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Umweltatlas Berlin

03.01 Schwefeldioxid - Emissionen und Immissionen (Ausgabe 1997)

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Wirkungen langjähriger Belastungen auf Waldökosysteme

Der Filtereffekt durch die Oberflächenstruktur von Wäldern bewirkt eine hohe Schadstoffeinwirkung und -akkumulation. Mit dem Schadgas Schwefeldioxid und seinem Folgeprodukt Sulfat sind entsprechend vielfältige Wirkungen auf Waldökosysteme verbunden. Die seit Anfang der 80er Jahre auf internationaler Ebene intensiv betriebene Waldschadensforschung hat auf dem Gebiet der Immissionswirkungen ganz neue Erkenntnisse geliefert, die zu sehr kritischer Grenzwertfestlegung führten.

Direkte Schadeinwirkungen der ehemals hohen SO2-Konzentrationen machten sich in der Vergangenheit in Berlin vor allem in der Verarmung der Flechtenflora (vgl. Karte 03.07, SenStadtUmTech 1996a) und in Nadelschäden bemerkbar. In den langjährigen Untersuchungen des Monitoringprogramms wurde eine spezielle Methodik entwickelt, um die makroskophisch erkennbaren Nadelschäden zu erfassen und zu bewerten (vgl. Meyer u. Kalhoff 1996). Die Schadbilder wurden zu Schadtypen zusammengefaßt, von denen der Schadtyp 3 (Nadeln mit scharf abgesetzten band- und fleckenförmigen Chlorosen und Nekrosen) sich recht sicher als SO2-Schaden deuten läßt. Die Abbildung 3 zeigt die Entwicklung dieses Schadtyps seit 1986: parallel zur abnehmenden SO2-Belastung traten weniger Nadelschäden des Schadtyps 3 auf. Die positive Korrelation mit der mittleren SO2-Konzentration der Jahre 1986-94 bestätigt den Zusammenhang. Die in Berlin abnehmenden Nadelschäden dieses Schadtyps stimmen mit den Beobachtungen von Korsch und Jäger (1993) überein, die im Raum Bitterfeld ebenfalls eine deutliche Reduzierung der Nadelnekrosen in den letzten Jahren konstatieren.

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Abb. 3: Zeitliche Entwicklung von Nadelschäden des Schadtyps 3 in drei Untersuchungsflächen der im Westteil Berlins gelegenen Wälder und die mittlere SO2-Konzentration im Grunewald. Dargestellt ist für den Schadtyp das Mittel aller Probebäume (nach Meyer u. Kalhoff 1996). Für 1992 liegt kein Wert zu Nadelschäden vor.

Trotz dieses geringen Konzentrationsniveaus von Schwefeldioxid in 1995 ist eine Säurebelastung der Berliner Wälder, die zu ca. zwei Drittel durch SO2 verursacht wird, nach wie vor vorhanden. Zwar reduzierte sich infolge der umfangreichen Immissionsminderungsmaßnahmen die Menge der eingetragenen Säure, aber nicht in dem Maße, wie sich die SO2-Konzentrationen verminderten. Dies liegt an den ebenfalls sinkenden Calciumeinträgen, wodurch sich die atmosphärische Pufferung der Säuren reduziert hat (vgl. Abb. 4). Zudem sind die Stickoxidimmissionen, die zu einem Drittel an der Säurebildung beteiligt sind, nur wenig gesenkt worden (vgl. Karte 03.03, SenStadtUmTech 1997). Die Folge war ein leichter Anstieg des Säureeintrags von 1991 bis 1994.

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Abb. 4: Zeitliche Entwicklung des Säureeintrags, der atmosphärisch bereits gepufferten Säure und des Calciumeintrags in kmol Ionenäquivalenten pro Hektar und Jahr im Freiland innerhalb des Grunewaldes (nach Fischer 1996)

Diese aktuell gemessenen Säureeinträge liegen noch über dem Wert tolerierbarer Säureeinträge für die Berliner Wälder, der sich nach dem auf nachhaltige Sicherung des Naturhaushalts ausgerichteten UN ECE-Konzept der "Critical Loads" bestimmen läßt (vgl. Abb. 5). Der Wert errechnet sich danach, wieviel der Waldboden langfristig durch seine Säureneutralisationskapazität abfangen kann. Die Säureneutralisationskapazität wird bestimmt durch die Möglichkeit des Bodens, durch Verwitterung basische Kationen (Ca, Mg, K) nachzuliefern. Die gleiche Funktion üben aber auch die mit dem Staub eingetragenen basischen Kationen aus, die somit zu einer Entlastung führen können. Durch die bereits erwähnte erhebliche Reduzierung der Calciumeinträge verringert sich diese Entlastung.

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Abb. 5: Entwicklung des tatsächlichen und des nach UN ECE-Konzept tolerierbaren Säureeintrages (Critical Loads) in Ionenäquivalenten pro Hektar und Jahr von 1987 - 95 (Beispiel Grunewald). Tatsächlicher Säureeintrag: berechnete Eintragswerte in den Waldbestand

Bedingt durch diese abnehmende atmosphärische Säurepufferung wird auch ein Absinken des pH-Wertes im Regen (1984 - '94 von 4,7 auf 3,9) (vgl. Pelz 1995) festgestellt (vgl. Abb. 6). Der hohe Säuregrad von Regen und Nebel ist wiederum für Wälder problematisch, so können vermehrt Säureschäden auf Nadeloberflächen (frühzeitige Alterung der Wachsschicht) und ein erhöhtes Auswaschen von Nährstoffen auftreten.

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Abb. 6: Zeitlicher Verlauf des pH-Wertes des Niederschlages in Berlin-Dahlem 1984 - 1995 (Pelz 1995, Pelz 1996)

Im Waldboden können die langjährigen Säure-Einträge in der Bodenlösung nachgewiesen werden, die einen sensiblen Indikator für den bodenchemischen Zustand darstellt. Auf den Walddauerbeobachtungsflächen im Grunewald ist die Bodenlösung durch hohe Sulfat (SO4)-Konzentrationen geprägt, die mit 85 % an der Anionensumme auch die Ionenstärke der Bodenlösung entscheidend bestimmen (vgl. Schlenther et al. 1995). Damit stellen die hohen SO4-Einträge der Vergangenheit eine wichtige Steuerungsgröße für den Stoffhaushalt im Boden dar. Aufgrund der anhaltenden Pufferung dieser durch Sulfat bedingten Versauerung werden vermehrt die für Wurzeln toxischen Aluminiumionen freigesetzt. Nur wegen der immissionsbedingten Calciumvorräte im Boden kommt es trotzdem nicht zu Wurzelschäden. Aber die aktuellen Säureeinträge zehren diese Vorräte allmählich auf. Das auf langfristigen Erhalt der Bodenqualität zielende Konzept der Critical Loads berücksichtigt diese sich aufbrauchenden Bodenvorräte nicht und bewertet deshalb den aktuellen Säureeintrag unter dem Aspekt der nachhaltigen Sicherung der Waldböden als nicht tolerierbar.

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