begründung, technik und wirkung der bodenschutzkalkung · 2019-04-25 · v.wilpert:...
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v.Wilpert: Bodenschutzkalkung, Begründung, Technik, Wirkungv.Wilpert, Hartmann; Schäffer: Soil Regenerative Liming. Symp. 20
Begründung, Technik und Wirkung der Bodenschutzkalkung
Kolloq Waldkalkung – Umweltvorsorge oder
Naturschutzproblem? 25.10.2013
Klaus v.Wilpert, Peter Hartmann, Jürgen Schäffer
v.Wilpert: Bodenschutzkalkung, Begründung, Technik, Wirkung
Zeitreihe der durchschnittlichen Gesamtsäure-Deposition in Baden-Württemberg
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1.5
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Zeit [Jahre]1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Säur
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Gesamtsäure (Bestand)Gesamtsäure (Freiland)
v.Wilpert: Bodenschutzkalkung, Begründung, Technik, Wirkung
Oberbodenversauerung (0-5cm) auf unter-schiedlichen geologischen Substraten
v.Wilpert: Bodenschutzkalkung, Begründung, Technik, Wirkung
Ist natürliche Regeneration eine Alternative?Vergleich pH, BS 1992-2007
ungekalkt Zwischen Bze1 u. 2 gekalkt
Basen- sättigung (% a-1) Median % Sign Median % Sign
0-5cm -0.03 -0.2 0.89 8.2 ** 5-10cm -0.01 -0.2 0.38 9.3 **
10-30cm -0.04 -0.7 * 0.15 3.4 ** 30-60cm -0.05 -0.5 ** 0.07 2.0 60-90cm -0.04 -0.1 -0.02 -0.3
ungekalkt Zwischen Bze1 u. 2 gekalkt
pH H2O (a-1)
Median % Sign Median % SignL+Of 0.017 0.42 *** 0.056 1.59 **
Oh 0.015 0.42 *** 0.023 0.72
0-5cm 0.011 0.26 *** 0.032 0.85 ***
5-10cm 0.008 0.19 *** 0.026 0.71 **
10-30cm 0.009 0.20 *** 0.017 0.41 **
30-60cm 0.010 0.18 *** 0.012 0.26 **
60-90cm 0.010 0.15 *** 0.010 0.23
pH-Trend (Zeit bis 2 pH-Stufen aus-geglichen sind):ca. 250 Jahre ohne Kalkungca. 80 Jahre mit Kalkung
Basensättigung-Trend (Zeit bis 20 BS% ausgeglichen sind):???? Jahre ohne Kalkung (-0,6% /15a)ca. 40 Jahre mit Kalkung
v.Wilpert: Bodenschutzkalkung, Begründung, Technik, Wirkung
Bodenschutzkalkung im Wald
• Langfristige Vertiefung des durch Feinwurzeln erreichbaren Wurzelraumes
O
O
A(e)h
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Bodenschutzkalkungen
Mineralbodenoberfläche
Makroporen
Organo-mineralischer Kohlenstoff
Zeit (Jahrzehnte)
Wirkungsschema Was soll die Kalkung leisten?
• Neutralisierung aktueller Säure-einträge an der Bodenoberfläche
• Erhöhung der Basensättigung (Mg, K, Ca) im oberen Mineralboden
• Biologische Einarbeitung organischer Substanzen vom Auflagehumus in den Mineralboden (Ah-Horizont) sowie eine Erhöhung der Austauschkapazität im Wurzelraum
• Erhöhung der Pufferkapazität
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v.Wilpert: Bodenschutzkalkung, Begründung, Technik, Wirkung
Experimentelle Basis der Studie
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1. Hoch dosierter „aktueller Kalkungsversuch“ Ochsenhausen- kurzfristige EffekteVersuchsflächen-
bezeichnung Wuchsgebiet
Bodentyp Düngung
Düngeversuch Ochsenhausen
7/01b, Riß- Grundmoräne
Pseudogley-Parabraunerde
10 t/ha kohlensaurer Kalk, 1994
2. „Historische“ Kalkungsversuche“, Abschätzung von LangzeiteffektenVersuchsflächen-
bezeichnung Wuchsgebiet
Bodentyp Düngung
Fi 337 Pfalzgrafenweiler
3/06 Flächenschwarzwald
Braunerde 2 t/ha kohlensaurer Kalk 1953, 1t/ha Thomasphosphat
DV 7 Pfalzgrafenweiler
3/06 Flächenschwarzwald
Braunerde 10 t/ha kohlensaurer Kalk, 1949, 0,5t/ha Thomasphosphat, 1949
DV 9 Schönmünzach
3/05 Schwarzwald-Hornisgrinde
Podsol / Podsol - Braunerde
5 t/ha kohlensaurer Kalk, 1949
DV 35 Klosterreichenbach
33/05 Schwarzwald-Hornisgrinde
Podsol 20 t/ha Branntkalk, 1949
DV 35 Klosterreichenbach
3/05 Schwarzwald-Hornisgrinde
Podsol 66 t/ha Kalkmergel, 1949
DV 2 / Calw
3/06 Flächenschwarzwald
Podsol - Pseudogley 10 t/ha kohlensaurer Kalk, 1949
Bonndorf 4/I-III 5/03 Schwarzwald Obere Wutach
Pseudogley-Braunerde / Braunerde
6 t/ha Branntkalk, 1949
Triberg 1/I-IV 3/14 Mittlerer Schwarzwald
Braunerde/ Pseudogley-Braunerde
6 t/ha Branntkalk, 1950
DV 39 Ulm 7/01 b Voralpine Deckenschotter
Pseudogley- Parabraunerde
9,2 t/ha kohlensaurer Kalk, 1952
v.Wilpert: Bodenschutzkalkung, Begründung, Technik, Wirkung
Effekte auf die Bodenreaktion
Öko
logisc
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ng Niedrigdosierte Kalkungsversuche
-0-Feld gekalkt
pH [KCl ]2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4.2
Tie
fe
0
10
20
30
40
50
60
70
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90
100
110
120
*
Hochdosierte Kalkungsversuche
-0-Feld gekalkt
pH [ KC l]2 3 4 5 6 7
Tie
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0
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30
40
50
60
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***
***
**
*
Grenzwert für das Vorkommen von endogäischen Regenwürmern (Ehrmann et al. 1999)
v.Wilpert: Bodenschutzkalkung, Begründung, Technik, Wirkung
Effekte auf die austauschbare Basensättigung
Öko
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ngHochdosierte Kalkungsversuche
-0-Feld gekalkt
Base ns ä t t igung [%]0 20 40 60 80 100
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***
***
***
**
***
*
0 5 10 15 20
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50
60
70
80
90
100
110
120
**
(*)
Niedrigdosierte Kalkungsversuche
Base ns ä t t igung [%]
-0-Feld gekalkt
Grenzwert für das Vorkommen von endogäischen Regenwürmern (Ehrmann et al. 1999)
v.Wilpert: Bodenschutzkalkung, Begründung, Technik, Wirkung
Kalkungseffekt auf die Humusform, Kalkungsversuch Ochenhausen (6 Jahre nach Kalkung)
Dolomit, P1Dolomit, P1Nullfläche, P3Nullfläche, P3
Ol - Nadel-/Laubstreu (0.5 cm)Of – stark vernetzte Bruchstücke (1.5 cm)Oh – locker, krümelig, biogen
umgearbeitet (1.5 cm)
Ol – Nadelstreu, Thuidium (0.5 cm)Of – schichtig gel. Nadelstreu (3.5 cm)Oh – oben torfartig, bröckelig
zerfallend (1.5 cm)
Kaliumdüngeversuchsfläche OchsenhausenKontrolle Dolomit
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v.Wilpert: Bodenschutzkalkung, Begründung, Technik, Wirkung
Kalkungseffekt auf die Humusform (Dünnschliff, 0.4mm)
0 1 2 3 4 5 cm0 1 2 3 4 5 cm0 1 2 3 4 5 cm
Kaliumdüngeversuchsfläche Ochsenhausen
P1 – 0,4 mmDolomit
P1 – 0,4 mmDolomit
P1 – 0,4 mmDolomit
P3 – 0,4 mmNullflächeP3 – 0,4 mmNullflächeP3 – 0,4 mmNullfläche
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v.Wilpert: Bodenschutzkalkung, Begründung, Technik, Wirkung
Kalkungseffekt auf Regenwurm Abundanz
Kalkungsversuch Ochsenhausen
Abundanz von Regen-würmern in Humusauflage und oberem Mineralboden, 6 Jahre nach Applikation von 10 t/ha Dolomitkalk(A/B, a/b, verschieden p<0,05)
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v.Wilpert: Bodenschutzkalkung, Begründung, Technik, Wirkung
Effekt auf Gas Diffusivität und Bodenbelüftung
Ds/
D0
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
BS [%]0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Ds/D0= (0.248 .(1- e-0.085.BS%))1.558
r2=0.59
Relativer scheinbarer Gas Diffusions Koeffizient (Messung nach SCHACK-KIRCHNER et. al. 2001) in Abhängigkeit der Basensättigung
Lang
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v.Wilpert: Bodenschutzkalkung, Begründung, Technik, Wirkung
Bodenbelüftung und FeinwurzeldichteDifferenz der Feinwurzeldichten zwischen Kontrolle und Kalkung über Ds/D0
BON_1_P1 BON_1_P2 BON_1_P3Fi337_6_P1 Fi337_6_P2 Fi337_6_P3KlosterK_P1 PfalzK_P1 SchönK_P1SchönK_P2 SchönK_P3 TRI_1_P1TRI_1_P2 TRI_1_P3 ULMK_P1
Tiefe 32-60 cm
-1
01
2
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8
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DS/D00.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45
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v.Wilpert: Bodenschutzkalkung, Begründung, Technik, Wirkung
Zunehmender Kaliummangel(Beispiel Südwestdeutsches Alpenvorland)
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v.Wilpert: Bodenschutzkalkung, Begründung, Technik, Wirkung
Bodenartliche Gliederung der KaliumernährungW
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v.Wilpert: Bodenschutzkalkung, Begründung, Technik, Wirkung
Results of interrupted percolation trials provide information about diffusive recharge of aggregate surfaces
0.08
0.06
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K [µ
mol
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c-1
time [h
]
750 1000 1250ml 1M NH Cl4
12 h
24 h
48 h
96 h
192 h
HILDEBRAND E.E., 1994
v.Wilpert: Bodenschutzkalkung, Begründung, Technik, Wirkung
Ulm, Kalkungsversuch 39, 1952 gekalkt mit 9.2 t/ha
Fine Roots / 100 cm2 10 20 30 50
gekalkt2
26
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Tief
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Effekt der Kalkung auf die FeinwurzelverteilungLa
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v.Wilpert: Bodenschutzkalkung, Begründung, Technik, Wirkung
Nitrat Leaching als ungewollter kurzfristiger Nebeneffekt Kalkungsexperiment
Ochsenhausen, (10 t/ha 1994)Ri
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Tiefe 80cmKontrolleKalkung
Jahr
v.Wilpert: Bodenschutzkalkung, Begründung, Technik, Wirkung
Langfristige Umkehr der NitrifizierungsintensitätKalkungsexperiment Heidelberg, (2,5 t/ha 1975)
Tiefe 100cmKontrolleKalkung
Jahr
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v.Wilpert: Bodenschutzkalkung, Begründung, Technik, Wirkung
Lang
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Identifikation des Kalkungsbedarfs für die Regeneration der natürlichen Bodenfunktionen
Aluminium wird durch starke Säuren mobilisiert, bei pH-Werten < 4,5
Natürliche Versauerung durch organische Säuren reicht normalerweise nicht tiefer als 50cm
Aluminium Sättigung in 60-90cm Tiefe ist über-wiegend anthropogen verursacht
Sie ist ein Indikator für den Kalkungsbedarf um den kumulierten Effecten der Bodenversauerung entgegen zu wirken.
v.Wilpert: Bodenschutzkalkung, Begründung, Technik, Wirkung
Herleitung des KalkungsbedarfsLa
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v.Wilpert: Bodenschutzkalkung, Begründung, Technik, Wirkung
Relativer Kalkungsbedarf in Baden-WürttembergAnzahl Kalkungen (3t/ha)
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v.Wilpert: Bodenschutzkalkung, Begründung, Technik, Wirkung
Entwicklung GIS-KalkungstoolU
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► Expertenbearbeitung für nicht eindeutig zuordenbaren Prüfflächen
► Weitgehend automatisierte Ableitung von Kalkungsflächen auf der Basis vorhandener Datengrundlagen (STOKA, BZE-Modell, Kalkungsdokumentation) unter Berücksichtigung von Restriktionsflächen
► Vorschlag zur Ausbringungstechnik und zum Ausbringungsmaterial
► Einbindung der Probenentnahme zur Absicherung der Expertenentscheidung
► Überführung in konkreten Kalkungsmaßnahmenplan
v.Wilpert: Bodenschutzkalkung, Begründung, Technik, Wirkung
GIS
-Kal
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plan
Technische Umsetzung Maßnahmenplan
Dolomit trocken verblasen
Dolomit erdfeucht verblasen
Dolomit/Holzasche erdfeucht Helikopter
Dolomit/Holzasche erdfeucht verblasen
Dolomit Granulat oder erdfeucht Helikopter
Dolomit erdfeucht Helikopter
Legende
QSG; Quellschutzgebiet
AUER; Sonderkartierung Auerwildhabitate
BRKZ; Kernzone Biosphärenreservat
BW; Waldschutzgebiete: Bannwald
DIC; Dicranum viride nach Prüfung
FVAV; Versuchsflächen FVA: BU, WW, PDV
KABE; kalkungssensible Standortseinheiten
LUBW; Bodendauerbeobachtung
N2Ke; endgültige WLRT
N2Kv; vorläufige WLRT
NHB; FOGIS Waldeinteilung
NPKZ; Kernzone mgl. Nationalpark
STOK; nicht kartiert, z.B. Teich, Steinbruch
WBK; kalkungssensitive Waldbiotope
WSZ1; Wasserschutzzone 1
v.Wilpert: Bodenschutzkalkung, Begründung, Technik, Wirkung
Kontrolle / Dokumentation•Dosierung, Rezeptur
•Einhaltung Ausschlussflächen
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Technische Umsetzung
Detaillierte Flächenplanung• Rezeptur
• Dosierung
• Ausbringungsform: Heli, Verblasen
• Festlegung Lande- Umschlagplätze
• Technische Ausschlussflächen (Straßen)
v.Wilpert: Bodenschutzkalkung, Begründung, Technik, Wirkung
Kalkungssensibilität vonWaldbiotope/FFH-Lebensraumtypen
Kategorien
1. Kalkungsunempfindliche Biotope/ Lebensraumtypen- keine fachliche Bedenken
2. KalkungsempfindlicheBiotope/ Lebensraumtypen- grundsätzlich von Kalkung ausgenommen
3. Biotope/Lebensraumtypen mit kalkungsunempfindlichen Strukturen > 2 ha,- Einzelfallprüfung, sensible
Strukturen ausgenommen
Naturschutz und Bodenschutzkalkung
v.Wilpert: Bodenschutzkalkung, Begründung, Technik, Wirkung
0 85 89 0 85 89 0 85 89 0 85 89
FiSaRh FiSaMu FiAlka BuTaAl
FiSaRh: Fichte, schwach gepufferte Substrate,mächtige HumusauflageFiSaMu: Fichte, schwach gepufferte Substrate, geringmächtige HumusauflageFiAlka: F ichte, gut gepufferte SubstrateBuTaAl: Buche/Tanne, gut gepufferte Substrate, mächtige Humusauflage
0
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Anzahl der Rote-Liste-ArtenLfU Baden-Württemberg / 83, Stufen 0-5
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Ergebnis Praxiskal-kungsversuch 1983 auf ca. 8.500 ha (v.Wilpert et al. 1993)
v.Wilpert: Bodenschutzkalkung, Begründung, Technik, Wirkung
Prozentanteil der Landeswaldfläche gekalkt
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2012
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Rheinland-Pfalz
Sachsen
Niedersachsen
ThüringenHessenBaden-Württembeg
Saarland
Sachen-AnhaltNRWBayern
v.Wilpert: Bodenschutzkalkung, Begründung, Technik, Wirkung
Leitlinien des Konzepts zur regenerativen Bodenschutzkalkung
Schlus
sfolge
rung
en Natürliche Bodenfunktionen sollen so weit wie möglich wiederhergestellt werden (damit werden Wälder gegen Klimastress stabilisiert)
Die Dosierung wird streng am standortsspezifischen Kalkungsbedarf orientiert
Prinzip der Vorsicht (Orientierung an 70% des errechneten Kalkungsbedarfs)
Behebung von akutem Kaliummangel durch Beimischung von 30% Holzasche statt des ökologisch wenig sinnvollen K-Sulfats
Ökologische Wirkungen des Kalkungsprogramms werden durch das Forstliche Umweltmonitoring überwacht (z.B. Boden-und Waldernährungsmonitoring)
Sensitive Naturschutzflächen werden konsequent bei der Bodenschutzkalkung ausgeschlossen