Humusformen als Spiegel des Waldes: Dynamik, Wandel und Funktion

45 Humusformen als Spiegel des Waldes: Dynamik, Wandel und Funktion Oliver van Straaten, Felix Grün und Jan Evers https://doi.org/10.5281/zenodo.17241267 Die Humusauflage eines Waldbodens ist wie ein Bankkonto für Nährstoffe und Wasser – Speicher und Umschlagsplatz zugleich. Sie besteht aus angesammeltem organischem Material – wie abgestorbenen Blättern, Zweigen, Holz – in unterschiedlichen Stadien der Zersetzung. Wie ein Schwamm saugt die Humusauflage Niederschläge auf und gibt sie im Laufe der Zeit langsam wieder ab, wodurch der Wasseranteil des Bodens stabiler bleibt und für Pflanzen und Bodenorganismen besonders in Trockenperioden länger verfügbar ist. Die in der organischen Substanz enthaltenen Nährstoffe werden in dieser Schicht gespeichert, bis sie durch Zersetzungsprozesse freigesetzt und durch biologische Aktivität in tiefere Bodenschichten verlagert werden. Durch diese immerzu fortschreitenden Kreisläufe werden die für das Pflanzenwachstum essentiellen Nährstoffe wie z. B. Stickstoff, Kalium, Kalzium und Magnesium in das Ökosystem zurückgeführt und liefern so die Grundlage für lebenswichtige Pflanzenfunktionen und Wachstum. Der Abbau der organischen Substanz erfolgt durch eine vielfältige Gemeinschaft von Zersetzern, darunter Bakterien und Pilze sowie größere Organismen wie Regenwürmer und Arthropoden (z. B. Tausendfüßer, Milben, Springschwänze und Käfer). Die Effizienz dieser Zersetzung oder Mineralisation, in dem organisches Material in pflanzenverfügbare Nährstoffe und Kohlendioxid (CO2) umgewandelt wird, hängt von mehreren Faktoren wie Temperatur, Feuchtigkeit und der chemischen Zusammensetzung der Streu ab. Ähnlich wie ein Bankkonto ist die Humusauflage ein dynamisches System, in dem die Menge des gespeicherten organischen Materials im Laufe der Zeit schwankt, abhängig vom Gleichgewicht zwischen Einträgen (z. B. Laubfall) und Austrägen (z. B. Zersetzung). Die zeitlichen Schwankungen des Streueintrags werden weitgehend von der Produktivität des Waldes beeinflusst, die von Faktoren wie dem Alter des Waldes und der Baumartenzusammensetzung abhängt. Im Gegensatz dazu werden Zersetzungsraten durch Umweltbedingungen gesteuert, einschließlich Temperatur, Feuchtigkeit und Art der Streu (z. B. Nadeloder Laubstreu), sowie durch externe Einträge wie stickstoffoder schwefelhaltige Säureeinträge und den Bodeneigenschaften. Diese Faktoren bestimmen gemeinsam die Zusammensetzung, Struktur und Mächtigkeit der Humusschicht und führen letztlich dazu, dass sich im Laufe der Zeit verschiedene Ausprägungen der Humusschicht bilden, den sogenannten „Humusformen“. Humusformen können in verschiedene Kategorien – oder „Schubladen“ – eingeteilt werden, die auf unterschiedlichen Merkmalen der organischen Schicht beruhen, wie Morphologie, Struktur, Zersetzungsstadium, Anzeichen biologischer Aktivität und der Wechselwirkung zwischen organischem Material und Mineralboden (Abb. rechts). Das deutsche Humusform-Klassifikationssystem, entwickelt von der ArbeitsRohhumus Moder Mull Humusformen im Wald: Zunehmende biologische Aktivität vom Rohhumus über Moder zum Mull (Fotos: NW-FVA, Abt. Umweltkontrolle) gruppe Humusformen der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft, folgt einem hierarchischen Rahmen, der von allgemeinen Kategorien zu spezifischeren Typen nach verschiedenen diagnostischen Kriterien übergeht. Auf der allgemeinsten Ebene werden terrestrische Standorte als (Foder 46 L-)Mull, Moder oder Rohhumus klassifiziert, was einen Gradienten der biologischen Aktivität und der Zersetzungsrate organischer Stoffe darstellt. Eine „Mull“-Humusform ist durch eine rasche Zersetzung der eingetragenen Streu gekennzeichnet, was zu einer nur minimalen Anreicherung organischer Substanz führt. In diesem Milieu zersetzen vielfältige Bodenorganismen – von Mikroben über Würmer bis hin zu Gliederfüßern – aktiv die Streu und integrieren sie in die oberen mineralischen Bodenschichten. Mull-Humusformen findet man häufig unter Laubwäldern und auf nährstoffreicheren Standorten (z. B. Kalkoder Basaltböden). Die nächste Stufe der Humusformen sind die „Moder“-Humusformen, die in Nordwestdeutschland am weitesten verbreitet sind. Sie entstehen typischerweise auf sauren, nährstoffarmen Böden unter Nadelwäldern, wo langsamere Zersetzungsraten zu einem allmählichen Aufbau einer organischen Schicht führen. Am Ende des Spektrums stehen die „Rohhumus“-Formen, die sich durch eine mächtige organische Schicht aus stark zersetztem Material, dem sogenannten Oh-Horizont, auszeichnen. Die Zersetzungsgeschwindigkeit der organischen Stoffe ist in Rohhumusformen aufgrund des sauren organischen Substrats und der nährstoffarmen Bedingungen im Allgemeinen sehr langsam. Humusformen spiegeln das kumulative Ergebnis interagierender Umweltfaktoren wie pH-Wert, Feuchtigkeit, Temperatur und biologischer Aktivität wider, die gemeinsam die Dynamik der Zersetzung steuern. Da Humusformen empfindlich auf Umweltveränderungen reagieren, eignen sie sich gut als Indikator für den Zustand von Waldböden, deren zeitliche Entwicklung und möglicher Störungen. Ist das Gleichgewicht zwischen Streuanlieferung und Zersetzung durch z. B. zu hohe Säureeinträge gestört, sammelt sich unvollständig zersetzte Streu in der Humusauflage an. Damit stehen die so gebundenen Nährstoffe den Waldbäumen nicht mehr zur Verfügung. Ähnliche Wirkungen können andauernde Trockenheit, Bodenverdichtungen oder auch zu hohe Nadelholzanteile haben. Stickstoffeinträge und hoher Lichteinfall nach Kalamitäten dagegen können die Streuzersetzung so stark fördern, dass die Wurzeln die Nährstoffe nicht vollständig aufnehmen können und sie mit dem Sickerwasser dem verfügbaren Wurzelraum verloren gehen. Im Rahmen der Bodenzustandserhebung im Wald (BZE) wurde daher untersucht, wie sich die Humusformen in den letzten 30 Jahren in Nordwestdeutschland entwickelt haben. Die BZE verwendet ein rasterbasiertes Stichproben design mit einem 8 × 8 km-Raster, das einen Teil des größeren Waldzustandserhebungs-Stichprobennetzes (WZE) darstellt. Insgesamt gibt es 465 BZE-Messpunkte, die über sechs Bundesländer im Nordwesten Deutschlands verteilt sind: Schleswig-Holstein, Niedersachsen, Sachsen-Anhalt, Hessen, Bremen und Hamburg. Das BZE-Monitoring-Programm wird bundesweit etwa alle 16 Jahre durchgeführt, mit Erhebungen in den Jahren 1990, 2006 und zuletzt 2023. Die BZE ist ein zentraler Baustein des Waldmonitorings in Deutschland und liefert wichtige Informationen über Veränderungen in der Bodenund Baumernährung, die Kohlenstoffspeicherung, die Bodenversauerung, die Nährstoffkreisläufe sowie die langfristigen Auswirkungen des Klimawandels und der Waldbewirtschaftung auf Ökosystemprozesse. Das langfristige und flächendeckende Untersuchungsdesign der BZE ermöglicht eine detaillierte Erfassung dieser Indikatoren über Raum und Zeit und bietet damit eine umfassende Datengrundlage, um die Entwicklung der Humusformen der letzten 30 Jahre abzubilden und zu bewerten. In der letzten BZE-Erhebung von 2023 wurden Mull-Humusformen auf etwa einem Drittel der beprobten Flächen festgestellt, Moder auf etwas mehr als der Hälfte, Rohhumus auf rund 10 % der Flächen und sogenannte „Initial“-Humusformen (frühe Entwicklungsstadien) ebenfalls bei etwa 10 % der BZE-Punkte (Abb. oben und Seite 47). Diese Initial-Humusformen wurden im Rahmen der neuesten Humusklassifikation von der AG Humusformen (2024) eingeführt und kennzeichnen Humusformen, die sich in einem frühen Stadium ihrer Entwicklung befinden, z. B. Erstaufforstungen und Kalamitätsflächen. Im Laufe der letzten 30 Jahre zeigte sich eine generelle Verschiebung der genannten Humusformen der Trägerländer weg von Rohhumus und hin zu mehr Mullund Moder-Humusformen. Genauer gesagt, stieg der Anteil der BZE-Punkte mit Mull-Humusformen von 24 % in der ersten BZE 1990 auf Humusformen als Spiegel des Waldes: Dynamik, Wandel und Funktion Humusformen bei der dritten Bodenzustandserhebung im Wald Mull Moder Rohhumus Initial Degradation 47 Humusformen als Spiegel des Waldes: Dynamik, Wandel und Funktion 34 % in der zweiten BZE 2006 deutlich und sank auf 30 % in der letzten BZE 2023. Auf der anderen Seite sank der Anteil der Standorte mit Rohhumus-Humusformen von 21 % in der ersten BZE auf 17 % in der zweiten BZE und schließlich auf nur 9 % in der dritten BZE (Abb. oben). Für die Analyse der zeitlichen Entwicklung der Humusformen wurden ausschließlich nur jene Flächen berücksichtigt, die in allen drei Inventuren (1990, 2006 und 2023) beprobt werden konnten – insgesamt 319 Beobachtungsflächen. Organisch geprägte Standorte wie Moorwälder und Flächen mit InitialHumusformen wurden aus dieser Auswertung ausgeschlossen. Der allgemeine Trend zu mehr Mulloder Moder-Humusformen deutet darauf hin, dass verschiedene externe Einflüsse zu einer erhöhten Zersetzungsrate der organischen Substanz beigetragen haben. Dies hat unter anderem zu einer allgemeinen Verringerung der Mächtigkeit der organischen Auf lage und zu einem schnelleren Nährstoffumsatz geführt. Mehrere Faktoren könnten diesen Wandel vorangetrieben haben: Erstens fand durch die anhaltend hohe Stickstoffdeposition aus intensiver Landwirtschaft und Industrie eine effektive Düngung der Waldböden statt, was den Streu abbau beschleunigte und die Nährstoffdynamik, insbesondere in Westniedersachsen und Schleswig-Holstein, veränderte. Zweitens minderte die in den letzten Jahrzehnten abnehmende Säuredeposition – infolge strengerer Luftreinhaltevorschriften – die Bodenversauerung, wodurch günstigere Bedingungen für biologische Aktivität in den oberen Bodenschichten geschaffen wurden. Drittens wurde durch die großflächige Kalkung von Waldökosystemen der pH-Wert erhöht und die Basensättigung verbessert, was wiederum die mikrobielle Aktivität und den Humusumsatz begünstigte. Viertens haben steigende Durchschnittstemperaturen, insbesondere während der Vegetationsperiode, enzymatische und mikrobielle Prozesse angeregt, die den Abbau organischer Substanz fördern. Dieser Erwärmungseffekt wird jedoch zunehmend durch längere Trockenperioden und wiederkehrende Dürren abgeschwächt, wodurch die Bodenfeuchtigkeit verringert und somit auch die mikrobielle Mineralisierung gehemmt wird. Fünftens verbesserte ein gradueller Wechsel von Nadelzu Laubbäumen in vielen Regionen die Qualität der Streu und schuf somit günstigere Bedingungen für die Humusentwicklung. Schließlich führten Veränderungen in der Forstwirtschaft – wie verstärkte Verjüngung im Unterstand und eine stärkere Auflichtung des Kronendachs – zu einer erhöhten Lichtverfügbarkeit am Waldboden, was die mikrobielle Aktivität und den Umbau organischer Substanz zusätzlich förderte. Während die allgemeine Verschiebung hin zu Humusformen mit schnellerer und effizienterer Streuzersetzung die Nährstoffkreisläufe verbessert und möglicherweise die Waldproduktivität steigern kann, bringt sie auch bedeutende Veränderungen in der Morphologie und Chemie der Waldböden mit sich. Diese Veränderungen können eine Kaskade von Auswirkungen auf zentrale Ökosystemfunktionen auslösen – darunter Kohlenstoffspeicherung, Nitratauswaschung, Wasserspeicherung und Treibhausgasemissionen. Die beobachtete Entwicklung verdeutlicht, dass Humusformen auf veränderte Umweltbedingungen sensibel reagieren und wie wertvoll sie als Indikatoren für langfristige ökologische Veränderungen in Waldökosystemen sind. Ihre sorgfältige Beobachtung und Analyse ermöglicht es, frühzeitig Auswirkungen von Klimawandel, Luftverschmutzung und Forstwirtschaft zu erkennen und entsprechend im Hinblick auf die Waldbewirtschaftung zu steuern. Zeitliche Veränderung der Humusformen in den letzten 30 Jahren (BZE I, II und III) in den Trägerländern Podsol in Norddeutschland Foto: J. Evers 300 200 100 0 BZE I (1990) Mull Moder Rohhumus BZE II (2006) BZE III (2023) Anzahl an BZE-Punkten