): European beech leads to more bioactive humus forms but stronger mineral soil acidification as Norway spruce and Scots pine – Results of a repeated site assessment after 63 and 82 years of forest conversion in Central Germany. Forest Ecology and Management. 483 118769, https://doi.org/10.1016/j.foreco.2020.118769 Danksagung: Prof. Dr. Jürgen Bauhus, Prof. Dr. Martin Heinze, Dr. Marie Gruselle, Dr. Karin Potthast, Dr. Nico Frischbier, Ines Chmara, Frank Reinhardt, Isabell Rößig, Uta Ben-eke, Nico Blaubach, Kati Hartwig, Mareike Achilles, Nadine Schilke, Juliane Howe, Maximilian Schlender, Max Wildies, Barba-ra Maria Kaden, Andreas Jakobi, Jan-Eric Timm, Sascha Graupner, Arvid Müller, Ronja Helene Prietzsch, Christian Gregori GEORG-LUDWIG-HARTIG STIFTUNG HINTERGRUND UND ZIELSTELLUNG Baumartenspezifische Wechselwirkungen mit dem Waldboden (u.a. Mikroklima, Stoffflüsse) können als Instrument für eine Schaffung störungs- und klimaresilienter Mischbestände dienen (Augusto et al., 2015).   Als Reaktion auf weiträumig degradierte Waldgebiete Mittel-deutschlands wurden im frühen 20. Jh. gezielt Buchengruppen (Fagus sylvatica) innerhalb von bodensauren Nadelforsten (Pinus sylvestris und Picea abies) (aufgrund ihrer Form traditio-nell „Grüne Augen“ genannt; Abb. 1) zur Verbesserung der Bo-denfruchtbarkeit angepflanzt (Clemens, 1930).   Obwohl die Effekte weit verbreiteter Baumarten wie der Buche auf Bodeneigenschaften weitgehend bekannt sind, gilt dies nicht für deren räumliche (insbesondere horizontale) Reichwei-te. Nur wenige Studien befassen sich mit der räumlichen Variati-on des Effektes der Rotbuche auf die Zersetzung organischen Auflagehumusmaterials (OM) (Wälder et al., 2008; Axer et al., 2022). Es besteht ein Bedarf an weiteren Untersuchungen auf METHODEN HAUPTERGEBNISSE FAZIT Die Ergebnisse des Projektes zeigen, dass ~85 Jahre nach der Etablierung der Grünen Augen vor allem Streufall-geleitet über deren Bestandesgrundfläche hinaus eine deutliche Einwirkung der Bu-che auf Kennwerte der organischen Auflage im Nadelforst stattfindet:  → Die biologische Aktivierung des oberen Waldbodens durch die Grünen Augen kann u.a. zu höheren C-      Transportraten in den Mineralboden und zu einer stabileren, klimaresilenten C-Speicherung beitragen.  → Es bleibt ein Feld weiterer Forschung, wie folgende Baumgenerationen auf initial veränderte Bodeneigen-       schaften reagieren und wie dieses mit zukünftigen Ökosystemdynamiken zusammenhängt.  → Transektuntersuchungen bieten sich als Methode für bodenökologische Fragestellungen unter Berück-      sichtigung von räumlichen Baumarteneffekten an. Abb. 2: A) Lage des Untersu-chungsgebiets in Mitteldeutsch-land (Regionen als schwarze Quadrate markiert). B) Oberflä-chennahe Geologie (siehe auch Abb. 5B). Das Gestein in Hum-melshain und Linda ist überwie-gend durch langsam verwittern-de Quarze und Kalifeldspäte (Orthoklas) gekennzeichnet, während die normative Minera-logie in Pockau reicher an Glim-mern (Biotit, Muskovit) und Pla-gioklas-Feldspäten (Oligoklas) ist (Hoppe und Seidel, 1974; Tichomirowa, 2001). Abb. 1: Grüne Augen wurden in den 1930er Jahren als Gruppen meist auf Sturmschad- oder Kahl-schlagsflächen zur Oberbodenzustandsverbesse-rung angepflanzt (Größe 0,1–0,8 ha). Abb. 3: Untersu-chungsschema. Es wurden die räumlichen Muster von Baumar-teneffekten (Fagus syl-vatica, Pinus sylvest-ris, Picea abies) in drei Mittelgebirgsregionen (quarzreiches / silikati-sches Grundgestein) an jeweils drei For-schungsstandorten (insgesamt 9 einzelne Flächen: T1–T9) Tran-sekt-basiert unter-sucht.  Eine Fläche aus jeder Region dien-te zusätzlich als Moni-toringstandort (Intensivstandorte: T1, T5, T9). Abb. 5: Faktor Bodenfeuchte. A) Räumliches Muster der Bodenfeuchte in der Beispielregion Hummelshain unter Angabe der Jahres-Niederschlagssumme (DWD 2022). B) Die Böden in Hummelshain (H) sind im Regionsvergleich mit Linda (L) und Pockau (P) am trockensten. A B Abb. 9: pH-Wert. Räumliches Muster des Aciditätsstatus des Auflagehumus (pH-Wert in KCl) getrennt nach Horizonten entlang der Transekte in den Untersuchungsregionen. Die Flächen sind durch saure Verhältnisse gekennzeichnet, wobei in der Region Hummelshain und Linda niedrigere pH-Werte vorkommen als in der Region Pockau. Abb. 6: Faktor Temperatur. A) Oberflächentemperatur der org. Auflage (Infrarot) am Über-gang (TZ) des Nadelforstes (CS) in eine Rotbuchen-Gruppe (GE) an einem Hitzetag im Sommer 2023 in der Region Hummelshain. B) Bodentemperaturen (Humipedon) der Stra-ten an den Intensiv-Flächen in der Vegetationsperiode 2019 und C) regionaler Temperatur-gradient (Abk. siehe Abb. 5B). C mehreren räumlichen Skalen (lokal, regional) und entlang von Umweltgradienten (z.B. Klima).   Die im vorgestellten Promotionsprojekt untersuchten Buchengruppen boten die seltene Mög-lichkeit langfristige Effekte ca. 85 Jahre alter Waldumbaumaßnahmen auf den Auflagehumus räumlich zu untersuchen. Ein regionaler Gradient ermöglichte ferner die Einbeziehung der Auswirkung von Geologie und Klima auf die Stärke des Baumarteneffektes. Abb. 8: Kohlenstoffvorrat und Faktor Geologie. A) Tiefenmuster der Kohlenstoffvorräte (C) in den Horizonten des Auflagehumus entlang der Transekte (Straten) in den Beispielre-gionen Hummelshain und Pockau. B) Hummelshain (H) und Pockau (P) zeigen als jeweilige Endglieder eines regionalen geologischen Gradienten auf silikatischen Ausgangsge-steinen unterschiedliche Nährstoffverfügbarkeiten in ihren Böden (L = Region Linda).  A B Abb. 7: Humusform und Umsatzrate organischen Materials. Räumliches Muster der Humusformen-Verteilung (Mull, Moder, Rohhumus) entlang der Transekte in den Untersu-chungsregionen unter Angabe der stratenabhängigen Umsatzrate organischen Materials des Auflagehumus (OM Umsatzrate k = OM-FAL = jährl. Streueintrag/org. A. OM-Vorrat. → Der OM-Umsatz der GE ist um bis zu 43 % höher als in den CS, in nährstoffreicheren Regionen gekennzeichnet durch eine Mull-Dominanz (Abb. 7). → Der C-Vorrat unterscheidet sich stratenabhängig im Tiefenverlauf des Auflagehumus mit einer C-Akkumulation in tieferen Horizonten innerhalb der GE als in den TZ oder CS (Abb. 8). → Die GE besitzen bis in den Oh-Horizont hinein 5-23 % höhere pH-Werte als der Nadelforst (Abb. 9). → In erster Generation schufen die GE in ihrem Kernbereich (6-8 m) inselartig feuchtere (Abb. 5) und weniger saure Mikrohabitate (Abb. 9) für pH-sensitive Destruenten im Auflagehumus. Am deutlichsten in der niederschlagsärmsten und wärmsten Region (Abb. 5B, 6B-C). Abb. 4 Faktoren Kronenraum und Streufall. A) Kronenbedeckung entlang der Transekte unter Angabe der totalen Solarstrahlung (diffus und direkt) im Stratum sowie B) räumliche Muster der Blatt- und Nadelstreufallmasse in der Hauptstreufallperiode 2018 unter C) Angabe der Hauptwindrichtung 2018/19. → In Windrichtung zeigt sich im Herbst ein horizontal, fahnenartig bis über 12 m Ausdehnung über den Buchen-Kronenrand hinausreichender Bereich erhöhter Buchenstreumasse im Nadelforst (Abb. 4). → Die Unterschiede in Eigenschaften des Auflagehumus zwischen Buchengruppen und umgebendem Nadel-     forst sind schwächer in nährstoff- und niederschlagsreicheren Regionen, d.h. der Baumarteneffekt der Buche      ist stärker in mageren, trockenen und wärmeren Regionen. 

Räumliche Muster von Baumarteneffekten auf Eigenschaften

des Auflagehumus - Untersuchungen entlang von bestandesübergreifenden Transekten zwischen Rotbuche und

Fichte/Kiefer in bodensauren Forsten Mitteldeutschlands

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