Zustandserhebung hydromorpher Böden Brandenburgs

Alle untersuchten Standorte sind durch sekundäre Bodenbildungsprozesse gekennzeichnet, wobei die Degradierung der intensiv genutzten und stark entwässerten Böden deutlicher ausgeprägt ist, als bei den anderen Nutzungsformen. Ersichtlich wird dies in der Ausprägung, Abfolge und Mächtigkeit der einzelnen Bodenhorizonte (siehe Abbildung 2). Die gezeigten Beispielstandorte lassen sich in das neue, differenzierte Klassifikationssystem für grundwasserbeeinflusste Böden unter Grünlandnutzung (siehe Tabelle 1) einordnen und repräsentieren die Eigenschaften einer Standort-Nutzungsgruppe.

Tabelle 1: Klassifikationssystem für grundwasserbeeinflusste Böden Brandenburgs unter Grünlandnutzung

Abbildung 2: Boden- und Wasserverhältnisse sowie die Vegetationszusammensetzung von zehn untersuchten Beispielstandorten der Hauptgruppen Intensivgrünland, Feuchtweiden, Feuchtwiesen und Nasswiesen

Die Moormächtigkeit der Standorte ist unterschiedlich und hängt von der jeweiligen Entstehungsgeschichte ab. Im Hinblick auf eine nachhaltige Bewirtschaftung spielt sie jedoch eine zentrale Rolle: tiefgründige Niedermoore verlieren infolge sukzessiver Entwässerung stärker an Mächtigkeit und können länger frische organische Substanz für den Mineralisierungsprozess nachliefern. Der aktuelle Bodenzustand der Standorte 1 bis 10 wird bestimmt von der jeweiligen Grundwasserdynamik. Anhand des mittleren Sommergrundwasserstandes lässt sich dieser Zusammenhang mit Hilfe eines Beispiels sehr gut verdeutlichen.

Beispielstandort Nr. 1 (vgl. Abbildung)

Der für die Entwicklung des Moorbodens repräsentative Ø Sommergrundwasserstand liegt bei 84 cm unter Flur und zeigt einen geringen Schwankungsbereich (Spielberg 1984). Abzüglich des kapillaren Aufstiegs aus dem Grundwasser ergibt sich eine langfristige Belüftung der oberen 60 bis 70 cm. Daher haben sich ein vermulmter Oberbodenhorizont und ein mächtiger aggregierter Unterbodenhorizont ausgebildet. Langfristig kann es hier zu Bewirtschaftungsproblemen kommen, da der vermulmte Oberboden wasserabweisend wirkt und leicht verschlämmt und so die Grasnarbe schädigt. Eine weitere Verdichtung des Unterbodens hemmt den Wasseraustausch in beide Richtungen.

Die Intensität der Bodenentwicklung in Abhängigkeit von der Entwässerungs- und Bewirtschaftungsintensität wird außerdem durch eine Abnahme des organischen Kohlenstoffgehalts und einen Anstieg der Trockenrohdichte gekennzeichnet (siehe Abbildung 3).

Abbildung 3: Ausgewählte Bodenparameter der oberen 30 cm aller untersuchten Standorte in Abhängigkeit von der jährlichen Nutzungshäufigkeit

Die zum Teil große Spanne der Werte resultiert aus der Vielfalt der untersuchten Bodentypen. Gleye und Anmoore haben bereits originär geringere Kohlenstoffgehalte als Niedermoorböden. Außerdem ist auf ursprünglich geringmächtigen Niedermoorböden (< 100 cm Moormächtigkeit) sowie auf Gleyen und Anmooren die jährliche Nutzungsfrequenz höher als auf tiefgründigen Niedermoorstandorten. Es ist zu beachten, dass hier eine Wechselwirkung besteht: die Landnutzungsgeschichte der geringmächtigen Niedermoorbereiche, die häufig in den Randbereichen der Niederungen zu finden sind, ist länger. Das heißt, anthropogen bedingte Bodenbildungsprozesse laufen schon viel länger ab als in den zentralen, tiefgründigen Niederungsbereichen. Gleichzeitig bedingen diese Prozesse aber eine weitere Abnahme der Moormächtigkeit.

Aus diesem Grund liefert die Informationsplattform www.hydbos.de bodentypspezifische Ergebnisse zu jeder Hauptgruppe (Intensivgrünland, Feuchtweiden, Feuchtwiesen und Nasswiesen). Der Einfluss der Bodeneigenschaften nimmt mit steigenden Grundwasserständen jedoch ab. Die Vegetationszusammensetzung wird dann zunehmend durch die Wasserverhältnisse bestimmt. Dieser Sachverhalt kann anhand der in Abbildung 2 dargestellten Ergebnisse nachvollzogen werden: der Anteil der Süßgräser nimmt mit steigendem mittlerem Sommergrundwasserstand ab. Stattdessen werden die entsprechenden Flächen von Carex sp., Phalaris arundinacea und Phragmites australis dominiert. Vor allem auf den intensiv genutzten Standorten mit vergleichsweise niedrigen Grundwasserständen finden sich typische Arten des Saatgraslandes wie beispielsweise Lolium perenne, Poa pratensis und Poa trivialis. Feuchtweiden und Intensivgrünland sind durch einen erhöhten Besatz verschiedener Kräuter charakterisiert. Während es auf den Feuchtweiden zu einer nutzungsbedingten Etablierung von Juncus effusus kommen kann, können sich auf stickstoffgedüngten, stark degradierten Standorten des Intensivgrünlandes inselartige Strukturen mit einem Besatz an Urtica dioica, Cirsium arvense und Elymus repens ausbilden. Hierbei handelt es sich entweder um nitrophile oder tiefwurzelnde Arten, welche gegenüber den Süßgräsern in Konkurrenz bezüglich der Stickstoff- und/oder Wasserversorgung stehen. Typisch für diese Problematik ist der Beispielstandort Nr. 3 (siehe Abbildung 2). Die dort erfassten tiefen Wasserstände ermöglichen es den Gräsern nicht, sich ausreichend mit Wasser zu versorgen. Zusätzlich zur Stickstoffdüngung, wie sie auf intensiv genutzten Standorten üblich ist, kommt ein nicht quantifizierbarer Stickstoffpool aus der Mineralisierung der verbleibenden organischen Substanz. Die Etablierung solcher Pflanzenbestände wirkt ertragsminimierend und erhöht den Pflegebedarf auf diesen Flächen. Für diese Flächen ist zu prüfen, ob die Futtergewinnung für die Milchproduktion noch eine effiziente Nutzung mehr darstellt. Abbildung 4 zeigt die dazugehörigen Ertragsspannen und Energiegehalte der geernteten Jahreserträge 2011 je Hauptgruppe.

Abbildung 4: Ertragsspannen und Energiegehalte der geernteten Jahreserträge 2011

Insgesamt zeigen die Untersuchungsflächen eine breite Spanne der Jahreserträge 2011. Dies lässt sich unter anderem anhand der unterschiedlichen Pflanzenbestände der Flächen erklären: die Biomasse von Phalaris arundinacea bringt beispielsweise einen höheren Ertrag als die Biomasse von Lolium perenne. Betrachtet man die Mediane, so entsprechen die Jahreserträge und Energiegehalte der extensiv bewirtschafteten Flächen den Angaben aus der Datensammlung Brandenburg (Hanff et al. 2010); hier wird kein zusätzlicher Stickstoff gedüngt und die Nutzungshäufigkeit ist geringer, so dass die Pflanzenbestände in der Regel bereits höhere Rohfasergehalte zeigen, wenn sie das erste Mal geschnitten oder beweidet werden. Die Energiegehalte in der Hauptgruppe Intensivgrünland liegen aufgrund der Stickstoffdüngung, der erhöhten Nutzungsfrequenz und der etablierten Saatgrasbestände höher. Die Ertragspanne ist ebenfalls auf die entsprechenden Pflanzenbestände zurückzuführen (siehe Abbildung 2). Beispielsweise handelt es sich bei Poa pratensis um einen ausdauernde Art, die einen dichten Rasen bildet, aber nicht hochwüchsig ist. Deckungsgrade von bis zu 30 Prozent sind wünschenswert und erhöhen die Befahrbarkeit der Flächen. Ein Besatz mit mehr als 50 Prozent kann allerdings dazu führen, dass die angestrebten Erträge des Intensivgrünlandes dauerhaft nicht erreicht werden. Diese liegen in der Regel bei 90 Dezitonnen pro Hektar und Jahr (Ertragsklasse I für Intensivgrünland in Brandenburg nach Hanff et al. 2010). Das im Jahr 2011 maximal erfasste Ertragsniveau des Intensivgrünlands auf den grundwasserbeeinflussten Böden der HYDBOS-Flächen lag bei 77 Dezitonnen pro Hektar. Eine mögliche Ursache für diese Differenz könnten die phasenweise hohen Grundwasserständen während des Sommers 2011 gewesen sein (siehe Abbildung 5), hervorgerufen durch Starkniederschläge in den Monaten Juni und Juli.

Abbildung 5: Grundwasserdynamik der Beispielstandorte 2 und 10, Randowbruch

Die Produktivität der untersuchten Flächen des Intensivgrünlandes ist gegenüber Witterungsbedingungen also extrem anfällig. Das Risiko einer kurzfristigen Ertragsminderung infolge von Starkniederschlägen während der Vegetationsperiode ist hier besonders hoch: häufig kann das Regenwasser nicht schnell genug in den Boden infiltrieren oder wird durch verdichtete Moorboden- und Muddehorizonte gestaut. Die jeweiligen Flächen bleiben vernässt und sind zum eigentlichen Erntezeitpunkt nicht befahrbar. Die beobachtete Bodendegradierung dieser Flächen kann außerdem zu einer langfristigen Ertragsminderung infolge der Etablierung unproduktiver Pflanzenbestände führen (z.B. Urtica dioica). In jedem Fall erhöhen sich die Kosten zusätzlicher Pflegemaßnahmen für den Erhalt eines produktiven Pflanzenbestandes auf diesen Flächen. Diese müssen in Relation zu den erwirtschafteten Erträgen gesetzt werden. Ohne eine zweiseitige Wasserregulierung bei gleichzeitigem Anheben des Grundwasserniveaus generell verursachen diese Flächen zum jetzigen Zeitpunkt die höchsten CO₂-Emissionen.

Klimaimpact

In Folge des projizierten Klimawandels werden die geschilderten Zusammenhänge zwischen Nutzung, Grundwasser, Bodenentwicklung und Pflanzengesellschaft weiter verstärkt. Die durchgeführten Impactmodellierungen zeigen einen Anstieg der CO₂-Freisetzung aus diesen Böden im Zusammenhang mit einem regionalspezifischen Anstieg der Jahresmitteltemperatur bei gleichbleibender Grundwasserdynamik. Zusätzlich zu ihrer allgemein anerkannten Klimaschutzwirkung (Joosten 2011, UNFCCC 2007, IPCC 2007) sollen grundwasserbeeinflusste Böden zukünftig auch als Retentionsräume für Wasser dienen. Inklusive der Freisetzung von CO₂ aus dem Abbau der Kohlenstoffvorräte organischer Böden erhöht sich der Anteil der Landwirtschaft an der Treibhausgasemission in Deutschland auf 14 Prozent (Dämmgen und Flessa 2009). Die Bedeutung nachhaltiger Landnutzungsstrategien für grundwasserbeeinflusste (Niedermoor)Standorte wird unter dem Aspekt der sekundären Bodenveränderung nochmals hervorgehoben: es gibt einen bislang nicht abschätzbaren Flächenpool stark degradierter Standorte (Aggregierung, Reliefierung), welcher zunehmend schwerer zu bewirtschaften ist. Rechnet man mit einer Zunahme der sommerlichen Starkregenereignisse, steigt das Risiko einer kurzfristigen und quantitativen Ertragsminderung auf diesen Standorten erheblich.

Ausschlaggebend für die CO₂-Emissionen aus der organischen Substanz grundwasserbeeinflusster Böden sind zum einen die Grundwasserabsenkungen und zum anderen die stark schwankenden Grundwasserstände, welche zu einer regelmäßige Durchfeuchtung der Oberböden führen. Unter diesen Bedingungen können sich die Umsetzungsprozesse durch die mikrobielle Aktivität erhöhen (Meyer und Höper 1998, Wessolek et al. 2002). Abbildung 6 zeigt eine Gegenüberstellung der CO₂-Freisetzungspotentiale bis 2030 der untersuchten Beispielstandorte unter aktuellen und fiktiven Wasserverhältnissen. Der mittlere Sommergrundwasserstand ist in den Szenarien für Intensivgrünland auf 40 cm, für Feuchtweiden und –wiesen auf 30 cm und für Nasswiesen auf 20 cm unter Flur simuliert worden. Weitere Größen, welche die Höhe der potentiellen  Kohlendioxidemission beeinflussen sind die Moormächtigkeit, die Nutzungsintensität und die Jahresmitteltemperatur.

Abbildung 6: Gegenüberstellung der CO₂-Freisetzungspotentiale aller zehn Beispielstandorte unter aktuellen (Ist-Zustand) und fiktiven (Szenarien) Wasserverhältnissen für den Zeitraum 2010-2030 bei einem Temperaturanstieg von 0°C

Anpassungsstrategien

Die abschließend definierten Anpassungsstrategien richten sich nach dem jeweiligen Bodentyp. Originäre Gleye und Anmoore akkumulierten weniger Kohlenstoff als Niedermoore und die Mächtigkeit des humosen Oberbodens beträgt maximal 40 Zentimeter. Daher sind die Freisetzungspotentiale für Kohlendioxid aus diesen Böden generell geringer. Dennoch ist die Landnutzung auf Gleyen und Anmooren durch einen potentiellen regionalen Klimawandel gefährdet. Da es sich um typische Böden der Niederungen handelt, können sie zukünftig häufiger von Überflutungsereignissen und oberflächennahen Grundwasserständen während der Vegetationsperiode betroffen sein. Unter diesem Gesichtspunkt und im Hinblick auf den Erhalt der organischen Substanz muss die Nutzung den jeweiligen Standortbedingungen angepasst werden. Aus den Untersuchungen des IST-Zustandes der ausgewählten Flächen ergeben sich für genutzte Niedermoorböden Brandenburgs die in Tabelle 2 dargestellten wichtigen Zusammenhänge.

Tabelle 2: Wichtige Zusammenhänge zwischen Nutzung, Grundwasserdynamik und Bodenzustand genutzter Niedermoore Brandenburgs

Diese werden durch einen potentiellen regionalen Klimawandel verstärkt. Eine Erhöhung der Jahresmitteltemperatur bei gleichbleibender Grundwasserdynamik kann beispielsweise eine Erhöhung des CO₂-Freisetzungs-potentials des jeweiligen Standortes bewirken. Höhere Grundwasserstände könnten dagegen eine Freisetzung von Kohlendioxid und ein Fortschreiten der Bodendegradierung verhindern. Eine intensive Nutzung mit vier Ernten pro Jahr erfordert aber eine Befahrbarkeit der Flächen ab Anfang Mai. Demnach spielt die zweiseitige Wasserregulierung, also die Möglichkeit der gesteuerten Be- und Entwässerung,  mit zunehmender Nutzungshäufigkeit eine besondere Rolle. Ein Anheben der Wasserstände während der Vegetationsperiode bei geringer Wasserstandsamplitude empfiehlt sich für fast alle untersuchten Standorte. Das Wasserstandsniveau richtet sich dabei nach dem Nutzungstyp (Intensivgrünland, Feuchtweiden und -wiesen, Nasswiesen) und der Nutzungshäufigkeit. Für Flächen mit generell höheren Grundwasserständen steht das Wasserdargebot im Hinblick auf eine potentielle Erhöhung der regionalen Jahresmitteltemperatur im Vordergrund: eine erhöhte Lufttemperatur fördert die potentielle Verdunstung und beeinflusst den Wasserverbrauch einer Landschaft. Der Wasserrückhalt gewinnt perspektivisch an Bedeutung. Eine zweiseitige Wasserregulierung wäre auch für diese Flächen von Vorteil.

Aufgrund der Pflanzenbestände, welche sich bei dauerhaft höheren Grundwasserständen etablieren, ist die Wertschöpfung solcher Standorte vergleichsweise gering. Eine Bewirtschaftung wird hauptsächlich durch die entsprechenden Agrarförderprogramme finanziert. Beispielsweise werden die Produktionspotentiale der Nasswiesen zu Zeit nicht ausgeschöpft. Die politischen und ökonomischen Rahmenbedingungen für die Produktion von Biomasse aus Phalaris arundinacea oder Phragmites australis zur energetischen Nutzung sollten unbedingt angepasst werden. So kann den  landwirtschaftlichen Unternehmen eine Nutzungsalternative für die entsprechenden Flächen zur Verfügung gestellt werden. Ein betriebswirtschaftlich positiver Gewinnbeitrag dieser Nutzungsform kann dazu beitragen, dass der Produktionsdruck auf andere Flächen abnimmt. Generell wird eine standortangepasste Nutzung durch ein vielfältiges Spektrum von Nutzungsformen innerhalb des einzelnen Betriebes erhöht. Wie bereits angedeutet, sollten insgesamt die Leistungspotentiale der einzelnen Standorte stärkere Beachtung bei der Auswahl der Produktionsrichtung finden.

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