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Zu viel Stickstoff bremst Waldwachstum in Europa

Nährstoffmangel trotz Überfluss

Foto: Erich Westendarp, Pixabay

(18.2.2020) Zusätzlicher Stickstoff regt das Baumwachstum an. Geraten aus Luftverunreinigungen jedoch jährlich mehr als etwa 30 Kilogramm pro Hektar in einen Wald, dann verringert sich der Holzzuwachs, denn es fehlen andere für das Wachstum wichtige Elemente. Dies zeigt eine in 23 europäischen Ländern durchgeführte Studie unter Leitung der Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL.

Bisher wurde oft davon ausgegangen, dass aus Luftverunreinigungen stammender Stickstoff meist zu mehr Holzzuwachs führt. Dieser Nährstoff wirkt wie Dünger und ist ein wichtiger Baustein für das Wachstum von

Pflanzen. Werden aber gewisse Grenzen an zusätzlichem Stickstoff überschritten, kann das Wachstum gehemmt

Meteostation mit Ozon-Passivsammlern nahe der LWF-Fläche in Novaggio TI. Foto: Matthias Häni, WSL, 2019

Austausch der Sammler zur Bestimmung des Stoffeintrags mit dem Regen auf der LWF-Fläche in Vordemwald AG. Im Hintergrund ein Streusammler. Foto: Peter Waldner, WSL, 2012

Vorbereitungen zur Beprobung einer Buche (Blattentnahme aus der Baumkrone) auf der LWF-Fläche in Othmarsingen AG. Foto: Michèle Kaennel, WSL, 2019

Automatisches Umfangmessband. Foto: WSL

Markierung und Band für die manuelle Messung des Stammumfangs an einer Eiche auf der LWF-Fläche bei Lausanne VD. Foto: Anne Thimonier, WSL, 2019

werden. Bisher war nicht klar, inwieweit diese Wachstumshemmung in den europäischen Wäldern tatsächlich auftritt.

 

Wer langfristig vorhersagen will, wie Waldökosysteme auf Umweltveränderungen wie den Klimawandel reagieren, der muss die wesentlichen Treiber des Baumwachstums und der Waldentwicklung kennen und einschätzen können. Darum untersuchte ein internationales Forschungsteam unter der Leitung der WSL, welchen Einfluss Stickstoff auf das Wachstum von Bäumen hat.

 

Nährstoffmangel trotz Überfluss

 

Die Forschenden wiesen nun nach, dass das durch Stickstoff bewirkte zusätzliche Wachstum europaweit begrenzt ist. Die in 23 europäischen Ländern auf 442 Waldbeobachtungsflächen erhobenen Daten zeigen, dass der Zuwachs nahezu überall ab einem Grenzwert von etwa 30 Kilogramm Stickstoff pro Hektar und Jahr abnimmt. Unterhalb dieses Grenzwertes hingegen steigert Stickstoff in der Regel den Zuwachs. Der Grund für einen ausbleibenden weiteren Anstieg des Wachstums liegt in den fehlenden Mengen anderer wichtiger Nährstoffe und in der Bodenversauerung.

Im Rahmen des europäischen Waldbeobachtungs-Netzwerks „CP Forests“ (↗siehe Kasten) gingen Forschende in ganz Europa dieser Frage auf den Grund. Sie erhoben dazu von 1995 bis 2010 an etwa 100 000 Nadel- und Laubbäumen mehrere Millionen Messdaten, Sie erfassten in diesen Wäldern Messgrößen wie Art, Höhe und Stammdurchmesser der Bäume sowie verschiedene Klima- und Umweltfaktoren, zum Beispiel den Schadstoffeintrag aus der Luft und die Bodenqualität.

Schließlich prüften sie, ob verschiedene Größen über 15 Jahre hinweg ähnliche Entwicklungen zeigten. In diese Studie sind auch Daten von Fichten, Föhren und Buchen aus Schweizer Beobachtungsflächen eingeflossen: Alptal SZ, Beatenberg BE, Isone TI, Lausanne VD, Lens VS, Neunkirch SH und Othmarsingen AG.

Stickstoff ist wichtigster Umweltfaktor

 

Trotz der großen Unterschiede bezüglich Geografie, Geologie, Boden, Meereshöhe, Klima und anderen Umweltfaktoren beeinflussten vor allem die Anzahl der Bäume – und damit der Konkurrenzdruck – sowie das Alter der Waldbestände den jährlichen Durchmesser- und Höhenzuwachs der Bäume. Das bedeutet, dass sich die Bewirtschaftungsform und -intensität der Forstdienste und Waldeigentümer auf den Zuwachs an Holz und Blattmasse auswirken. Der über die Luft in den Boden eingetragene Stickstoff war jedoch der wichtigste Umweltfaktor.

 

Erstmals in Europa konnten die Forschenden nachweisen, dass es einen sogenannten Kipp-Punkt gibt, und zwar im Schnitt bei 25 bis 35 kg Stickstoff pro Hektar und Jahr. Liegt der lokal ermittelte Wert über dem Kipp-Punkt, wachsen die Bäume weniger. Am stärksten war dieser Effekt bei Buchen.

In Versuchen hatten Forschende in den letzten Jahrzehnten für mitteleuropäische Wälder einen Stickstoffgrenzwert von 10-20 kg/ha/Jahr ermittelt. Die beiden Werte können jedoch nicht direkt verglichen werden. Letzterer Wert bezieht sich auf langfristig erhöhte Stickstoffeinträge, nicht nur mit Blick auf das Baumwachstum, sondern auch auf andere mögliche Auswirkungen (Biodiversität, Flechten, Pilze, Nitratauswaschung).

 

 

Fest steht: Zu viel Stickstoff bringt das Nährstoffgleichgewicht im Waldökosystem ins Wanken. „Über die Höhe dieses Grenzwertes diskutieren Forschende seit Jahrzehnten. Im Rahmen der europaweiten Zusammenarbeit gelang es uns erstmals, einen konkreten Grenzwert für das Baumwachstum auf einer derart großräumigen Skala in natürlich gewachsenen und bewirtschafteten Wäldern zu bestimmen“, sagt Sophia Etzold von der WSL, die leitende Autorin dieser Studie. Im Vergleich zum Stickstoff, der mittlerweile zum größten Teil aus landwirtschaftlichen Betrieben (z.B. Gülle, Tierfutter und Kunstdünger) und immer weniger aus Verbrennungsprozessen stammt, hatten andere Umweltfaktoren wie z.B. Lufttemperatur, Niederschlag oder Ozon überall einen geringeren Einfluss auf das Baumwachstum. Die Resultate legen nahe, dass der Stickstoffausstoß weiterhin begrenzt werden sollte, um globalen Einbußen auf das Wachstum der Wälder vorzubeugen.
(Reinhard Lässig, WSL)

Die in der Studie verwendeten Daten und Standorte stammen vom europäischen Waldbeobachtungs-Netzwerk „International Co-operative Programme on Assessment and Monitoring of Air Pollution Effects on Forests“ (ICP Forests). Dieses Programm wird im Rahmen eines Übereinkommens der United Nations Economic Commission for Europe (UNECE) von den Ländern Europas durchgeführt. Das WSL-Programm der Langfristigen Waldökosystem-Forschung (LWF) ist der Schweizer Beitrag hierzu. Seit 2017 hat Marco Ferretti von der Eidg. Forschungsanstalt WSL den Vorsitz von ICP Forests. Es ist eines der größten Netzwerke der Welt, das Landökosysteme beobachtet und überwacht. In ganz Europa wendet jedes Land bei der Probenahme und -analyse vergleichbare Methoden an, und zwar langfristig. Auf diese Weise können Forschende nicht nur im eigenen Land, sondern in ganz Europa verfolgen, wie sich beispielsweise die Luftbelastung auf den Wald auswirkt.

Publikation
Etzold, S.; Ferretti, M.; Reinds, G.J.; Solberg, S.; Gessler, A.; Waldner, P.; Schaub, M.; Simpson, D.; Benham, S.; Hansen, K.; Ingerslev, M.; Jonard, M.; Karlsson, P.E.; Lindroos, A.; Marchetto, A.; Manninger, M.; Meesenburg, H.; Merilä, P.; Nöjd, P.; ... De Vries, W., 2020: Nitrogen deposition is the most important environmental driver of growth of pure, even-aged and managed European forests.
Forest Ecology and Management, 458: 117762 (13 pp.). doi: 10.1016/j.foreco.2019.117762

 

Weitere Informationen
↗ ICP Forests
↗ LWF Langfristige Waldökosystem-Forschung
↗ UNECE Air Convention
↗ ECLAIRE (EU project)
↗ Waldbeobachtung des Bundesamt für Umwelt (BAFU), Schweiz