Wirkung von Holzasche auf Waldboden, Baumwurzeln und Baumphysiologie

Ein wichtiges Ziel der schweizerischen Energiepolitik besteht darin, erneuerbare und CO₂-neutrale Energieträger zu fördern, um die CO₂-Belastung der Atmosphäre zu verringern und zudem zu einer möglichst diversifizierten und unabhängigen Energieversorgung beizutragen. Der Energieträger Holz erfüllt diese Voraussetzungen in idealer Weise. Bei der Verbrennung von Holz fällt jedoch Asche in der Grössenordnung von einem bis zwei Gewichtsprozenten an. Es stellt sich somit die Frage, wie sich die anfallende Holzasche entsorgen bzw. verwerten lässt und welche Einflüsse eine allfällige Holzasche-Ausbringung auf das Waldökosystem haben könnte.

Gemäss einer Studie der Eidg. Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA) und den Vorschriften der Stoffverordnung kann Asche aus 100% naturbelassenem Holz als Dünger in der Landwirtschaft verwendet werden. Im Sinne eines echten Stoffkreislaufes muss man im Rahmen einer sinnvollen und umweltgerechten Verwertung der Holzasche auch eine Ausbringung im Wald in Betracht ziehen. Allerdings verbietet die Waldverordnung grundsätzlich den Einsatz von Hilfsstoffen. Bevor bestehende Ausnahmeregelungen allenfalls erweitert werden, müssen Wissenschafter die Folgen der Holzascheausbringung auf Waldböden abklären. Dabei stehen Fragen der Veränderung von Bodeneigenschaften, aber auch des Einflusses auf das Wachstum und die Ernährung von Waldbäumen im Zentrum.

Entsprechend den verschiedenen Fragestellungen haben Mitarbeiter der Forschungsanstalt WSL im Schladwald (Gemeinde Unterehrendingen, AG), in einem zirka 70-jährigen Fichtenwald auf saurer Molasse gleich mehrere Behandlungsvarianten und deren Einflüsse untersucht. Diese Behandlungen beinhalteten nebst einer Kontrolle eine Applikation von Holzasche (hauptsächlich zusammengesetzt aus den Elementen Ca, K, Mg und P), einer optimalen Flüssigdüngung (hauptsächlich N, Ca, K, Mg und P), sowie einer Wasserbehandlung (Bachwasser, pH zirka 8,5) als Kontrolle für die Flüssigdüngung. Sie streuten die Holzasche im Mai 1998 und Juli 1999 zu je 4 t/ha von Hand auf den Waldboden, und die Flüssigdüngung wurde jährlich und jede Nacht während der Vegetationsperiode mit Hilfe einer Sprenkleranlage appliziert.

Chemische Veränderungen im Boden lassen sich am besten in der Bodenlösung beobachten. Die Holzasche hat einen hohen pH-Wert (das heisst einen geringen Säuregrad). Dementsprechend wird auch der pH-Wert der Bodenlösung durch die Holzasche erhöht (Abb. 3A). Nach der ersten Ausbringung stiegen die pH-Werte in 25 cm Tiefe massiv an (von 4,5 auf 8). Erhöhte pH-Werte liessen sich bis in eine Tiefe von 80 cm nachweisen.

Nach der zweiten Ausbringung blieben die Reaktionen hingegen aus. Gründe dafür sind der Zeitpunkt der Behandlung und die Form, in welcher die Asche auf den Waldboden gelangte. Beim ersten Mal waren die Wochen vor der Behandlung sehr regenarm. Kurz nach der Ausbringung setzte heftiger Regen ein und löste einen Grossteil der sehr feinen Holzasche. Die Lösung versickerte im Boden und verursachte die beobachteten Effekte. Beim zweiten Mal war infolge sehr hoher Niederschläge im Juni und Anfang Juli der Boden bis an die Oberfläche gesättigt. Die feinkörnige Holzasche konnte sehr viel Feuchtigkeit aufnehmen. Zudem regnete es die folgenden Wochen bis zum 20. September sehr wenig. Das waren optimale Bedingungen für eine physikalische Verfestigung und chemische Umwandlung der Holzasche. Damit ist eine schwerere Löslichkeit verbunden. Deshalb lassen sich nach der zweiten Ascheausbringung nicht mehr dieselben Effekte beobachten wie nach dem ersten Mal.

Der pH-Wert ist eine wichtige steuernde Grösse für zahlreiche weitere Prozesse. Er beeinflusst unter anderem auch die Löslichkeit von organischer Substanz. Dies erklärt den parallelen Verlauf der Konzentration an organischem Kohlenstoff mit dem pH-Wert (nicht dargestellt). Die gelöste organische Substanz ihrerseits vermag Metall- und Schwermetallelemente zu binden, zu lösen und allenfalls im Boden zu verlagern. Das Beispiel von Aluminium (Abb. 3B) zeigt die natürlichen, jahreszeitlichen Fluktuationen mit minimalen Konzentrationen im Sommer und maximalen im Winter, die durch einen markanten Konzentrationsanstieg nach der ersten Ascheausbringung gestört werden. Genau gleich wie Aluminium verhalten sich toxische Schwermetalle. Es konnten sogar Schwermetallmobilisierungen und -verlagerungen als Folge der ersten Holzascheausbringung nachgewiesen werden.

Die Biomassen der Feinwurzeln von Fichten im Oberboden nahmen während der Untersuchungsperiode in allen Behandlungsflächen leicht zu. Eine hohe und gleichzeitig signifikante Zunahme stellten die Forscher allerdings nur in der Holzaschebehandlung fest (Abb. 4).

Die verschiedenen Behandlungen beeinflussten das Feinwurzelwachstum nicht stark. Die Holzaschebehandlung führte im 1. Jahr zu einer grösseren Feinwurzeldichte und im 2. Jahr zu verstärktem Längenwachstum der Feinwurzeln, die Flüssigdüngungsbehandlung hingegen führte im 2. Jahr zu einer Reduktion der Anzahl Verzweigungen pro cm. Durch die Holzasche- und Flüssigdüngungsbehandlungen stiegen Ca-, Mg-, Kund P-Gehalte in den Feinwurzeln an. Im Falle von Ca war fast eine Verdoppelung der Konzentration durch die Holzaschezugabe feststellbar. Eine Zunahme des N-Gehaltes hingegen konnte nur in der Flüssigdüngungsbehandlung gemessen werden. Durch die Applikation von Bachwasser waren leichte Anstiege von Ca, K und P zu verzeichnen.

Im Gegensatz zu den oben genannten Hauptnährelementen beobachteten die Wissenschafter für Mn eine Abnahme der Gehalte in der Holzasche und Flüssigdüngungsbehandlung. Dies dürfte vermutlich mit dem Anstieg des pH-Wertes des Bodens und der damit verbundenen geringeren Löslichkeit von Mn zusammenhängen. Die Gehalte der Schwermetalle Zn, Cd und Cu in den Feinwurzeln wurden durch die verschiedenen Behandlungen nicht beeinflusst, auch wenn in der Holzasche relativ hohe Werte von Zn und Cu gemessen wurden. Durch die erhöhten pH-Werte des Bodens ist es wahrscheinlich, dass diese Schwermetalle nicht pflanzenverfügbar sind.