Reaktion der gelösten Stickstoffflüsse auf die extreme Trockenheit 2018 in Waldbeständen des Hainichs, Thüringen - ein Vergleich zwischen Buche, Ahorn und Fichte

Weltweit stammen 75% des Trinkwassers aus bewaldeten Wassereinzugsgebieten. Die Erfassung der Stofffrachten und deren Steuergrößen in Wäldern als Bestandteil der „Critical Zone“ ist daher von zentraler Bedeutung für die Bewertung des Filter- und Puffervermögens von Wäldern und der Ableitung von Managementmaßnahmen zum Grund- bzw. Trinkwasserschutz. Die vergangenen Trockenjahre haben störungsbedingt zu Änderungen der Waldstrukturen geführt. In der Konsequenz sind Folgen für die Wasser- und Stoffflüsse in den betroffenen Ökosystemen zu erwarten.

Im Sonderforschungsbereich "AquaDiva" suchten wir Antworten auf folgende Forschungsfragen: Welche Auswirkungen hat das Trockenjahr 2018 auf die Stickstoff (N)-Lösungsfrachten in Böden unterschiedlicher Wälder des Hainichs? Reagiert die N-Dynamik baumartenspezifisch? Im Rahmen eines Intensiv-Monitorings (2018 –20) wurden 14-tägige Flüsse an gelöstem Gesamt-N im Freilandniederschlag, im Kronendurchlass und in Bodenlösungen unterhalb der organischen Auflage und in 4, 16, 30 cm Bodentiefe unter Buche, Ahorn und Fichte bestimmt. Darüber hinaus wurden der Lösungs-pH und der Streueintrag, sowie zentrale Steuergrößen (Bodentemperatur/-feuchte) ermittelt.

Die langanhaltende Dürre 2018 führte im Zusammenspiel mit hohen Lufttemperaturen auf den überwiegend flachgründigen Parabraunerden zu einem ausgeprägten Wassermangel mit Bodenfeuchtegehalten von < 15 Vol% WG. Der Mangel an pflanzenverfügbarem Wasser führte zu einem starken Vitalitätsverlust der Buche einhergehend mit dem Abwurf grüner Streu im Juli/August und damit einhergehender Kronenverlichtung. In den dürregeschädigten Fichtenbeständen kam es zu einem massiven Borkenkäferbefall, der im Winter 2019/20 zu einem Zusammenbruch der Bestände führte. Während sich 2018 die N-Flüsse aus dem Kronenraum gegenüber „vor-Dürre“-Jahren kaum veränderten, wurde das Ausmaß des Trockenjahres besonders hinsichtlich einer stark erhöhten N-Translokation im Unterboden im Übergang zum Muschelkalk-geprägten Ausgangssubstrat deutlich. So stiegen 2018/19 unter Buche die jährlichen N-Frachten im Unterboden von einem „vor-Dürre“-Niveau (2014-16) von 26 kg N ha^-1 um mehr als das 6-fache auf 164 kg N ha^-1 an (Abb. 1). Danach folgte der Ahorn mit 125 kg N ha^-1a^-1 und die Fichte mit 119 kg N ha^-1a^-1 (Abb. 1).

In den Buchenbeständen zeigten sich maximale 14-tägige N-Frachten im Winter 2018/19. Wir führen dies auf den Sommerstreufall unter Buche zurück, der einen zusätzlichen N-Eintrag von 12 kg N ha^-1 in den Boden verursachte, gefolgt von höheren Lösungs-pH-Werten im Oberboden. Dies könnte die mikrobielle N-Mineralisierung der Streu im Herbst begünstigt haben im Zusammenspiel mit einer verminderten N-Aufnahme der Pflanzen während der Vegetationsruhe. Damit steuerte das Zusammenwirken unterschiedlicher baumarten-spezifischer Prozesse hauptsächlich die N-Dynamik nach der Trockenheit und vergrößerte damit das Risiko eines erhöhten N-Austrages von der Oberfläche in den Untergrund der „Critical Zone“.

Vergleich der N-Bilanz des Trockenjahres 2018/19 zwischen Buchen- und Fichtenbeständen im Hainich, Thüringen (AquaDiva-Projekt)