Der Strukturwandel von Wirtschaft und Gesellschaft im vergangenen Jahrhundert und die gesteigerten technischen Möglichkeiten brachten eine enorme Belastung des Naturhaushaltes mit sich, insbesondere durch die hohen insbesondere durch die hohen Emissionen von Schad- und Treibhausgasen (CO2, CH4, N2O, NOx, NH3 und SO2). Dabei kommt speziell für die Fragestellungen dieser Arbeit der Verknüpfung zweier Themenkomplexe vorrangige Bedeutung zu: (i) die Funktion des Waldbodens als C-Speicher vor dem Hintergrund der drastisch steigenden atmosphärischen Konzentrationen des Treibhausgases CO2, und (ii) die Auswirkungen möglicher reduzierter N-Depositionen, angeregt durch fortschrittliche umweltpolitische Maßnahmen, auf diese Funktion der CO2-Senke. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, inwieweit sich eine Reduzierung der Nährstoffeinträge, insbesondere der Stickstoffeinträge, auf den C-Haushalt eines versauerten Fichtenwaldbodens im Solling (51°31'N; 9°34'O) auswirkt. Das Solling-Dachprojekt des Forschungszentrums Waldökosysteme der Universität Göttingen ermöglicht seit 1991 experimentell eine Manipulation der Wasser- und Nährstoffhaushalte in einem Fichtenaltbestand (Picea abies (L.) Karst.). Dabei werden die biochemischen Prozesse im Boden auf einer überdachten Versuchsfläche bei nährstoffreduzierter Verregnung (clean rain Dachfläche), auf einer überdachten Kontrollfläche ohne Manipulation (Kontrolldachfläche) und einer unüberdachten Kontrollfläche (Freifläche) untersucht. Wie vorausgehende Erhebungen auf den Sollinger Dachflächen zeigten, nahm die Bodenrespiration bis zum Jahr 2001 auf der clean rain Dachfläche signifikant um 24 % zu, was sowohl eine erhöhte Wurzelrespiration als auch einen erhöhten Abbau der bodenorganischen Substanz als Ursache haben kann. Um die erhöhten Bodenrespirationsraten zunächst zu bestätigen und die Ursachen dafür herauszuarbeiten, wurde im Rahmen dieser Arbeit der Einfluss des „clean rain“ auf die C-Dynamik im Boden untersucht. Dies erfolgte in den Jahren 2003/2004 durch (i) die Messung der Bodenrespiration zur Bestimmung der CO2-C-Emission an der Oberfläche und die Messung der CO2-Konzentrationen in unterschiedlichen Bodentiefen zur Abschätzung der CO2-Produktion des Bodens, (ii) die Bestimmung der Radiokarbongehalte in der Boden-, der Wurzel- und der mikrobiellen Respiration zur Partitionierung der Bodenrespiration und (iii) die Langzeit-Inkubation von fraktionierten, wurzelfreien Bodenproben unter Laborbedingungen zur Abschätzung der SOC-Abbauraten und der heterotrophen CO2-Respiration unterschiedlicher Horizonte. Die Messungen der Bodenrespiration ergaben mit 4,5 t C ha-1 y-1 auf der clean rain Dachfläche eine um 20 % signifikant höhere CO2-Freisetzung als auf der Kontrolldachfläche mit 3,8 t C ha-1 y-1. Dabei hatte die autotrophe Respiration auf der clean rain Dachfläche einen Anteil von 27 % und 16 % auf der Kontrolldachfläche. Die CO2-Produktion des Bodens wurde anhand des Gasdiffusionsmodells von PENMAN (1940), der gemessenen CO2-Konzentrationen und der modellierten volumetrischen Wassergehalte kalkuliert. Das Gasdiffusionsmodell wurde zuvor mit dem inerten Gas 222Rn validiert. Es zeigte sich, dass auf der clean rain Dachfläche in einer Tiefe von 0-20 cm 47 % mehr CO2 produziert wurde, als auf der Kontrolldachfläche (39,5 zu 26,8 mg C m-2 h-1), und in 20-40 cm 37 % mehr (16,5 zu 12,1 mg C m-2 h-1). Die Ergebnisse der Langzeit-Inkubation ließen auf der clean rain Dachfläche in jeder Bodenfraktion, außer in der Ol-Lage der Humusschicht, eine höhere Abbaurate der bodenorganischen Substanz erkennen, als auf der Kontrolldachfläche. Insgesamt wurde in diesen Untersuchungen festgestellt, dass sowohl die Bodenrespiration als auch die CO2-Produktion im Boden, sowie der Anteil der autotrophen Respiration an der Bodenrespiration bei einer Verringerung des Nährstoffinputs höher ausfielen, als auf der Kontrolldachfläche. Zudem zeigte sich, dass der mikrobielle Abbau der bodenorganischen Substanz unter den nährstoffreduzierten Bedingungen in den meisten Bodenfraktionen schneller verlief. Das Szenario „clean rain“ macht deutlich, dass eine Reduzierung der N-Deposition den C-Umsatz in versauerten Waldböden beschleunigt. Im Kontext "global change" wird damit seine Funktion als Senke des atmosphärischen CO2 verringert. |
