Die Krohn'sche Maschine - Eine Chance für restaurationsbedürftige Waldböden?

Paul Benecke

1.    Einleitung

Der biochemische Zustand der meisten unserer Waldböden ist alarmierend: Fortgeschrittene Versauerung, biologische Verödung, weitgehender Verlust der basischen Kationen (6), Reduzierung und Blockierung der Austauschkapazität durch polymere Aluminiumionen und damit Verlust seiner Nährstoff-, Filter- und Pufferfunktionen sind wichtige Eckwerte dieses Zustandsverfalls. Die Frage nach Restaurierungsmöglichkeiten ist deswegen ebenso unausweichlich wie aktuell. Im Forstbetrieb kann sie zudem unversehens - z.B. nach Windwürfen - zu rascher Entscheidung anstehen, wenn sich nach Räumung der Fläche vom Derbholz die seltene Möglichkeit hierzu bietet. Vor diesem Hintergrund soll nachfolgend erörtert werden, ob sich der Einsatz der Krohn'-schen Maschine für dann mögliche Restaurierungsmaßnahmen empfiehlt. Diesen Erwägungen gegenüberzustellen ist die - hier nicht behandelte - Frage, welche Risiken die Belassung des gegenwärtigen Zustands für den Aufbau und die Sicherung künftiger Waldgenerationen bedeuten.

2.    Bodenkundliche Aspekte

Eins der vorrangigen bodenkundlichen Anliegen ist die Bewertung von Standorten, d.h. eine Einschätzung der Produktivität ihrer Böden, ausgedrückt als unter gegebenen klimatischen Bedingungen erreichbares Pflanzenwachstum. Dabei geht es nicht nur um die Höhe des Pflanzenertrages, sondern insbesondere bei forstlicher Nutzung auch um die Stabilität der Bestände. Zu bemessen ist hierbei das Vermögen des Bodens, Nährstoffe und Wasser ausreichend, gleichmäßig und ausgewogen anzubieten und außerdem die erforderliche Durchlüftung zu gewährleisten. Wichtige Parameter für eine entsprechende Einschätzung sind die Verwitterbarkeit (Ausgangsgestein, Bodenart, Verlehmungszeiger), die Zersetzbarkeit der Streu (Baumarten, Humusform), die Größe des austauschbaren Nährstoffvorrats (Bodenart, pH-Wert, Basensättigung), Stickstoff- und Phosphorvorräte (Humusform), nutzbare Wasser- und Luftkapazität (Bodenart, Humusgehalt, Lagerungsdichte) und das Gefüge des Bodens.

Die angesprochenen Merkmale erreichen ihre für das Pflanzenwachstum optimale Ausprägung im sogenannten Silikatpufferbereich, der der pH-Wertspanne von 6 bis 5,2 entspricht. In ihm erfährt die Nährstoffausnutzung durch geschlossene Stoffkreisläufe mit etwa einjähriger Umlaufzeit sowohl ihre maximale Entfaltung als auch bestmögliche Ausgewogenheit. Die Humuszersetzung findet im Mineralboden statt, in dem durch biologische Aktivität (Bioturbation) gleichzeitig ein hohlraumreiches Lockergefüge mit maximalen Speichermöglichkeiten für Wasser und Nährstoffe entsteht bzw. aufrecht erhalten wird.

Für Waldböden, die in der Regel weder gedüngt noch bearbeitet werden (Kompensationsmaßnahmen zum Ausgleich schädlicher Umwelteinflüsse ausgenommen) und die demnach weitgehend durch Selbstregulationsmechanismen gesteuert werden, kann dieser Zustand zudem als „Attraktor" bezeichnet werden (7), d.h. als eine stabile Gleichgewichtslage, die das Ökosystem von sich aus immer wieder anstrebt und um die herum es in begrenztem Umfange schwankt (8).

Meliorierende oder restaurierende Maßnahmen sollten deshalb die Voraussetzung dafür schaffen, diesen Zustand zu erreichen. Dies bedeutet im wesentlichen, dem Boden Basizität zuzuführen (Kalkung), und zwar so tiefreichend wie möglich, sowie den Umbau von Auflagehumus in Mineralbodenhumus einzuleiten. Der letztgenannte Punkt wird gegenwärtig noch dadurch außerordentlich bedeutsam, weil er die Chance birgt, überschüssigen Stickstoff dauerhaft in organische Bindung zu überführen. Hierzu werden nachfolgend im Abschnitt 4 einige Untersuchungsergebnisse mitgeteilt.

3.   Zum Einsatz der Krohn'schen Maschine

Die Krohn'sche Maschine, deren technische Daten an anderer Stelle zu finden sind (1, 5) folgt insofern einem neuartigen Konzept, als die Fräswalze sich entgegen der Fahrtrichtung dreht, dabei Boden und Abraum - einschließlich der Stöcke -aufnimmt, gegen eine oberhalb der Walze angebrachte Stahlplatte bewegt, dort die holzigen Teile zerkleinert und schließlich den gesamten Abraum, ggfs. mit zuvor ausgebrachtem Kalk, mit dem Boden vermischt. Wesentlich ist, daß dabei der unterlagernde Boden nicht als Widerlager benötigt und dadurch die Entstehung einer verdichteten Bearbeitungssohle vermieden wird. Da sie zudem vibrationsarm arbeitet und trotz ihres großen Gesamtgewichtes nur einen geringen Bodendruck ausübt, entstehen auch dadurch keine Verdichtungen. Die erzeugte Mischschicht ist anfänglich 35 bis 40 cm dick und von so geringer Lagerungsdichte, daß sich ein nochmaliges Überfahren empfiehlt, um eine Trockenraumdichte von etwa 1 kg/dm³ zu erreichen. Die Maschine ist vom Erbauer ursprünglich einzig für den Zweck konstruiert worden, auch und gerade unter schwierigen Bodenbedingungen und reichlichem Abraum eine Maschinenpflanzung durchführen zu können. Es lag jedoch nahe, sie in ein kombiniertes Verfahren einzubeziehen, das zunächst die Miteinarbeitung von Kalk ermöglicht und schließlich auch eine gleichzeitige Tieflockerung und Tiefkalkung erlaubt.

Diese Möglichkeit bietet die Chance für eine grundlegende, restaurative Maßnahme, die die Herausbildung eines im Sinne der obigen Darlegungen optimalen Bodenzustands für das Pflanzenwachstum in die Wege leitet. Die Einarbeitung der holzigen Ernterückstände ist dabei ausgesprochen erwünscht, weil ihre Zersetzung einen hohen Stickstoffeigenbedarf der Zersetzer und damit die Entstehung einer "Stickstoffsenke" hervorruft. Unter dem Begriff "Stickstoffsperre" ist dieser Effekt im Ackerbau seit langem bekannt, meist in Verbindung mit der Einarbeitung von Stroh. Um die so eingeleitete Stickstoffbindung nachhaltig auszugestalten, ist es erforderlich, eine humusaufbauende Bodenvegetation gezielt einzubringen, die gleichzeitig dazu beitragen kann, die Kulturpflegekosten zu begrenzen. In der Literatur finden sich bisher zu der stickstoffbindenden Wirkung eines weiten C/N-Verhältnisses der organischen Substanz nur wenige Hinweise, obwohl VITOUSEK und MELLILO (9) aufgrund einer Literaturauswertung diesen Effekt in einiger Ausführlichkeit erörtern (vgl. [2]). Dies mag daran liegen, daß Stickstoff „traditionell" immer der wichtigste Mangelfaktor der Waldernährung war und die gegenwärtige, durch überschüssigen Stickstoff geprägte Situation erst durch die den nachhaltigen Festlegungsbedarf um etwa das Doppelte übertreffenden Immissionen hervorgerufen wurde, das Problem somit neu ist.

Zusammenfassend läßt sich die Zielvorstellung des hier erwogenen kombinierten Verfahrens durch folgende Punkte angeben:

- Humusform „Mull", Bioturbation
- geschlossene Stoffkreisläufe (ausgenommen Säurepufferung)
- tiefe Durchwurzelung
- Aufbau von C- und N-Vorräten
- Erhöhung  der pflanzenverfügbaren  Nährstoff-  und Wasserspeicherung
- Immobilisierung der Kation-Säuren
- weitgehende Wiederherstellung der Filterfunktion des Bodens
- insgesamt: Schaffung der Voraussetzungen für die Entstehung eines stabilen Waldökosystems

Das Ziel ist mithin ein biologisch aktiver, tief durchwurzelter Boden eines Ökosystems, das durch geschlossene Stoffkreisläufe mit etwa einjähriger Umlaufzeit charakterisiert ist.

4.    Untersuchungsergebnisse

Über erste Auswirkungen der Maßnahme auf den bodenchemischen Zustand soll nachfolgend anhand der Untersuchungsergebnisse einer Diplomarbeit (4) berichtet werden. Es handelt sich um zwei niedersächsische Versuchsflächen in den Forstämtern Hannover und Seelzerthurm (Solling). Darüberhinaus sollen bodenphysikalische Untersuchungen Aufschluß über unmittelbare Auswirkungen der Bearbeitungsmaßnahme geben, und zwar an zwei in der Eifel und im Hunsrück gelegenen Flächen.

4.1    Auswirkungen auf den bodenchemischen Zustand

Die Darstellung der 12 bis 16 Monate nach Durchführung der Maßnahme gewonnenen Analysedaten der Bodenlösung

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finden sich in Tab. 1. Die Befunde werden ausführlicher an anderer Stelle erörtert (3). Als besonders bedeutsam soll hier die Wirkung auf die kritischen Elemente Nitrat und Aluminium herausgegriffen werden (Abb. 1a u. 1b).

Tab. 1: Relationen der Elemtenkonzentrationen in mg/l und weiterer bodenchemischer Kenngrößen der unterschiedlich behandelten Flächen in Haste (FA Hannover) und in Solling (FA Seelzerthurm) für die Entnahmetiefen 10 u. 100 cm (1991).

Versuchsvarianten Haste: „O-Fläche" (HO); „gefräst, tiefgepflügt und gekalkt" (HTK); „gefräst und gekalkt" (HFK); „nur gefräst" (HF)
Versuchsvarianten Seelzerthurm: „O-Fläche" (SO), „gefräst und gekalkt" (SFK)

4.1.1    Stickstoff

Das bemerkenswerte Resultat auf beiden Flächen ist die unerwartet starke Verringerung der Nitratkonzentrationen der gefrästen und gekalkten Parzellen, die in 10 cm Tiefe auf der H-Fläche zeitweise bis zur Nitratfreiheit der Bodenlösung führte.

Der anschließende Tiefumbruch dagegen hatte eine weniger deutliche Verringerung der Nitratkonzentration zur Folge.

Auch in 100 cm Tiefe fanden sich ein Jahr nach Durchführung der Maßnahme auf den gefrästen und gekalkten Flächen die geringsten Konzentrationen, während sie auf der zusätzlich tiefgepflügten Parzelle etwa doppelt so hoch und - in Haste - noch wesentlich höher auf der nur gefrästen Parzelle waren, auf der sie den  TVO-Grenzwert (11,3 mg/Liter) zeitweise überschritten.

Die sehr viel geringeren Werte in 100 cm Tiefe im Solling lassen sich zumindest z.T. aus der dort mehrfach höheren Sickerwasserspende erklären: Überschlägig berechnet, betrugen die NO₃-Austräge mit dem Sickerwasser um 30 kg N/ (ha*Jahr) für HO und HF, 18 für HTK und nur 8 für HFK. Eine ähnliche Abschätzung ergab für SO 6 und für SFK einen Austrag von 2 kg N/(ha*Jahr).

4.1.2    Aluminium

Nicht weniger bemerkenswert als beim Nitrat ist die Wirkung auf das Aluminium, bei der zunächst in beiden Tiefen die Ähnlichkeit bei den gleich behandelten H- und S-Parzellen auffällt. Auch hier wurde mit der Kombination Kalken und Fräsen die günstige Wirkung erreicht. Der weniger vorteilhafte Effekt des Tiefpflügens hängt möglicherweise mit der beträchtlichen Freisetzung gelösten Kohlenstoffs zusammen, der eine Immobilisierung des Aluminiums vermindert haben könnte.

Hervorzuheben ist, daß der TVO-Grenzwert für Al (0,2mg/ Liter) in allen Fällen erheblich überschritten wurde. Dies ist in der Tat ein besorgniserregender Sachverhalt, der nachdrücklich der Tiefenkalkung ohne Umbruch, also etwa mit dem Abbruchlockerer, das Wort redet.

Als Fazit läßt sich eine über Erwarten positive, erste Auswirkung besonders der Kombination „Fräsen und Kalken" auf den bodenchemischen Zustand feststellen. Aus der Beobachtung seiner weiteren Entwicklung sind sicherlich aufschlußreiche Informationen zur Handhabung restaurativer Maßnahmen zu erwarten.

4.2    Reaktionen der Pflanzen

Es sollen hier nur einige, wesentlich erscheinende Ergebnisse der ebenfalls in der o.g. Diplomarbeit (4), in Haste (FoA Hannover) durchgeführten Beobachtungen genannt werden.

Die Ausfälle der gepflanzten Eichen und Hainbuchen lagen auf der HTK- und der HFK -Fläche (vgl. Abb. 1a u. 1b) mit weniger als 3% signifikant unter denen der HO- und der HF-Fläche. Die Bodenvegetation hat ebenfalls auf der HFK -Fläche schon im ersten Jahr am positivsten auf die Maßnahme reagiert. Im zweiten Jahr, in dem sich die Bodenvegetation auf allen Flächen ausbreitet, siedelten sich besonders auf der HFK -Fläche die anspruchsvollsten Pflanzen an.

Bei der Sollingfläche im Forstamt Seelzerthurm ist von Bedeutung, daß die Bearbeitung unter ungünstigen Bedingungen durchgeführt werden mußte. Dennoch bieten die

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aus Saat hervorgegangenen Eichenkulturen heute ein vorteilhaftes Bild, wobei besonders ein günstiges Sproß-/Wurzelverhältnis sowie gutes Tiefenwachstum und Verzweigung der Wurzeln hervorzuheben sind, die bereits mehr als 10 cm tief in den, den Bearbeitungshorizont unterlagernden Mineralboden hineingewachsen sind.

4.3    Ergebnisse bodenphysikalischer Untersuchungen

Bei den beiden Flächen in Morbach/Hunsrück und Laubach/ Eitel handelt es sich um zwei nur gefräste Flächen (mit der Krohn'schen Maschine). Die Fläche Morbach wurde anschließend maschinell mit Eichen bepflanzt. Sie lag unmittelbar neben einer noch mit dem ursprünglichen Fichtenaltholz bestockten Vergleichsfläche. In Laubach fanden sich noch engere Vergleichsmöglichkeiten in Gestalt eines in der Bearbeitungsfläche liegengebliebenen Streifens. Er erlaubte die Entnahme der Vergleichsproben in nur wenigen Metern Entfernung vom Probenahmepunkt der bearbeiteten Fläche. Die Untersuchungsergebnisse sind in den Abbildungen 2, 3, 4 und 5 dargestellt.

Abb. 2: pF-Kurve (oben) und Wasserleitfähigkeit (unten) der Fläche in Morbach. Ap = Bearbeitungshorizont; Zusatz „(Verg)" = Vergleichsboden; Zusatz „(unt)" = unterhalb der Bearbeitungsschicht

4.3.1    Morbach

In den pF-Kurven (Abb. 2) spiegeln sich in Form einer hohen Speicherkapazität für pflanzenverfügbares Wasser und geringer Lagerungsdichte standörtlich sehr günstige bodenphysikalische Eigenschaften wider. Bemerkenswerterweise sind sie durch die Bearbeitung kaum verändert worden; lediglich der Anteil der gröbsten luftführenden Poren hat sich zugunsten der gröbsten wasserführenden Poren etwas verringert. Standörtlich gesehen ist dies im vorliegenden Fall eher ein (die nutzbare Feldkapazität erhöhender) Vorteil. Diese Beobachtung trifft sowohl für die vergleichbaren Tiefen innerhalb als auch unmittelbar unterhalb der Bearbeitungsschicht zu.

Ein Vergleich der Leitfähigkeitsfunktionen (Abb. 2), die empfindlicher auf gefügeverändernde Eingriffe reagieren, führt zum gleichen Ergebnis. Bemerkenswert ist der gleichförmige Kurvenverlauf des Bodens unterhalb des Bearbeitungshorizontes, in dem die günstigen Bedingungen einer ausgewogenen Luft/Wasser-Versorgung augenfällig zum Ausdruck kommen. Dies läßt sich noch differenzierter aus der Abb. 3 erkennen, nämlich als Erhöhung der Wasserleitfähigkeit im Bereich der gröbsten Mittelporen (-100 bis -150 hPa), offenbar als Folge der Zunahme dieses Porenbereichs durch die Bearbeitung. Die korrespondierende Verringerung des luftführenden Porenvolumens (PVL) kann als standörtlich unbedenklich angesehen werden.

4.3.2   Laubach

In diesem Fall wurde gezielt der Bodenbereich beprobt, der mutmaßlich am ehesten durch die Bearbeitung hätte in Mitleidenschaft geraten müssen, nämlich der Ubergangsbereich ober- und unterhalb der Bearbeitungssohle in 29 -34 cm Tiefe. D.h. die selben Stechzylinderproben enthielten in ihrem oberen Teil „Ap"- und im unteren B_v -Material, einschließlich der Bearbeitungssohle.

Abb. 4 zeigt, daß trotzdem ein sogar sehr hohlraumreicher Boden mit ausgezeichneter Porenverteilung angetroffen wurde.

Auch für den knapp unter der Bearbeitungstiefe liegenden Bereich im B_v-Horizont ließ sich im Vergleich zu dem nur etwa 10 m entfernt liegenden, nicht bearbeiteten Vergleichsstreifen keine nachteilige, sondern nur eine geringfügig andere Porenverteilung finden, die in diesem Falle sogar einen leicht erhöhten Anteil engerer Grobporen aufwies. Gegenüber dem „Morbachboden" ergab sich hier eine etwas höhere Lagerungsdichte, die die Ursache für diesen Effekt sein mag.

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