The impact of canopy composition on the nutritional statusof an admixed spruce and beech forest at Solling,central Germany

Abstract

In einem Mischwald aus Buche und Ficht im Solling wurde der Einfluss des Kronenraums auf den Stoffhauhalt des Ökosystems untersucht. Dabei lautete die Arbeithypothese, dass die Mischungsanteile der Baumkronen ein spezifisches Muster an bio-geochemischer Heterogenität erzeugen, welches sich im Bestand über den Stoffeintrag bzw. über bodenökologische Kennwerte nachweisen lässt. Zum Nachweis derartiger Muster wurden so genannte Kronenraumklassen ausgeschieden, für die jeweils die Wasser- und Elementflüsse (Kronentraufe und Streufall), der Boden und die Bodenlösung, die Streuzersetzung und die Bodenatmung untersucht wurden. Die Untersuchungen wurden an zwei unterschiedlichen Flächen vorgenommen, die sich hinsichtlich des Mischungsanteils extrem unterschieden: i) eine von Fichten dominierte Fläche, bei der lediglich 2 einzelne Buchen eingemischt waren (im Folgende bezeichnet als SDP, "Spruce Domiated Plot") und ii) eine unmittelbar benachbarte und von Buchen dominierte Fläche, mit nur einer einzelnen Fichte im Zentrum (BDP, "Beech Dominated Plot"). Jeder Plot wurde unterteilt nach folgenden Kronenraumklassen (Teilflächen): "reine Buche", "reine Fichte", "gemischt" und "Freifläche" (gap). Folgende Ergebnisse wurden erzielt: Für beide Flächen, SDP und BDP war der Wasserfluss mit der Kronentraufe unter der Teilfläche "reine Fichte" gegenüber dem unter "reiner Buche" signifikant reduziert, der Elementeintrag jedoch generell erhöht. Es wird auf eine vom Mischungsanteil unabhängige und primär durch die Baumart bestimmte Eintragsfunktion geschlossen. Mit Ausnahme von K+ zeigten sich für die Kronenraumklasse "gemischt" mittlere Eintragsraten mit der Kronentraufe, verglichen mit den jeweiligen Klassen "reine Buche" bzw. "reine Fichte". Für K+ wurde ein signifikant höherer Eintrag unter den gemischten Kronenraumbereichen ermittelt. Es wird auf ein durch die Interaktion der Baumkronen induziertes höheres Leaching von K+ geschlossen. Insgesamt erwies sich die Kronentraufe als wesentlicher Faktor zur Förderung der stofflichen Heterogenität in den Untersuchungsflächen. Dagegen zeigen die stofflichen Einträge mit der Streu nahezu ähnliche Eintragsraten und tragen somit zur stofflichen Homogenität im Buchen-Fichten Mischwald bei. Unterschiede in bodenchemischen Eigenschaften waren nur für die organische Auflage und den mineralischen Oberboden nachweisbar. So wurden signifikant höhere pH-Werte (CaCl2) auf der Freifläche (gap) und signifikant niedrigere pH-Werte unter "reiner - 14 - Fichte" in der Humusauflage und im Oberboden für die Fläche SDP festgestellt. Diese Ergebnisse wurden auf höhere Elementeinträge bei einem gleichzeitig geringeren Wasserfluss unter Fichte zurückgeführt. Trotz der nahezu gleich hohen Einträge an Streu wurden für die Mengen an akkumuliertem organischem Material (Humuslagen) deutliche Unterschiede zwischen den Teilflächen für beide Untersuchungsflächen, SDP und BDP, festgestellt. Besonders deutlich prägten sich diese Unterschiede zwischen den Teilflächen und in der Reihenfolge "reine Fichte" ≥ "reine Buche" ≥ Freifläche aus. Für die Bodenlösung in 10 cm Bodentiefe wurden signifikant höhere pH-Werte unter "reiner Buche", verglichen mit den Teilflächen unter reiner Fichte ermittelt. Dieser Befund kann erklärt werden über unterschiedliche Element- und Wasserflüsse zwischen den Teilflächen. Hinsichtlich der Rate der Streuzersetzung und der CO2-Bodenatmung wurde ein signifikanter Effekte für die Buchen-dominierte Versuchsfläche BDP diagnostiziert. Unter "reiner Buche" und für die Freifläche (gap) wurden geringere verbleibende Massen am Ende der Inkubationszeit (nach ca. 1 Jahr), im Vergleich zur Teilfläche "reine Fichten" ermittelt. Es wird auf eine von der Kronenklassifizierung unabhängige erste Phase der Streuzersetzung geschlossen. Zudem zeigte die Fläche "reine Buch" höhere CO2-Emissionsraten, verglichen mit der Freifläche (gap). Eine Abschätzung der wurzelbürtigen CO2-Freisetzung bestätigte den Befund einer geringeren CO2- Emissionsrate auf der Freifläche, verglichen mit den anderen Unterflächen. Insgesamt konnte gezeigt werden, dass die ausgeschiedenen Kronenraumklassen tatsächlich ein spezifisches bio-geochemisches Muster im untersuchten Buchen-Fichten Mischwald erzeugt haben. Dabei bewirkt offensichtlich eine einzelne Fichte in einem Buchen-dominierten Bestand mehr an stofflicher Heterogenität im Hinblick auf den stofflichen Eintrag mit der Kronentraufe, die Streuzersetzung und die Bodenatmung, als einzelne Buchen in einem Fichten-dominierten Bestand.