Abb. 1: Kohlenstoffvorräte: Werteverteilung in den Wuchsgebieten Bayerns
Der Kohlenstoff liegt in Böden in karbonatischer (Kalk-Dolomit-Gesteine und -Mergel) und organisch gebundener (Humus) Form vor. Beim Humus ist zwischen Nährhumus und Dauerhumus zu unterscheiden (vgl. Kasten). Die beiden Kohlenstoffbindungsformen wurden im Rahmen der zweiten Bodenzustandserhebung (BZE 2) analytisch bestimmt. In Abbildung 1 sind die BZE-Punkte mit ihren Vorratssummen des organischen Kohlenstoffs bis 150 Zentimeter Tiefe in Form einer Summenkurve dargestellt. Der niedrigste Wert aller BZE-Punkte liegt bei 35, der höchste bei 1.144 Tonnen pro Hektar (t/ha). Der 50-Prozent-Wert (Median) liegt bei 117 t/ha. Es gibt in Bayern keinen BZE-Punkt ohne Humus.
Sehr flachgründige und sehr steinige Böden haben trotz hoher Kohlenstoffgehalte generell sehr geringe Vorräte organischen Kohlenstoffs. Extrem hohe Vorräte finden sich an Punkten ohne oder mit sehr geringem Mineralbodenanteil, in der Regel Moore und Anmoore.
Waldböden enthalten – je nach Horizont und Bodentiefe – unterschiedliche Anteile von Mineralboden und Humus. Der Humusanteil nimmt in der Regel von oben nach unten ab. Humusquelle sind abgefallene Blätter, Nadeln, Zweige, Äste, Früchte, Rindenteile sowie abgestorbene Wurzeln im Boden. Sie werden im Boden zersetzt und schließlich mineralisiert. Dabei entstehen Nährhumus und Dauerhumus. Die beiden Humusformen sind auf die unterschiedliche Abbauresistenz der Streu-Wurzel-Bestandteile zurückzuführen.
Nährhumus: Er wird in der Regel in kurzen Zeiträumen (Jahre bis Jahrzehnte) umgesetzt und ist hauptsächlich für die Nährstoffnachlieferung verantwortlich.
Dauerhumus: Er wird in deutlich längeren Zeiträumen (Jahrhunderte bis Jahrtausende) abgebaut und reichert sich in den Böden an.
Die Nährhumusanteile sind im Oberboden deutlich höher als in den unteren Horizonten, beim Dauerhumus ist es umgekehrt. Humusgehalte und -vorräte hängen vom Ausgangsgestein der Bodenbildung, vom Zeitraum der Bodenbildung, von Relief, Exposition, Klima, Vegetation und Art der Waldbewirtschaftung ab. Vegetation und Art der Waldbewirtschaftung bedingen sich gegenseitig und wirken sich auf den Humus in den obersten Bodenhorizonten sehr kurzfristig und dynamisch aus.
Die Relation zwischen dem ober- und unterirdischen Kohlenstoffspeicher in Wäldern umfasst eine große Spanne. Als mittlere Faustzahl wird für Europa ein Verhältnis von 1:2 hergenommen.
Organischer Kohlenstoff in unterschiedlichen Bodenbereichen
Abb. 2: Die Kohlenstoffvorräte an den BZE-Inventurpunkten in drei unterschiedlichen Bodenbereichen.
Abb. 3: Kohlenstoffvorröte Bayerns nach Temperaturklassen
Neben den Kohlenstoffvorräten des Gesamtprofils wurden auch die Vorräte folgender ausgewählter Bodenbereiche genauer angesehen:
- organische Auflagen (L / Of + Oh)
- Auflage + 30 cm Mineralboden (= Oberboden)
- Auflage + 100 cm Mineralboden
Auffallend sind die vergleichsweise geringen Kohlenstoffvorräte in den Humusauflagen (Abb. 2). Hier findet man zwar die höchsten Anteile organischen Kohlenstoffs, allerdings haben die Proben ein sehr geringes spezifisches Gewicht. Im Oberboden sind noch nennenswerte Kohlenstoffgehalte vorhanden, das spezifische Gewicht liegt schon deutlich über dem der Auflagen. Daher sind hier deutlich größere Vorräte organischen Kohlenstoffs gespeichert. Die zusätzlichen 70 Zentimeter im dritten Bodenbereich tragen nur untergeordnet zum Vorrat bei. Die Kohlenstoffgehalte liegen in den Unterbodenhorizonten häufig bei einem Prozent und darunter. Andererseits ist das spezifische Gewicht des Bodens dort hoch. Im Unterboden sind auch die höchsten Anteile abbauresistenter Humusfraktionen anzutreffen.
In Böden stellt sich bei konstanten Standortsfaktoren über lange Zeiträume ein Gleichgewicht zwischen Anlieferung und Abbau der organischen Substanz ein. Ein wesentlicher Faktor ist die unterschiedlich intensive anthropogene Nutzung organischer Substanz. Organischer Kohlenstoff kann zu einer CO2-Senke werden, wenn dem Boden mehr organischen Substanz zugeführt wird als die Bodenlebewesen mineralisieren und veratmen.
Abhängigkeit von klimatischen Größen
Abb. 4: Mit der Rammkernsonde werden Bodenproben bis aus einer Tiefe von 150 cm gewonnen (Foto: Tobias Hase, StMELF).
Die mittlere Jahrestemperatur, die Jahresniederschlagssumme, die Seehöhe und der Fichten- / Kiefernanteil beeinflussen den Kohlenstoffvorrat. In den Berechnungen zu den Vorräten des organisch gebundenen Kohlenstoffs ergaben sich folgende Abhängigkeiten:
| Temperatur | Niederschlag | Höhenlage | Fichten- / Kiefernanteil | |
| organische Auflagen | schwach signifikant | keine | keine | hoch signifikant |
| Oberboden | hoch signifikant | hoch signifikant | hoch signifikant | signifikant |
| Auflage + 100 cm Mineralboden | hoch signifikant | hoch signifikant | hoch signifikant | keine |
Die Auswertungen deuten darauf hin, dass die Klimaparameter die Vorräte des organischen Kohlenstoffs umso mehr beeinflussen, je mehr man die tieferen Bodenhorizonte einbezieht. In größerer Bodentiefe bestehen die Humusfraktionen meist aus sehr alten Humusbestandteilen, die den Klimaeinfluss vieler Jahrhunderte widerspiegeln. In den obersten Bodenhorizonten wird dagegen der Einfluss der Bauartenzusammensetzung wichtiger.
Die Temperaturspanne der Waldstandorte Bayerns reicht von 3,0 °C bis 9,0 °C, wobei drei Viertel aller BZE-Punkte zwischen 7,0 °C und 9,0 °C liegen. Die Kohlenstoffvorräte nehmen von den kalten hin zu den warmen Temperaturklassen ab (Abb. 3).
Kohlenstoff und Klimaerwärmung
Abb. 5: Karte der regionalen Verteilung der Kohlenstoffvorräte
Diese ersten Auswertungen zeigen, dass die Klimaverhältnisse einen mehr oder weniger deutlichen Einfluss auf den Vorrat der organischen Substanz bayerischer Waldböden ausüben. Daneben zeigt sich noch die Wirkung der vorherrschenden Baumart. Insgesamt handelt es sich bei den Vorräten organischen Kohlenstoffs in unseren Waldböden um eine robuste Größe gegenüber kurzfristigen Veränderungen.
Gefahr für den organischen Kohlenstoff geht von einer Klimaerwärmung aus, da aufgrund höherer Temperaturen bei ausreichender Feuchtigkeit der Kohlenstoff beschleunigt abgebaut wird. Am stärksten betroffen wären die Vorräte in den humosen Auflagen und etwas abgeschwächt die der Oberböden. Dagegen werden die Vorräte in den unteren Bodenhorizonten erst mittel- bis langfristig auf diese Veränderungen reagieren. Daher wird es spannend folgende Frage zu klären: Stellen die Vorräte organisch gebundenen Kohlenstoffs in den Waldböden derzeit eine Senke oder künftig eine Quelle für atmosphärischen Kohlenstoff dar?
