Hochwasserschutzwirkung von Tannen-Fichten-Wäldern (Fallstudie)

Die Baumartenzusammensetzung von Wäldern wird sich aufgrund der Klimaer­wärmung verändern. Buchen können zu­künftig höhere Lagen erschliessen und in voralpinen Gebieten verstärkt in beste­hende Tannen-Fichten-Wälder einwach­sen. Viele Hochwasserschutzwälder in den Einzugsgebieten der grossen Schwei­zer Flüsse befinden sich in den Voralpen. Die Änderung der Artenzusammen­setzung kann auch die Hochwasser­schutzwirkung dieser Wälder beeinflus­sen.

Die Eidgenössische Forschungsanstalt WSL untersuchte zusammen mit der Uni­versität Bern und der Hochschule für Agrar-, Forst- und Lebensmittelwissen­ schaften HAFL, wie sich die Hochwasserschutzwirkung von Tannen-Fichten-Wäl­dern verändert, wenn vermehrt Buchen einwachsen.

Der Tannen-Fichten-Wald wird sich im Zuge der Klimaerwärmung in gewissen Höhenlagen zu einem Tannen-Buchen-Wald entwickeln. Der Einfluss des Baumartenwechsels auf die Hochwasserschutzwirkung lässt sich in etwa abschätzen, indem man einen aktuell fichtenreichen Mischwald mit einem tiefer gelegenen buchenreichen vergleicht und im Rah­men eines Experiments deren Wasser­speichervermögen untersucht.

Darum verglichen wir im Gantrischgebiet (Kanton Bern) einen Tannen-Fichten-Wald auf 1000 m ü. M. mit einem nahe gelegenen, etwa 100 Höhenmeter tiefer liegenden Tannen-Buchen-Wald, beide mit vernäss­ten Böden. Die Bodeneigenschaften (Ver­nässungsgrad, Dichte, Körnung, Boden­säure) sind an beiden Orten vergleichbar. Als einziger Unterschied zwischen den Untersuchungsflächen verbleiben die An­teile der Fichten und Buchen, da die Tanne auf beiden Flächen vorkommt. Mit dem Vergleich der Wasserspeicherkapazi­täten der zwei Waldstandortstypen schätzten wir die zukünftige Hochwasserschutzwirkung unter dem Aspekt der Baumartenverschiebung im heutigen Tannen-Fichten-Wald ab.

Die Wasserspeicherkapazitäten wur­den mittels Beregnungsexperimenten be­stimmt. Dabei wurden kleinflächig (1 m²) einstündige Starkniederschläge simuliert, die mit dieser Intensität und Dauer (70 mm pro Stunde) natürlicherweise nur etwa einmal in 100 Jahren auftreten. Vor den Beregnungen wurden die Böden vor­gesättigt, und die Wasseraufnahme des Bodens war auf grössere Poren limitiert. Während der Beregnungsexperimente zeichneten wir in verschiedenen Boden­tiefen Wassergehalte auf und entnah­men nach der Beregnung Wurzelproben (Abb. 4).

Die Verteilungen der Wurzeln über die Bodentiefen unterscheiden sich in den beiden untersuchten Standorten stark. Im Tannen-Fichten-Wald sind die Wurzel­dichten in den obersten Zentimetern des Bodens sehr hoch, nehmen dann aber rasch ab. Der Tannen-Buchen-Wald hin­gegen hat die maximale Wurzeldichte in 10 bis 20 cm Tiefe und weist auch in grösseren Tiefen eine deutlich höhere Wurzeldichte auf als der Tannen-Fichten-Wald (Abb. 5). Damit widerspiegeln die gemessenen Wurzeldichten das Flach­wurzelsystem der Fichte und das Herz­wurzelsystem der Buche. Buchen vermö­gen also vernässte Horizonte besser zu durchwurzeln als Fichten.
 

Der Boden im Tannen-Buchen-Wald kann insgesamt rund 45% mehr Wasser auf­nehmen als derjenige im Tannen-Fichten-Wald. Zudem unterscheidet sich der Ver­lauf der Speicherkapazitäten über die Bodentiefe in den zwei Waldstandortsty­pen grundsätzlich. Im Tannen-Fichten-Wald nimmt die Wasserspeicherkapazität mit zunehmender Bodentiefe rasch ab, während sich die Wasseraufnahme im Tannen-Buchen-Wald erst ab ca. 70 cm Tiefe deutlich reduziert (Abb. 6). Im Tan­nen-Fichten-Wald weist der Bodenauf­bau in 80–100 cm Tiefe Eigenschaften auf, die eine grössere Wasserspeicherka­pazität ermöglichen.

Die Analysen zeigen, dass das Hohl­raumsystem im Boden des Tannen-Fich­ten-Waldes hauptsächlich durch Wurzeln gebildet wurde, die die Wasserspeicher­kapazität stark beeinflussen. Eine höhere Wurzeldichte ermöglicht dem Boden, mehr Wasser zu speichern. Wenn nun die Buche künftig unter dem Aspekt des wärmeren Klimas in diese Wälder ein­wächst, wird sich auch die Wurzeldichte in verschiedenen Bodentiefen verändern.

Auch bei veränderter Artenzusammen­setzung der Hochwasserschutzwälder ist eine möglichst hohe Durchwurzelungsintensität das wichtigste Instrument zur Förderung der Hochwasserschutzwirkung. Eine hohe Wurzeldichte sowohl über die Fläche als auch über die Bodentiefe wird durch einen stufigen Bestand und eine einzelbaumweise Artenmischung erreicht (Abb. 8). Diese Vorgaben entsprechen den Anforderungen der Wegleitung "Nach­haltigkeit und Erfolgskontrolle im Schutz­wald-NaiS". In NaiS sind für verschiedene Wald-standortstypen minimale und ideale Zu­stände von Schutzwäldern bezüglich Artenmischung, Artengefüge und Verjün­gung definiert. Aus diesen Anforderungen lassen sich waldbauliche Massnahmen ab­leiten, um bei veränderter Baumartenzu­sammensetzung die Hochwasserschutzwirkung des Waldes zu optimieren.