Waldökosysteme: Zu viel Stickstoff ist ungesund

95 % der Schweizer Wälder sind heute mit Stickstoff überdüngt. Das bringt Bäume und Waldökosysteme gleichermassen aus dem Gleichgewicht.

Der übermässige Stickstoffeintrag in die Wälder kann zu flacheren Wurzeltellern führen.
Der übermässige Stickstoffeintrag in die Wälder kann zu flacheren Wurzeltellern führen.
© IAP

Text: Urs Fitze

Wild wuchern die Brombeerstauden durcheinander. Wäre da nicht das in die üppige Vegetation geschlagene Weglein, es gäbe kein Durchkommen. Am Stephanstag 1999 hat hier der Orkan Lothar gewütet. Mehrere Hektaren Wald fielen dem Jahrhundertereignis auf der Brislachallmet im Kanton Baselland zum Opfer. Der Weg schlängelt sich durch das Dickicht bis zu einer kleinen Lichtung, auf der ein schwarzer Trichter auf einem Holzpfosten thront. Die automatische Regenmessstation ist Teil eines schweizweit aufgespannten Netzes von Messeinrichtungen auf insgesamt 179 Dauerbeobachtungsflächen im Wald.

Schädlicher Dünger für den Wald

In den vergangenen Jahren hat sich auf der Sturmfläche ein Jungwald entwickelt. Einige Bäume strecken sich schon mehrere m aus dem dichten Buschwerk zum Himmel und lassen Brombeeren, Wurmfarne und Holundersträucher unter sich zurück. Früher wären diese lichtliebenden Pflanzen allmählich verschwunden oder an den Waldrand gedrängt worden. Ob sie sich nun zurückziehen werden, ist ungewiss. Denn die Lebensbedingungen sind für sie paradiesisch geworden: Es gibt Stickstoff in Hülle und Fülle. Im Schweizer Wald breiten sich Brombeere & Co. immer mehr aus und beeinträchtigen stellenweise die natürliche Verjüngung.

Wälder werden hierzulande nahezu flächendeckend mit biologisch aktiven Stickstoffverbindungen aus der Luft gedüngt. Der Extremfall liegt im südlichen Tessin, wo der nach dem Übereinkommen über weiträumige grenzüberschreitende Luftverunreinigung der UNO-Wirtschaftskommission für Europa (UNECE) noch als akzeptabel geltende Wert von 10 bis 20 kg Stickstoffeintrag pro Hektare und Jahr mit 60 kg deutlich überschritten wird. Im Mittelland und in den Voralpen sind 40 kg keine Seltenheit. Auf 95 % der Schweizer Waldfläche werden die waldspezifischen «kritischen Belastungsgrenzen» für Stickstoffeinträge übertroffen.

Das Schlimmste verhindert

«Jedes Jahr gelangt in die Schweizer Waldböden pro Hektare etwa die gleiche Menge an biologisch verfügbarem Stickstoff, wie sie im 19. Jahrhundert im Kulturland auf der gleichen Fläche als Dünger ausgebracht wurde», sagt Sabine Braun vom Institut für angewandte Pflanzenbiologie (IAP) in Schönenbuch (BL). Die Biologin verfolgt seit drei Jahrzehnten das Geschehen in den Wäldern der Schweiz. In den 1980er-Jahren wurden auf Initiative einiger Kantone die ersten Beobachtungsflächen angelegt, um die Entwicklung im Wald auf wissenschaftlicher Grundlage zu erforschen. Das von Sabine Braun mitbegründete IAP betreute die Flächen von Anfang an und wertet die Ergebnisse laufend aus.

Damals tobte in Europa die Debatte um das Waldsterben. Auch für die Schweizer Wälder wurde das Schlimmste befürchtet. Mit Massnahmen, die nach der Einführung der Luftreinhalte-Verordnung 1985 ergriffen wurden, gelang es, das Problem deutlich zu entschärfen. Vor allem die Emissionen von Schwefeldioxid, dem Hauptverursacher des sauren Regens, sind seit Mitte der 1980er-Jahre um neun Zehntel zurückgegangen. Das Waldsterben hat sich hierzulande nicht wie befürchtet ausgewirkt.

Doch die Gefahr für den Wald durch Stoffe, die vom Menschen freigesetzt werden, ist nicht gebannt. Sie hat nur einen neuen Namen: Stickstoff, einer der wichtigsten Bausteine des Lebens. Im natürlichen Ökosystem ist er ein knappes und daher begehrtes Gut, das im Zyklus von Werden und Vergehen im Wald zirkuliert. Andauernde und zu hohe Einträge führen jedoch zu schleichenden und unerwünschten Veränderungen.

Zwar haben sich die von Verkehr und Industrie ausgestossenen Stickoxide um die Hälfte reduziert, das aus der Landwirtschaft stammende Ammoniak ist aber nur leicht zurückgegangen.

Schleichender Prozess

Auf über 95 % der bewirtschafteten Waldfläche wurden im Jahr 2007 die kritischen Belastungsgrenzen für Stickstoff überschritten.
© Meteotest 2010

Die Folgen des Überschusses für Böden und Vegetation waren in den 1980er-Jahren noch wenig bekannt. Das hat sich dank intensiver Forschungstätigkeiten geändert. Zu diesen Erkenntnissen beigetragen hat das erwähnte, weltweit einmalige Walddauerbeobachtungsprogramm. Seit 1984 werden auf einem laufend ausgeweiteten Netz von derzeit 179 Probeflächen die Schicksale von 13‘500 Fichten, Buchen und Eichen verfolgt.

Ein Teil der vorwiegend mit Buchen bestandenen Brislachallmet wurde 1983 als eine der ersten Probeflächen angelegt. Heute sind nahezu alle in der Schweiz heimischen Waldgesellschaften auf verschiedenen Höhenstufen vertreten. Regelmässig schwärmen Sabine Braun und ihre Kolleginnen und Kollegen aus, um das Stammwachstum zu messen, Wasser- und Bodenproben aus verschiedenen Tiefen zu entnehmen, Regenwassermengen zu ermitteln, das Wurzelwachstum zu bestimmen und Laubproben einzusammeln. Aus den Baumkronen werden Astproben gesägt. Dabei seilt sich ein Forstfachmann aus einem Helikopter in luftiger Höhe ab. Anschliessend wird das Material im Labor analysiert und ausgewertet.

Verstärktes Wachstum
Die langen Zeitreihen erlauben Aussagen zum Stammwachstum, zur Entwicklung der Nährstoffverhältnisse im Buchenlaub oder in Fichtennadeln, zum Triebzuwachs, zu Nitratkonzentrationen im Boden oder zum Verhältnis zwischen wichtigen Nährstoffen und schädlichem Aluminium in der Walderde. Die Interpretation dieser riesigen Datenfülle ergibt zusammen mit den Ergebnissen vieler anderer Studien ein klares Bild: Gelangt übermässig viel Stickstoff in den Waldboden, reagieren die Pflanzen mit deutlich verstärktem Wachstum. «Sie können nicht anders», erklärt Sabine Braun, «weil sie es ja gewohnt waren, vom Stickstoff zu nehmen, was sie kriegen konnten.» Das allerdings führt zu einer unausgewogenen Ernährung, da andere wichtige Nährstoffe nicht im gleichen Mass aufgenommen werden. Die Folgen sind unter anderem erhöhte Anfälligkeit gegenüber Frost sowie verminderte Resistenz gegenüber Schadinsekten und Trockenheit.

Der Wachstumsschub kann sich auch rasch ins Gegenteil kehren. Stickstoff setzt vor allem den Wurzelpilzen (Mykorrhiza) zu. Diese spinnen ein dichtes Netz um die Feinwurzeln der Bäume und versorgen sie mit Nährsalzen und Wasser. Für diese Dienstleistung erhalten sie vom Baum Kohlenhydrate. Durch die Schädigung dieser Pilze wird die Aufnahme wichtiger Nährstoffe vermindert, in erster Linie von Phosphor. Daran herrscht unter den heutigen Bedingungen akuter Mangel. Das Baumwachstum gerät ins Stocken. Im Wald auf der Brislachallmet setzte diese Entwicklung nach einer Periode mit sehr gutem Zuwachs Ende der 1990er-Jahre ein und hält bis heute an - wie an den meisten andern Standorten mit schlechter Phosphorversorgung.

Der Boden wird sauer

Zu schaffen macht den Bäumen auch die Bodenversauerung. Diese ist eine direkte Folge des Eintrags von Ammoniak aus der Landwirtschaft. Ammoniak wird durch Bakterien im Boden unter Freisetzung von Säure zu Nitrat umgewandelt. «Die Versauerung führt zu einer Verarmung an anderen wichtigen pflanzenverfügbaren Nährstoffen und damit zu einem Nährstoffungleichgewicht», sagt Elena Havlicek von der Sektion Boden beim BAFU. Die Bäume konzentrieren ihr Wurzelwachstum daher auf die oberen Bodenschichten, wo die Nährstoffnachlieferung aus der Streu noch gewährleistet ist und das giftige Aluminium in weniger toxischen organischen Verbindungen vorkommt. Die tieferen Bodenschichten werden immer spärlicher durchwurzelt. Die flacher ausgebildeten Wurzelteller reduzieren die Standfestigkeit der Bäume erheblich, wodurch sie anfällig für Windwurf werden.

Lothar, der bei der Brislachallmet heftig gewütet hatte, richtete auch in vielen anderen Probeflächen schwere Schäden an. Einige mussten ganz aufgegeben werden. Spätere Auswertungen zeigten einen deutlichen Zusammenhang mit der Bodenversauerung. In versauerten Böden fielen während Lothar viermal mehr Bäume samt dem Wurzelteller um als in Vergleichsflächen mit weniger sauren Böden. Dies war ein sichtbares Zeichen für die grossflächige Schwächung der Wälder durch den Säureeintrag, denn die Bäume zeigen ansonsten auch für Fachleute kaum sichtbare Anzeichen einer chronischen Schwäche. Das könnte zum Schluss verleiten, dass alles nur halb so schlimm ist.

Die Landwirtschaft muss handeln

«Auch wenn die Einträge in den letzten Jahren zurückgegangen sind, ist die grossflächige Überschreitung der Belastungsgrenzen für Wälder ein Anlass zur Sorge», betont Sabine Augustin von der Sektion Waldleistungen und Waldqualität beim BAFU. «In der Luftreinhaltung gibt es noch immer grossen Handlungsbedarf.» Der Grossteil der Stickstoffeinträge in den Wald stammt aus der Landwirtschaft. Vor allem in der Viehwirtschaft müssten die Massnahmen zur Reduktion von Emissionen weiter ausgebaut werden, sagt Sabine Augustin weiter. Erfreulicherweise zeigt sich in der Landwirtschaft ein wachsendes Problembewusstsein. Ob die bereits eingeleiteten Massnahmen, welche die vorsichtige Prognose einer Trendwende erlauben, ausreichen, ist eine andere Geschichte.

«Waldbauliche Massnahmen sollten darauf abzielen, eine vielfältige Baum- und Strauchschicht zu erhalten sowie tief wurzelnde Baumarten zu fördern, welche Nährstoffe aus den unteren Bodenschichten nach oben transportieren», so Sabine Augustin. Dies verhindere Nitratauswaschungen in das Grundwasser und Nährstoffverluste. Die Holznutzung sollte zudem nachhaltig erfolgen, das heisst, Blätter, Äste, Reisig und Holzreste verbleiben im Wald, damit die Nährstoffdepots nicht unnötig geleert werden.

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Letzte Änderung 21.05.2014

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