HILDMANN, CH. (1999): Temperaturen in Zönosen zur Prozeßanalyse und zur Bestimmung des Wirkungsgrades: Energiedissipation und beschleunigte Alterung der Landschaft. Diss. TU Berlin, FB Umwelt und Gesellschaft. (Erschienen im Mensch und Buch Verlag, Berlin).

Zusammenfassung

In Deutschland werden derzeit im Mittel etwa 1280 kg/ha/a an Salzen aus den Böden ausgewaschen, wie die Auswertung von Literaturdaten zeigt (flächengewichtetes Mittel 1430 kg/ha/a). Dies führt zu einer Verarmung der Oberböden an Basenkationen. Dieser Prozeß der "Alterung" der Landschaft fände auch ohne den Eingriff des Menschens statt, allerdings ganz erheblich gebremst, so daß dieser Prozeß heute in einer Art Zeitraffer 50-100fach beschleunigt abläuft. Dadurch besteht die Gefahr, daß die Vegetation ausgehend von den Kuppenlagen lückig wird, zusammenbricht und die Standorte nicht mehr bewirtschaftbar sind. Wird ein höherer Anteil der Sonnenenergie nicht in geschlossenen Kreisprozessen wie Verdunstung und Kondensation von Wasser bzw. Aufbau und Mineralisation der Biomasse umgesetzt, so verbleibt ein größeres Potential für chemische Lösungsprozesse. Da deren Reaktionsprodukte durch das Niederschlagswasser vom Standort weg transportiert werden, handelt es sich hier um einen Verlustprozeß. Der Energieumsatz hängt ganz wesentlich von Zönosen ab, die durch Verdunstung und Photosynthese einen erheblichen Teil der täglichen Energiepulse dissipieren. Aber auch die Prozesse in der Atmosphäre, wie Wolkenbildung und deren Verteilung, verlaufen an die Vegetation rückgekoppelt.

Temperaturmessungen können Hinweise auf den Energieumsatz und die verbleibenden energetischen Potentiale für irreversible Stoffverluste geben. Der Untersuchung liegen Temperaturmessungen zugrunde, die an insgesamt zehn verschiedenen Standorten (Ackerränder, Wälder, Grünland, Moor) mit Hilfe von selbst registrierenden Meßsonden gewonnen wurden (Meßintervall 20 min). Gemessen wurde parallel in vier Höhen (10 cm im Boden, Bodenoberfläche, 10 cm und 200 cm über dem Boden). Die Messungen wurden im Einzugsgebiet der Stör (Schleswig-Holstein) von 1994 bis 1998 durchgeführt.

Zusammenhang zwischen Temperaturen und Stoffverlusten

Die Temperaturen wirken auf den Stoffverlustprozeß in erster Linie durch die Beschleunigung der Mineralisation nach der van't Hoff'schen Regel ein. Eine Einschränkung der Tätigkeit der Destruenten (Pilze, Bakterien) an den untersuchten Standorten ist durch zu hohe Temperaturen allein nicht zu erwarten. Trocknet der Oberboden hingegen phasenweise zu stark aus, wird die Zersetzung gebremst. Bei der nächsten Phase der Wiederbefeuchtung entspricht dann die Aufnahme durch die Vegetation nicht der gesteigerten Mineralisation, so daß leichter Stoffverluste ausgelöst werden können.

Die durch die Temperaturamplituden im Boden ausgelöste Kondensation erwies sich in einer Abschätzung als sehr gering, wenngleich die Werte an den Offenlandstandorten etwa vier- bis fünfmal so hoch sind wie im Buchenwald.

Die Abschätzung der Bodenatmung, die durch die Druckänderungen über Temperaturschwankungen induziert wird, zeigt einen in den Wäldern deutlich geringeren Gasaustausch (meist unter 1/4 l/m2*d ggü. rund 1/2 l/m2*d an den Offenlandstandorten). Ein erhöhter Gasaustausch entfernt aus der obersten Bodenschicht Reaktionsprodukte wie CO2, die die Mineralisation hemmen könnten.

Auf nettoproduktives Wachstum, bei dem die Pflanzen über den Stoffkreislauf hinaus durch die Abgabe von Protonen Basen und Nährstoffe aufnehmen müssen, geben die Temperaturmessungen nur indirekte Hinweise, vielmehr spiegeln die Temperaturen die aktiv verdunstende Oberfläche wider. Sowohl in einem Acker als auch auf Grünland fallen der wenig ausgeglichene Jahresgang und die hohen Amplituden, solange die Pflanzen den Boden nicht vollständig bedecken, auf. Hohe Temperaturen und -amplituden können aber auch auf kaum produktiven Standorten wie Trockenrasen erwartet werden, so daß ein unmittelbarer Zusammenhang nicht angenommen werden kann. Die Unterschiede zwischen einem nettoproduktiven Wald und einem nicht nettoproduktiven Bestand werden im Vergleich zur Differenz zwischen Freiland und Wald nur gering sein.

Wird nur die Oberflächentemperatur erfaßt, können höhere Temperaturen gemessen werden, obwohl der für die Stoffverluste maßgebliche Untergrund im Vergleich zu anderen Standorten als kühl zu bewerten ist (Bsp. Dosenmoor mit nassem Torfboden). Auch aus einem erwärmten Kronendach eines Waldes kann nur sehr eingeschränkt auf eine erhöhte Bodentemperatur geschlossen werden. Dieses kann jedoch als Hinweis auf eine beginnende Austrocknung und wechselfeuchte Phasen des Oberbodens gewertet werden.

Schließlich sind die zu vergleichenden Standorte in der Regel nicht mit dem gleichen Bodenvorrat ausgestattet. Vegetation auf Standorten mit sehr geringen Vorräten an Basenkationen, z.B. Sandtrockenrasen auf leichten Sanden, können sich zwar stark erwärmen, einen größeren Anteil der Energie in Windbewegungen verschieben und so ggfs. sogar andere Standorte belasten, und weisen dennoch geringe Stoffverluste auf.

Als Fazit läßt sich festhalten, daß erhöhte (Boden-)Temperaturen zumeist auch höhere Stoffverluste indizieren. Die Aussageschärfe zu diesem Zusammenhang ist ohne weitere Informationen zu Phasenlage und Vegetation aber deutlich geringer als an Standorten mit vergleichsweise niedrigeren Temperaturen, für die durchgängig geringere Stoffverluste angenommen werden können.

Temperaturen in Zönosen und deren Wirkungsgrad

Schlußfolgerungen für Planung und Bewirtschaftung

Die Bewirtschaftung der Landschaft kann nur dann nachhaltig sein, wenn sie die Integrität der Standorte bewahrt, d.h.

Für ein Monitoring in der Landschaft wird der weitere Einsatz von Temperaturmeßsonden empfohlen. Liegen parallele Messungen verschiedener Standorte aus mindestens mehreren Monaten vor, so kann daraus der relative thermische Wirkungsgrad der Standorte ermittelt werden. -- Darüber hinaus können für ein Monitoring Thermalbilder vom Satelliten eingesetzt werden.

Aus den vorliegenden Ergebnissen lassen sich zahlreiche Hinweise ableiten, wie eine nachhaltige Bewirtschaftung aussehen könnte. Die Landschaft ist wieder vermehrt mit dauerhafter, verdunstender Vegetation wie Gehölzen und Feuchtgebieten auszustatten, so daß die Energiedissipativität über biologische und physikalische Kreisprozesse maximiert und Basenverluste minimiert werden. Die geringere Albedo vegetationsreicher Oberflächen bei gleichzeitig besserer Dissipation verringerte thermische Gradienten, so daß die lokalen Windsysteme gebremst würden und der Wasserkreislauf kurzgeschlossener sein könnte. Dem Wasser, das nach Möglichkeit in der Landschaft gehalten und verdunstet werden sollte, kommt dabei eine Schlüsselstellung zu.

Diese Funktionalität kann nur über Veränderungen eines Großteils der Landschaft gesteigert werden und nicht allein durch kleinräumige Schutzgebiete. Deshalb sind Land- und Forstwirtschaft zentral einzubeziehen und deren Produktivität zu erhalten. Abschließend werden einige mögliche nachhaltige Bewirtschaftungsformen skizziert.


Stand: 11.11.1999