Auswirkung von Bodenbearbeitungen auf den Nährstoffhaushalt von Waldböden sowie den Erfolg von Eichenkulturen
Effect of site preparations on the nutrient balance of forest soils and the success of oak regeneration
by Dominik Tamke
Date of Examination:2024-03-05
Date of issue:2024-04-05
Advisor:Prof. Dr. Christian Ammer
Referee:Prof. Dr. Christian Ammer
Referee:Prof. Dr. Martin Maier
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-10416
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Abstract
English
Site preparation in forests has received criticism for potentially reducing site produc-tivity due to soil compaction and nutrient losses. Nontheless, from a practical perspec-tive, site preparation is an essential factor for the successful establishment of light-demanding oak. The recently introduced "Silvafix method", an excavator site prepara-tion technique, is considered to be superior to conventional site preparation methods in terms of soil conservation and reduction of the growth of competing vegetation. It is uncertain whether the Silvafix method satisfies the technical and ecological require-ments for site preparation. This study compared the Silvafix method with conventional site preparation techniques, examining their impact on soil parameters (nutrient flux, nutrient stock and soil water tension) as well as tree development (survival probabili-ties, height growth, and root collar diameter growth). Study sites were established in 3 regions with a focus on oak production within the ar-ea of authority of the Northwest German Forest Research Institute. In addition to a control without site preparation, the Silvafix method was carried out as a reference method in all regions. In each region the locally established standard site preparation method was carried out (Hoher Fläming: strip plough, Hessisches Ried: milling, Ost-braunschweigisches Flachland: mulching). Soil leachate was collected for 2 years fol-lowing site preparation using microcosm lysimeters. At the end of the experiment, soil nutrient stocks were determined for the microcosm lysimeters. On a subset of the study sites, Nmin analysis was carried out. Soil water tension was measured using matrix potential sensors. Sample trees were selected for growth control. At the end of each vegetation period, survival was controlled and the height and root collar diameter were measured. The data was analysed using Bayesian parameter estimates. It has been demonstrated that nutrient fluxes are largely influenced by vegetation cov-er rather than site preparation method. Some site preparation methods, e.g. milling, showed reduced nutrient fluxes compared to the control. Site preparation methods that result in a horizontal displacement of nutrients have been found to significantly reduce nutrient stocks, especially on poorly supplied sandy sites, such as in the “Hoher Fläming” region. Small-scale displacement, as demonstrated by strip ploughing, was found to be unproblematic; whereas large-scale displacement, as demonstrated by the Silvafix method, was found to be problematic. In addition, increased nutrient fluxes were observed in the deposition areas. Site preparation, which regulates competing vegetation, improved soil water tension in regions experiencing drought. Site prepara-tion increased the probability of survival in the “Hoher Fläming” region. No site prepa-ration led to failure of oak seed in grass dominated Pine forests. However, by carrying out site preparations, height growth and root collar diameter growth of the planted oak regeneration increased, particularly in cases of intense competition. It could be shown that the regional standard site preparation methods were well adapted to the local conditions. They were nutrient-sustainable and allowed good plant development. The Silvafix method was comparable to the regional standard site prep-aration methods in terms of reducing competing vegetation. However, it should be noted that the Silvafix method resulted in a significant decrease in nutrient stocks on sites with poor nutrient supply and can therefore only be recommended on sites with rich nutrient supply. On sites without competing vegetation, there is no need for site preparation to ensure good tree development. For optimal plant growth, site preparation methods should be adapted to the compet-ing vegetation. The intensity of the site preparation method should correspond to the density of the competing vegetation. In case site preparation is required, techniques should be used that do not displace nutrients horizontally. This will prevent an increase in nutrient fluxes in slash and forest floor material areas while preserving nutrient re-serves on the site. This is especially true for sites with limited nutrient supply. In the absence of vegetation following site preparation, a crop cover should be seeded to retain the nutrients. As the Silvafix method was convincing with the exception of nutri-ent displacement, the clearing unit needs to be further developed. A clearing unit could be constructed that functions comparable to the strip plough and thereby leaves the nutrients on the site.
Keywords: oak regeneration; site preparation; nutrient fluxes; nutrient stocks
German
Bodenbearbeitungen im Wald stehen in der Kritik, die Leistungsfähigkeit des Standor-tes, durch Bodenverdichtung und Nährstoffausträge, zu beeinträchtigen. Allerdings sind Bodenbearbeitungen aus Sicht der Praxis für eine erfolgreiche Kulturbegründung von lichtbedürftiger Eiche unverzichtbar. Ein neu entwickeltes, baggergestütztes Bo-denbearbeitungsverfahren, das unter dem Namen „Silvafixverfahren“ bekannt ist, wird im Vergleich zu herkömmlichen Bodenbearbeitungsverfahren sowohl als bodenpfleg-lich als auch effektiv in der Begleitwuchsregulierung angesehen. Fraglich ist jedoch, ob das Silvafixverfahren den technischen und ökologischen Anforderungen an Bodenbear-beitungsverfahren gerecht werden kann. Um dies zu beantworten, wurde das Sil-vafixverfahren mit etablierten Bodenbearbeitungsverfahren verglichen. Untersucht wurde die Wirkung auf Bodenparameter (Nährstofffrachten, Nährstoffvorräte und Bo-denwasserspannung) sowie die Entwicklung von Eichenkulturen (Überlebenswahr-scheinlichkeiten, Höhenzuwachs, Wurzelhalsdurchmesserzuwachs). Im Zuständigkeitsbereich der Nordwestdeutschen Forstlichen Versuchsanstalt wurden in 3 Regionen mit einem Schwerpunkt auf dem Eichenanbau Versuchsflächen angelegt. Neben einer Kontrollgruppe ohne Bodenbearbeitung wurde das Silvafixverfahren als Vergleichsverfahren in allen 3 Regionen angewendet. Zusätzlich wurde in jeder Region das dort übliche Standardverfahren zur Bodenbearbeitung ausgeführt (Hoher Fläming: Streifenpflug, Hessisches Ried: Fräsen, Ostbraunschweigisches Flachland: Mulchen). Über einen Zeitraum von 2 Jahren nach den Bodenbearbeitungen wurden mit Mikro-kosmen-Lysimetern Sickerwässer gewonnen. Am Ende des Versuchs wurden die Bo-dennährstoffvorräte in den Mikrokosmen-Lysimetern ermittelt. Auf einem Teil der Versuchsflächen wurde außerdem eine Nmin-Analyse durchgeführt. Die Bodenwasser-spannung wurde mit Matrixpotentialsensoren gemessen. Zur Beurteilung der Kul-turentwicklung wurden Probebäume ausgewählt. Am Ende der Vegetationsperiode fanden jährlich eine Überlebensansprache sowie eine Messung der Höhe und des Wur-zelhalsdurchmessers statt. Mithilfe bayesianischer Parameterschätzungen wurden die Daten ausgewertet. Es zeigte sich, dass Nährstofffrachten stärker vom Bewuchs als vom Bodenbearbei-tungsverfahren beeinflusst wurden. Manche Bodenbearbeitungsverfahren, wie z. B. Fräsen, konnten die Nährstofffrachten im Vergleich zur Kontrolle verringern. Bodenbe-arbeitungsverfahren, die mit einer horizontalen Verlagerung von Nährstoffen einher-gingen, minderten die Nährstoffvorräte besonders auf schwach versorgten Sandstand-orten erheblich, wie im Hohen Fläming. Hierbei schien eine kleinräumige Verlagerung, wie beim Streifenpflug, unproblematisch; hingegen schien eine großräumige Verlage-rung, wie bei der Silvafix-Baggerräumung, problematisch. Zudem wurden in den Abla-gerungsbereichen erhöhte Nährstofffrachten beobachtet. Durch die Regulierung der Begleitvegetation konnten Bodenbearbeitungen die Bodenwasserspannung in Regio-nen mit Trockenstress erheblich verbessern. Bodenbearbeitungen begünstigten die Überlebenswahrscheinlichkeit im Hohen Fläming. Ohne Bodenbearbeitung war die Eichensaat in einem vergrasten Bestand ein Totalausfall. Darüber hinaus verbesserten Bodenbearbeitungen das Höhen- sowie das Wurzelhalsdurchmesserwachstum von Ei-chenkulturen bei intensiver Konkurrenz. Für die waldbauliche Praxis lässt sich ableiten, dass die etablierten Standardverfahren als nährstoffnachhaltig bewertet werden können und eine gute Kulturentwicklung er-möglichen. Hinsichtlich der Begleitwuchsregulierung steht das Silvafixverfahren den regionalen Standardverfahren in nichts nach. Allerdings geht dieses Verfahren mit ei-ner massiven Nährstoffvorratsminderung auf schwachen Standorten einher und kann daher nur für Standorte mit einer guten Nährstoffversorgung empfohlen werden. Auf Bodenbearbeitung kann für eine gute Kulturentwicklung nur auf Standorten ohne Kon-kurrenzvegetation verzichtet werden. Für eine gute Kulturentwicklung sollte das Bodenbearbeitungsverfahren an den Be-gleitwuchs angepasst sein. Es gilt: Je intensiver die Begleitvegetation, desto intensiver das Bodenbearbeitungsverfahren. Falls Bodenbearbeitungen erforderlich sind, sollten Verfahren gewählt werden, die ohne horizontale Nährstoffverlagerungen auskommen. Dadurch werden erhöhte Nährstofffrachten in den Konzentrationsbereichen von Schlagabraum und Humusauflage vermieden und die Nährstoffvorräte auf der Fläche nicht beeinträchtigt. Dies gilt besonders für Standorte mit schwacher mit Nähr-stoffenversorgung. Bleibt nach der Bodenbearbeitung auflaufende Begleitvegetation aus, sollte eine Nutzpflanzendecke zur Nährstofffixierung eingesät werden. Da die Baggerräumung bis auf die Nährstoffverlagerungen überzeugen konnte, sollte das Räumaggregat weiter entwickelt werden. Es könnte ein Anbauaggregat konstruiert werden, das dem Streifenpflug ähnelt und so die Nährstoffe auf der Fläche belässt.
Schlagwörter: Eichenverjüngung; Flächenvorbereitung; Nährstofffrachten; Nährstoffvorräte
