Wurzeln erhöhen das Wasserspeichervermögen im Boden

"Der Wald wirkt nach allen bis jetzt be­kannten Untersuchungen ausserordent­lich günstig auf die Milderung der Hoch­wassergefahr." Dieses Zitat stammt von Prof. Arnold Engler, der bereits seit 1903 die Hochwasserschutzwirkung des Wal­des wissenschaftlich untersuchte und 1919 seine Ergebnisse veröffentlichte. Die Vermutung, dass Wald Hochwasser verhindern oder zu­mindest abschwächen kann, führte be­reits im 19. Jahrhundert zu grossflächigen Aufforstungen und zum gesetzlichem Schutz des Waldes in der Schweiz (Forstpolizeigesetz 1876).

Im Verlaufe der letzten Jahrzehnte hat sich aber gezeigt, dass Wälder nicht automatisch vor Hochwasser schützen. Nach heutigem Wissensstand hängt der Beitrag zum Hochwasserschutz vom Waldzustand, also vom standortspezifi­schen Baumbestand und Bestandesauf­bau (Arten- und Altersstruktur) sowie von den Bodeneigenschaften ab. Lüscher und Zürcher (2003) gehen davon aus, dass die Hochwasserschutzwir­kung von Wald auf gehemmt durchlässigen, mittel- bis tiefgründigen Böden am höchsten ist. Von grosser Bedeutung sind dabei Baumwurzeln, die im Boden ein Hohlraumsystem bilden, das sehr viel Wasser aufnehmen kann (Lange et al. 2010).

Ein Projekt der Eidgenössischen For­schungsanstalt WSL und des Geographi­schen Instituts der Universität Bern unter­suchte den Einfluss der Wurzeln auf das Wasserspeichervermögen von Böden in einem voralpinen Heidelbeer-Tannen-Fichten-Hochwasserschutzwald in der Umgebung des Gant­risch, rund 30 km südlich von Bern (Abb. 1). Durch den hohen Grund- bzw. Hangwasser­stand sind die Böden in diesem Gebiet bei Regen rasch gesättigt. Deshalb ist die Frage nach der Hochwasserschutzwir­kung dieser Wälder von besonderem In­teresse.

Die Forscher führten Beregnungsexpe­rimente und Wurzelmessungen durch. Intensive, kurze Beregnungen simulierten Starkniederschläge, die in dieser Intensität natürlicherweise nur rund alle 100 Jahre auftreten (Abb. 3). Da Hochwas­ser vor allem dann entstehen, wenn der Bodenwassergehalt bereits sehr hoch ist, wurde der Porenraum vor den Experimenten vorgesättigt, die Wasserspei­cherung war somit auf grössere Poren beschränkt. Während der Beregnungsex­perimente wurden in verschiedenen Bo­dentiefen Wassergehalte aufgezeichnet. Zum Schluss wurden Wurzelproben ent­nommen.

In den obersten 10 cm des Bodens war die Wurzeldichte sehr hoch. Im Durch­schnitt befanden sich Wurzeln mit der Gesamtlänge von 1,26 cm in einem Kubikzentimeter Boden. Das entspricht 12,6 km Wurzeln pro Kubikmeter Ober­boden. Allerdings nahm die Wurzeldichte mit zunehmender Bodentiefe rasch ab und betrug bereits in 30 cm Tiefe nur noch rund 15% derjenigen zwischen 0–10 cm (Abb. 4).

Es ist bekannt, dass die Fichte teilweise wassergesättigte Bodenhorizonte kaum erschliessen kann und auf vernässten Böden sehr oberflächlich wurzelt. Der hohe Grund- bzw. Hangwasserstand in den Böden des Untersuchungsgebietes limitiert die Durchwurzelung der Fichte in tieferen Bodenschichten. Etwa 90% aller gefundenen Wurzeln waren feine Wur­zeln mit einem Durchmesser von bis zu 2 mm. Die Feinwurzelsysteme der Fichte und Tanne erneuern sich im Durchschnitt etwa jedes Jahr und hinterlassen im Boden beim Absterben ein Hohlraumsys­tem, das als Wasserspeicherraum dient.

Aus den Wassergehaltsmessungen lässt sich berechnen, wie viel Wasser im Boden gespeichert werden kann. Der Verlauf der Speicherkapazität über die Boden­tiefe ist vergleichbar mit demjenigen der Wurzeldichte: Mit zunehmender Boden­tiefe nimmt die Wasserspeicherkapazität ab (Abb. 5). Etwa die Hälfte des Wassers wird bereits in den obersten 20 cm des Bodens gespeichert. Unterhalb von rund 50 cm Tiefe betrug die Wasser­speicherung unter 1 mm pro 10 cm Bo­dentiefe. Sie hat daher kaum Bedeutung für die Speicherleistung des Gesamtbo­dens. Der Bodenaufbau unterstützt diese Messdaten. Ab rund 25 cm Tiefe zeigten alle Böden Merkmale länger andauern­der Wassersättigung (Vernässungsmerk­male wie Mangan- und Eisenkonkretio­nen, Abb. 6). Diese weisen darauf hin, dass der Unterboden bei hoher Bo­denfeuchte zumeist wassergesättigt ist und kaum Wasser aufnehmen kann.

Es ist bekannt, dass Wälder durch ihr Kronendach den Boden besser vor Nie­derschlägen abschirmen als Freiland. Ein Teil des Regens verdunstet direkt in der Krone und erreicht den Boden nicht (In­terzeption). Der Waldboden ist daher vor Niederschlagsereignissen meist trockener und kann mehr Wasser aufnehmen als Wiesen und Ackerland. Die Interzeption verliert aber mit zunehmender Regen­menge an Bedeutung.

Die Wasserspeicherkapazität des Bo­dens hängt von zahlreichen Bodeneigen­schaften ab. Nebst der Gesamtporosität gehören die Bodenart (Anteile Sand, Schluff und Ton) und die Durchwurze­lungsdichte dazu. In diesem Projekt zeigte sich, dass die Wasserspeicherkapazität hauptsächlich durch Wurzeln bestimmt wurde, denn eine höhere Wurzeldichte vergrösserte die Wasserspeicherkapazität. Wurzeln sind offensichtlich in vernässten Böden der wichtigste Faktor bei der Bil­dung von Hohlräumen, die Niederschlags­wasser aufnehmen und speichern kön­nen. Wälder schirmen den Boden also nicht nur durch das Kronendach vor Nie­derschlag ab, sondern erhöhen die Hoch­wasserschutzwirkung auch durch ein effi­zientes Porensystem im Boden, das durch Wurzeln entsteht.