Wald im Wandel

Die Umwandlung von Wäldern in landwirtschaftlich genutzte Flächen hat in den letzten Jahrzehnten weltweit stark zugenommen. Die Artenvielfalt von Fauna und Flora wird dadurch reduziert, das ist schon bekannt. Aber was geschieht im Boden? Vermutet wird, dass sich auch die mikrobiellen Lebensgemeinschaften durch ein verändertes Nährstoffangebot verändern. Doch was bedeutet das? Da der Boden die Grundlage für jegliches Wachstum ist, können sich diese Veränderungen massiv auf die Ökosystemfunktionen auswirken. In einer neuen Studie hat ein internationales Forschungsteam jetzt diese Vorgänge dokumentiert.

Vom Wald zur Plantage

Die Untersuchungen wurden in der chinesischen Provinz Hunan auf Flächen durchgeführt, die 2013 gerodet und zu Plantagen umgewandelt wurden. Seitdem wachsen dort Pappelpflaumen (Myrica rubra), Pfirsiche (Amygdalus persica), Kamelien (Camellia oleifera) und Spießtannen (Cunninghamia lanceolata).

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Die vier Plantagen unterschieden sich außerdem in der Düngepraxis: Die Kamelienplantage wurde ausschließlich mit mineralischem Dünger versorgt, die Pappelpflaumen ausschließlich mit organischem Dünger. In der Pfirsichplantage wurde sowohl mineralisch als auch organisch gedüngt und die Spießtannen bekamen keinen zusätzlichen Dünger. Als Vergleichsfläche diente ein benachbarter Wald mit typischer subtropischer Vegetation.

Starker Nährstoffverlust

Von allen Flächen wurden Bodenproben genommen und der pH-Wert, Nährstoffgehalte und die mikrobiellen Lebensgemeinschaften analysiert. Die Ergebnisse zeigten: Die chemischen Bodenparameter veränderten sich nach der Rodung deutlich. Der organische Kohlenstoffgehalt im Boden sank durchschnittlich um 83 Prozent, der Gesamtstickstoffgehalt um 59 Prozent. Der pH-Wert erhöhte sich um 0.31 Einheiten. Die Reduktion des Kohlenstoff- und Stickstoffgehaltes sind laut Forschungsteam auf drei Gründe zurückzuführen:

• Das Umbrechen des Bodens und die Anlage von Terrassenpflanzungen zerstören die Bodenaggregate und bringen tiefere Bodenschichten an die Oberfläche. Das fördert die Zersetzung von organischer Substanz sowie die Auswaschung von Stickstoff.
• Der vegetationsfreie Boden unmittelbar nach der Rodung ist sehr anfällig für Bodenerosion durch Wind und das oberflächliche Abschwemmen der Bodenkrume bei Starkregen (Monsun).
• Die Krautschicht in den Plantagen ist weniger vielfältig und dicht im Vergleich zum Wald. Dadurch sinkt auch die Masse an abgestorbener organischer Substanz, die beim Zersetzen Kohlenstoff und Stickstoff an den Boden abgibt. Außerdem fehlen in den Plantagen die große Wurzelmasse alter Bäume sowie die dicke Laubschicht, die normalerweise auf dem Waldboden liegt.

Diversität nimmt zu

Die bakterielle Artenvielfalt (Alpha-Diversität) erhöhte sich im Vergleich zum Waldboden um 6,5 Prozent. Grund hierfür ist zum einen ein erhöhter pH-Wert, der generell bakterielles Wachstum fördert. Allerdings gibt es aber auch Ausnahmen: Manche Bakterienstämme wie die Acidobacteria sind auf niedrigere pH-Wert spezialisiert. Deren Zahl sank daher in den Plantagenböden.

Positiv wirkte sich die Kombination von organischem und mineralischem Dünger in der Pfirsichplantage aus. Mit dem organischen Dünger kamen zusätzliche Bakterien in den Boden, der mineralische Dünger stellte mehr Nährstoffe zur Verfügung. Die mikrobielle Diversität stieg dadurch signifikant.

Insgesamt zeigte sich aber, dass die Zusammensetzungen der mikrobiellen Gemeinschaften im Wald- und in den Plantagenböden deutlich unterschiedlich sind (Beta-Diversität). Durch die abnehmenden Stickstoff- und Kohlenstoffgehalte im Boden nach der Rodung verringerte sich die Häufigkeit dominanter Bakterienstämme des Waldbodens wie Proteobacteria und Actinobacteria, die aus der Zersetzung der Laubstreu im Wald Energie und Nährstoffe beziehen.

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Dagegen erhöhte sich zum Beispiel das Vorkommen der Grünen Schwefelbakterien (Chloroflexi). Sie sind in der Lage, Photosynthese zu betreiben und profitieren daher von offenen Kronendach in den Plantagen. Zudem zeigte sich, dass insbesondere seltene bakterielle Taxa zentrale Akteure in der Netzwerkstruktur des mikrobiellen Bodenlebens sind.

Weitere Forschungsanstrengungen seien nötig, um deren Funktion im Ökosystem zu aufzuklären und Auswirkungen einer veränderten Mikroorganismengesellschaften zu verstehen. Generell mahnt das Forscherteam, dass nach der Umwandlung von Wald in Plantagen eine durchdachte Managementpraxis nötig ist, um ein vitales Bodenleben zu erhalten und Bodenerosionen zu verhindern.

Deutschland, Deine Wälder

Die heute in Deutschland vorhandenen Wälder sind alle sekundären Ursprungs. Denn die letzten Urwälder wurden bereits im frühen Mittelalter gerodet. Die aktuell bewaldete Fläche (11,4 Millionen Hektar) ist in den letzten Jahrzehnten in etwa gleich geblieben. Umwandlungen von Wald zu Acker oder Bauland kommen nur noch selten vor, da Wald in Deutschland als schützenswerter Landschaftsbestandteil betrachtet wird. Dazu sind Waldflächen ebenfalls ein Wirtschaftsfaktor und bedeutender CO₂-Speicher. Allerdings gibt es auch in Deutschlands Wäldern Probleme mit Nährstoffverschiebungen im Boden, nicht zuletzt durch pH-Wert-Verschiebungen durch Bodenversauerung und einen permanenten diffusen Stickstoffeintrag durch Landwirtschaft und Autoverkehr. Das wirkt sich wiederum negativ auf die Lebensgemeinschaften im Boden aus.

Daher wird immer mehr Wert auf nachhaltige Waldwirtschaft gelegt, die Ungleichgewichte im Boden auszugleichen versucht und einen klimatoleranten Waldumbau beinhaltet – weg von reinen Fichten-Monokulturen und hin zu robusten Mischwäldern mit überwiegend heimischen Baumarten und ausgesuchten nichtheimischen Arten wie Douglasien und Roteichen.

Quelle:
Liu, T. et al. (2020): Soil organic matter, nitrogen and pH driven change in bacterial community after forest conversion. In: Forest Ecology and Management 477, (1. Dezember 2020), doi: 10.1016/j.foreco.2020.118473.

Zum Weiterlesen:

• Wald ist nicht gleich Wald - Landnutzungsänderungen setzen mehr CO2 frei als angenommen
• Unterirdischer Nährstoffhandel - Bäume sind gute Netzwerker
• Doppelter Stress - Klimawandel und intensive Landwirtschaft setzen der Bodenfauna zu
• Bodenbiodiversität wirkt bis in den Supermarkt - Einfluss der Bodenorganismen bisher wenig untersucht

Titelbild: Subtropische Landschaft in der chinesischen Provinz Hunan mit terrassierten Feldern und Plantagen sowie Waldresten. (Bildquelle: © iStock.com/hrui)