Alles Öko - Lebensraum Wald

Wälder können sich nur dort entwickeln, wo Licht, Wärme, Wasser und Mineralstoffe in ausreichendem Maße vorhanden sind. Zu einem funktionierenden Waldökosystem gehören aber auch intakte Energie- und Massekreisläufe. Die eingestrahlte Sonnenergie (UV-Strahlung) wird von den Produzenten für den Aufbau von pflanzlicher Biomasse verwendet (Assimilation). Dazu benötigen die Blätter Wasser und Mineralstoffe aus dem Boden. Destruenten (Pilze, Bakterien) wiederum zersetzen totes organisches Material und zerlegen es in seine Bestandteile: Wasser, CO2 und Mineralstoffe (Dissimilation). Dabei wird die durch die Assimilation gespeicherte Energie wieder frei und die Mineralstoffe werden den Pflanzen wieder verfügbar files/Bildungsexplosion/img/wald2.jpggemacht. Man spricht daher auch von Mineralisierung des organischen Materials.

Und um Mythen zu begegnen: Konsumenten (Tiere) sind für ein natürliches Waldökosystem quantitativ von ebenso marginaler Bedeutung wie der bei der Photosynthese als Abfallprodukt erzeugte Sauerstoff, der in vergleichsweise geringen Mengen anfällt und in diesem Kreislauf nur eine untergeordnete Rolle spielt. Er ist in der Atmosphäre über Jahrmillionen akkumuliert worden und kein Minimumfaktor - im Gegensatz zum Stickstoff, der vorwiegend über Nitrate des Bodens oder stickstoffbindende Bakterien in Wurzelknollen (bei den Legominosen) aufgenommen wird.

Einfluss von Klima und Böden. Die Verbreitung der verschiedenen Waldbaumarten ist durch ihr jeweiliges ökologisches Spektrum geprägt. Neben dem Klima (Höhe und zeitliche Verteilung von Temperaturen und Niederschläge), spielen auch die edaphischen Faktoren (Bodenverhältnisse) und die Exposition eine wichtige Rolle. Die Artenzusammensetzung der Wälder allerdings wird durch Konkurrenz unter den Arten geprägt. In naturbelassenen Wäldern setzten sich immer die ökologisch überlegenen Arten durch. So ist z.B. die Rotbuche (Fagus sylvatica) im eher atlantischen Klima Mittel- und Westeuropas der Hainbuche (Carpinus betulus) überlegen. Letztere wiederum setzt sich im kontinentalen Klima Osteuropas gegenüber der Rotbuche durch. Die mitteleuropäischen Wälder der tiefen Lagen würden sich zu Buchen-Eichenmischwäldern entwickeln, wenn man sie der Natur überließe. Dort wo es der Buche zu trocken, zu nass oder zu sauer ist, kann die Eiche (Quercus robur) sie dominieren.

Für die mitteleuropäischen Wälder werden oft nur die Feuchtigkeit und die Basenversorgung des Bodens als Variablen herangezogen, um die natürliche Verbreitung der Baumarten in Form eines Ökogramms zu beschreiben. Die Basenversorgung des Bodens ist ein wichtiger Parameter für die Verfügbarkeit von Nährstoffen. Mit zunehmender Acidität (abnehmender pH-Wert) geht ein zunehmender Nährstoffmangel einher. Mitteleuropäische Waldböden haben gewöhnlich einen pH-Wert zwischen 5 und 6,5. Montane und boreale  Nadelwälder weisen niedrige pH-Werte auf (boreal: von lateinisch borealis, nördlich). Bestimmend für die Fähigkeit der Waldböden, mineralische Nährstoffe für die Pflanzen (vor allem Kalzium, Kalium, Magnesium) bereitzuhalten, ist auch das Bodengefüge. Sandige Böden können Nährstoffe wesentlich schlechter binden als tonige Böden. Außerdem ist das Wasserhaltevermögen in tonigen Mineralböden besser.

Niemals im Gleichgewicht - Entwicklung der Waldökosysteme

Eine populäre Vorstellung eines Naturwaldes ist die eines stabilen Systems, das sich im Gleichgewicht befindet. Wir stellen uns das oft als regelmäßigen Wechsel von Wachstum und Absterben vor. Das ist es aber nicht. Waldökosysteme, auch die Urwälder, folgen einer sukzessiven Entwicklung: Aufbauphase - Reifephase - Altersphase -Verjüngungsphase. Wer im Abstand von ein oder mehreren Jahrzehnten einen Wald besucht, wird niemals den gleichen Wald wieder finden. Ökosysteme bestehen nicht in einem statischen, sondern in einem dynamischen Fließgleichgewicht.

In der Aufbauphase wird noch wenig Biomasse aufgebaut. Die größte Produktivität erreicht ein Wald in seiner Reifephase. Nach der Kulmination des Wachstums auf seinem Maximum, nimmt die Produktivität in der Altersphase wieder ab. Entgegen weit verbreiteter Vermutungen sind die höchsten Produktivitätsraten nicht in den Primärwäldern, sondern in den Kulturwäldern und Plantagen zu finden. Hier ist der Faktor Konkurrenz optimiert und die Bestandesdichte ist auf ihr Produktionsoptimum eingestellt.

Aber nicht nur quantitativ, sondern auch qualitativ durchlaufen Wälder während ihrer Entwicklung starke Veränderungen. Diversität und Komplexität des Ökosystems nehmen zu. In der Aufbauphase dominieren wuchsstarke Pionierbaumarten und Sträucher. In Mitteleuropa sind das z.B. Birke, Erle, Kiefer, Hasel, Eberesche. Diese Arten sind Lichtbaumarten mit relativ geringer photosynthetischer Effizienz. Später kommen Halbschattenarten wie die Eiche, Esche und Bergahorn dazu. Schließlich dominieren Schattenbaumarten wie die Buche oder die Hainbuche die Waldgesellschaften. In der Altersphase (auch Klimaxphase) können Buchenwälder sich zu einschichtigen Galeriewäldern entwickeln, deren geschlossenes Kronendach kaum noch Bodenvegetation zulässt.

Altersphase und Verjüngungsphase gehen meist ineinander über. Dort, wo wieder Licht auf den Waldböden fällt, können Pioniergehölze erneut Fuß fassen und der Zyklus beginnt von neuem. In zahlreichen Waldgesellschaften spielt Feuer eine entscheidende Rolle in der Sukzession. In so genannten Feuerklimax-Gesellschaften sorgen Bodenfeuer für die Mineralisierung der Bodenstreu und erst die Hitze der Flammen öffnet die gut geschützten Samenkapseln der Bäume. In der kalifornischen Sierra Nevada kann sich der Mammutbaum (Sequoiadendron giganteum) nur auf diese Weise natürlich vermehren.

Grenzgänger - Verbreitung der Wälder

Unser Planet ist zu zweidritteln mit Wasser bedeckt, nur eindrittel der Fläche machen die Kontinente aus. Davon waren im Jahr 2000 knapp 30 Prozent bewaldet. Hier akkumuliert sich allerdings der größte Teil der terrestrischen Biomasse. Pro Hektar finden wir im Wald zwischen 60 und 2000 Tonnen organischen Materials. Die Gesamtmenge der weltweit in Wäldern akkumulierten Holzmasse betrug 2005 laut FAO 422 Milliarden Tonnen (Gt ).

Die Wälder der Welt gliedern sich grob in drei klimatisch geprägte Gruppen: tropische Wälder, temperierte Wälder der gemäßigten Zone und boreale Wälder der nördlichen Breiten. Zwischen den tropischen und den temperierten Wäldern finden sich Savannen, Halbwüsten und Wüsten. An die borealen Wälder schließt sich polwärts Tundra an. Außerdem finden sich in den stark kontinental geprägten gemäßigten Klimaten weitgehend waldfreie Steppen und Prärien. Strahlungsbilanz, Temperatur, Wasserverfügbarkeit und Bodenverhältnisse sind die wichtigsten Variablen, welche die Waldverbreitung bestimmen.

Neben der horizontalen Gliederung (Zonobiome) gibt es auch eine vertikale Zonierung (Orobiome) der Waldgesellschaften. Abhängig von Niederschlag und Temperatur bilden sich in den verschiedenen Höhen der Gebirge sehr eng abgegrenzte Waldgesellschaften heraus. Jedem, der mit offenen Augen durch die Berge wandert, ist das schon aufgefallen. Diese vertikale Zonierung ist der horizontalen sehr ähnlich, sofern sich die klimatischen Verhältnisse gleichen. So ist z.B. die Rotfichte (Picea abies) sowohl in den borealen Nadelwäldern Skandinaviens als auch in der hochmontanen Stufe der europäischen Mittel- und Hochgebirge verbreitet.

Die Waldgrenze bildet die Zone bis zu der noch geschlossener Wald zu finden ist. Darüber hinaus finden sich allenfalls noch einzelne Bäume. Diese Grenzzone ist durch klimatische Faktoren bestimmt. In den subarktischen und subalpinen Regionen der temperierten und borealen Zone, wo meist hohe Niederschläge auftreten, ist die Temperatur meist der begrenzende Wachstumsfaktor. Erreicht das Thermometer weniger als einen Monat lang 10°C, kann sich kein Wald mehr bilden. Hier finden sich allenfalls noch vereinzelte Zwerggehölze. In trockenen, subtropischen Klimaten bestimmt meist die Verfügbarkeit von Wasser die Wald- bzw. Baumgrenze. Hier spielen aber nicht nur die Niederschläge, sondern auch die Verdunstungsrate eine wichtige Rolle. In subtropischen Gebirgen findet sich oft eine untere Waldgrenze. In tieferen Lagen erreicht die Bodenfeuchte infolge der temperaturbedingt höheren Verdunstungsrate nicht mehr das nötige Maß, um Bäume ausreichend mit Wasser zu versorgen.

Wider den Klimawandel - Wälder als CO2-Speicher

Bei der Photosynthese entsteht aus CO2 (Kohlenstoffdioxid) und Wasser mit der energetischen Hilfe von Sonnenlicht Traubenzucker (Glukose). Dieser Grundstoff dient zum einen als Energiequelle für die Pflanzen und zum anderen zum Aufbau von Biomasse. Dieser auch als Assimilation bezeichnete Prozess bindet also CO2. Etwa 50 Prozent der lebenden Biomasse bestehen aus Kohlenstoff. Für den Aufbau einer Gewichtseinheit Holz wird das 1,83fache an CO2 benötigt. Eine Tonne Holz bindet demnach 1,83 Tonnen CO2. Wenn wir davon ausgehen, dass die mittlere Dichte des Holzes aus mitteleuropäischen Wäldern knapp 500 Kilogramm je Kubikmeter beträgt, dann sind in einen Kubikmeter Holz etwa 1,15 Tonnen CO2 gebunden.

Die energetische Nutzung fossiler Ressourcen (Kohle, Erdöl, Erdgas) setzt innerhalb kurzer Zeit Kohlenstoff frei, der über lange geologische Zeiträume akkumuliert (gespeichert) wurde. Vom Anfang der Industrialisierung bis zum Beginn des 21. Jahrhunderts wurde der CO2-Gehalt unserer Atmosphäre auf diese Weise um mehr 35 Prozent erhöht. Dies verstärkt den Treibhauseffekt und führt zu einem Klimawandel. Inzwischen gilt dieser Zusammenhang unter Wissenschaftlern als gesichert.

Wälder und der Treibhauseffekt. Wälder sind wichtige CO2-Speicher (Senken), die gerade vor dem Hintergrund des zunehmenden CO2-Gehalts der Atmosphäre eine wichtige Rolle spielen. Etwa 85% der weltweiten Biomasse sind im Holz der Wälder gebunden. Walderhaltung ist demnach Klimaschutz. Solange nur soviel Holz entnommen wird, wie im gleichen Zeitraum nachwächst - man spricht dann von nachhaltiger Forstwirtschaft - ist die CO2-Bilanz des Waldes neutral. Das ist in den temperierten Wäldern Europas der Fall. In Deutschland werden nur zweidrittel der nachwachsenden Holzmenge genutzt. Hier wächst also mehr nach als genutzt wird. Werden jedoch Wälder endgültig abgeholzt oder niedergebrannt, wird das über Jahrzehnte oder sogar Jahrhunderte gebundene CO2 wieder freigesetzt und fördert dadurch den Treibhauseffekt. Fast ein Fünftel der anthropogen, d.h durch Menschen verursachten verursachten CO2-Emissionen stammten 2005 aus den Brandrodungen tropischer Wälder.

Wäre es möglich, durch globale Aufforstungsmaßnahmen atmosphärisches CO2 zu binden und dadurch dem Treibhauseffektentgegen zu wirken? Um diese Frage zu beantworten, müssen wir uns die Dimensionen der anthropogen CO2-Emissionen vergegenwärtigen. Die jährlichen energetischen Kohlenstoff-Emissionen betragen derzeit etwa 8,5 Gt, das sind etwa 1,8 Prozent des in Wäldern gebundenen Kohlenstoffs. Insgesamt gehen aber schon 260 Gt atmospärischen Kohlenstoffs auf unser Konto, was der Hälfte des in Wäldern gespeicherten Kohlenstoffs entspricht. Selbst unter der unrealistischen Annahme, die CO2-Emissionen würden sofort auf Null heruntergefahren, müssten wir die Waldfläche weltweit um mehr als 50 Prozent erhöhen, um langfristig den zusätzlichen Kohlenstoff aus der Atmosphäre in Waldbiomasse zu binden. Dies würde aber mehrere Jahrzenhte in Anspruch nehmen - so lange, bis die Wälder ihre Reifephase erreicht haben. Es führt also kein Weg daran vorbei, die anthropogenen CO2-Emissionen schnell und deutlich zu reduzieren.

Gespeicherte Sonnenenergie - Wälder als nachhaltige Energiequelle

Der Flammpunkt von Holz liegt bei ungefähr 250°C. Einmal entzündet, gibt Holz die Energie wieder ab, die zuvor durch den Prozess der Photosynthese gebunden wurde.

Noch zu Beginn des 21. Jahrhunderts werden weltweit etwa die Hälfte des eingeschlagenen Holzes zur Energiegewinnung verwendet. Holz ist immer noch die wichtigste Energiequelle für die meisten Menschen dieser Welt. In den Entwicklungsländern liegt der Brennholzanteil bei über 80 Prozent, in den Industrieländern bei nur 20 Prozent des eingeschlagenen Holzes. Doch diese Ländergruppen unterscheiden sich in weiterer Hinsicht: In den armen Ländern wird der Wald meist nicht nachhaltig genutzt. Würde es gelingen, global eine nachhaltige Waldbewirtschaftung durchzusetzen, wäre der Gewinnung von Energie aus Holz nichts entgegenzuhalten. Holzfeuer sind der einzige Verbrennungsprozess, bei dem zwar CO2 freigesetzt wird, aber eben nur so viel, wie zuvor durch die Assimilation gebunden wurde.

Dennoch sollten wir auch mit dieser Ressource sorgsam umgehen. Der herkömmliche Kamin ist zwar schön, aber als effektive Wärmequelle nicht geeignet. Inzwischen sind technische Holzöfen verfügbar, die nicht nur im höchsten Maße energieeffizient sind, sondern auch schadstoffarm. Auch Holz emittiert neben CO2 noch schädliche Rauchgase, die z.B. durch eine möglichst vollständige Verbrennung des Brennstoffes (z.B. mit Wirbelschichtfeuerung) auf ein Minimum reduziert werden.

Eine besonders interessante Form des hölzernen Brennstoffs sind Hackschnitzel und sogenannte Pellets. Letzteres sind verpresste Holzspäne, die mit einem Energiegehalt von 18 MJ/kg mehr als den dreifachen Brennwert gewöhnlichen Buchenholzes liefern. Es ist heute schon möglich, im Wohnbereich durch Energieeinsparung und effiziente Heizungstechnik bis zu 80 Prozent der Energie einzusparen und den verbleibenden Rest mit moderner Holzfeuerung zu decken - CO2-neutral.

Weitere Techniken der energetischen Nutzung nachwachsender Rohstoffe sind Vergasung und Verflüssigung mir Hilfe der Pyrolyse (thermische Aufspaltung). So wird die Energiedichte und die Transportfähigkeit der Biomasse erhöht. Derartige "Biofuels" können dann auch als Substitut für Erdgas und Erdöl eingesetzt werden.

Literatur

 

 
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