HoBo

Allgemeine Projektinformationen

Titel (deutsch)

Waldbewirtschaftung im Klimawandel - Sicherung der Bodenfunktionen von Waldökosystemen durch standortsgerechte Holzernte

Titel (englisch)

Securing the Sustainability Forest Soil Functions via Optimized Harvesting Technologies

Abstract (deutsch)

Für die nachhaltige Bereitstellung des nachwachsenden Rohstoffs Holz kommt der Mechanisierung der Waldbewirtschaftung große Bedeutung zu. Die Abstimmung der Technologie mit den ökologischen Rahmenbedingungen entscheidet maßgeblich über die Pfleglichkeit der Nutzung. Die besonders produktiven, oft ​‘schweren’ Böden der Flysch- und Molassezone sind verdichtungsanfällig und stellen daher für die Mechanisierung eine Herausforderung dar. Bodenverdichtung durch Befahrungen verändert die Bodenstruktur und damit die Infiltrationskapazität, die pflanzenverfügbare Wasserspeicherkapazität, den Wasserhaushalt des Ökosystems und den Bodenlufthaushalt. Standortseigenschaften wie Durchwurzelbarkeit, Baumarteneignung, Produktivität, aber auch weitere Bodenfunktionen wie die Quellen- und Senkenwirkung des Bodens für Treibhausgase oder die Lebensraumfunktion für Bodenorganismen stehen in engem Zusammenhang mit der Bodenstruktur. Ein standortsangepasster Technologieeinsatz ist daher eine zentrale Grundlage der Waldbewirtschaftung auf verdichtungsanfälligen Böden. Ziel des gegenständlichen Projektes ist es, eine Datenbasis für die Beurteilung der Auswirkungen unterschiedlicher Holzerntetechnologien auf Waldstandorten mit verdichtungsanfälligen Böden für die aktuell herrschenden und künftig zu erwartenden klimatischen Verhältnisse zu schaffen. Anhand von dokumentierten Holzernteeinsätzen der letzten zehn Jahre und der, während der Projektlaufzeit unter kontrollierten Bedingungen durchgeführten Nutzungen werden Auswirkungen verschiedener eingesetzter Technologien (Art, Ausführung) unter definierten Bodenzuständen (Wassergehalt, Boden gefroren oder nicht etc.) untersucht. Die Indikatoren erlauben eine Aussage über die Auswirkung unterschiedlicher Erntemaßnahmen auf die Bodenfunktionen, den verbleibenden Bestand sowie die Verjüngung. Der, über das Verhältnis von Oberflächenabfluss zu Infiltration, Wasserspeicherkapazität und Durchwurzelung des Bodens gesteuerten Wasserverfügbarkeit kommt hierbei für den Folgebestand besondere Bedeutung zu. Diese Gegenüberstellung soll Waldbewirtschafter*innen eine praxisorientierte Entscheidungsmatrix liefern, die neben den zu erwartenden Holzerntekosten auch die Chancen und Risiken der verschiedenen Technologien klarstellt. Ziel ist es, Handlungsempfehlungen für die Wahl der bestgeeigneten Holzerntetechnologie in Abhängigkeit von Standort und Witterung abzuleiten. Für Aus- und Weiterbildungszwecke werden Beispielflächen etabliert.

Abstract (englisch)

The mechanisation of forest management is of great importance for the sustainable provision of the renewable raw material wood. The coordination of the technology with the ecological framework conditions is decisive for the care of the utilisation. The particularly productive, often 'heavy' soils of the flysch and molasse zone are susceptible to compaction and therefore pose a challenge for mechanisation. Soil compaction by driving changes the soil structure and thus the infiltration capacity, the plant-available water storage capacity, the water balance of the ecosystem and the soil air balance. Site properties such as rootability, tree species suitability, productivity, but also other soil functions such as the source and sink effect of the soil for greenhouse gases or the habitat function for soil organisms are closely related to the soil structure. A site-adapted use of technology is therefore a basis for forest management on soils susceptible to compaction. The aim of this project is to create a database for the assessment of the effects of different wood harvesting technologies on forest sites with compaction-prone soils for the currently prevailing and expected future climatic conditions. On the basis of documented timber harvesting operations of the last ten years and the utilisations carried out under controlled conditions during the project period, the effects of different technologies used (type, design) under defined soil conditions (water content, soil frozen or not, etc.) are examined. The indicators allow a statement on the impact of different harvesting measures on soil functions, the remaining stand as well as regeneration. Water availability, controlled by the ratio of surface runoff to infiltration, water storage capacity and root penetration of the soil, is of particular importance for the following stand. This comparison is intended to provide forest managers with a practical decision matrix that clarifies the opportunities and risks of the various technologies in addition to the expected harvesting costs. The aim is to derive recommendations for the choice of the most suitable harvesting technology depending on location and weather conditions.  Demonstration plots will be established for education and further training.

Schlagwörter (deutsch)

Zukunftsfitte Mischwälder,ökologische Rahmenbedingungen,Bodenfunktionen,Holzerntetechnologien,Bodenverdichtung,Wurzelraum,Wasserhaushalt,Gaswechsel,Biodiversität

Schlagwörter (englisch)

future forests,site ecology,soil functions,harvesting technology,soil compaction,rhizosphere,water budget,soil gas exchange,biodiversity

Projektleitung

Klaus Katzensteiner

Forschungseinrichtung

Universität für Bodenkultur Wien

Finanzierungspartner

Bundesministerium für Landwirtschaft, Regionen und Tourismus

Projektnummer

101724

Projektlaufzeit

-

Projektziele

Für die nachhaltige Bereitstellung des nachwachsenden Rohstoffs Holz kommt der Mechanisierung der Waldbewirtschaftung große Bedeutung zu. Die Abstimmung der Technologie mit den ökologischen Rahmenbedingungen entscheidet über die Pfleglichkeit der Nutzung und damit über die Zukunft des verbleibenden Bestandes und der Waldverjüngung. Die produktiven, oft 'schweren' Böden der Flysch- und Molassezone sind verdichtungsanfällig und stellen daher für die Mechanisierung eine besondere Herausforderung dar. Ziel des Projektes ist es, eine Datenbasis für die Beurteilung der Auswirkungen unterschiedlicher Holzerntetechnologien auf Waldstandorten mit verdichtungsanfälligen Böden für die aktuell herrschenden und künftig zu erwartenden klimatischen Verhältnisse zu schaffen. Das Konsortium aus einreichenden Forschungsinstitutionen und Wirtschaftspartnern plant anhand von Holzernteeinsätzen der letzten zehn Jahre bzw. auch anhand von während der Projektlaufzeit unter kontrollierten Bedingungen durchgeführten Nutzungen die Auswirkungen praxisüblicher Holzerntetechnologien auf Waldböden und Bestand zu untersuchen und gegenüberzustellen. Die erhobenen Indikatoren erlauben eine Aussage über die Auswirkung der unterschiedlichen Erntemaßnahmen auf die Bodenfunktionen, den verbleibenden Bestand sowie die Verjüngung. Diese Gegenüberstellung soll Waldbewirtschafter*innen eine praxisorientierte Entscheidungsmatrix liefern, die neben den zu erwartenden Holzerntekosten auch die Chancen und Risiken der verschiedenen Technologien klarstellt. Weiters werden Versuche zur biologischen Sanierung von Bodenverdichtungen angelegt. Ziel ist es, Handlungsempfehlungen für die Wahl der bestgeeigneten Holzerntetechnologie in Abhängigkeit von Standort und Witterung abzuleiten.

Im Folgenden werden Teilziele für die im Abschnitt ‚Leistungsbeschreibung‘ beschriebenen Arbeitspakete (APs, ausgenommen AP1, Projektkoordination) dargestellt:

AP 2 Technologie: Ziel dieses APs ist die Analyse von Holzernteeinsätzen auf tiefgründigen, schweren Böden der Flysch- und Molassezone. Es sollen folgende Fragen beantwortet werden: (1) Welche Erntetechnologien wurden und werden bevorzugt eingesetzt und welche Eigenschaften haben die eingesetzten Maschinen (Gewicht, Auflagefläche, Traktionshilfen etc.)? Wie hoch ist die Inanspruchnahme durch die Ernteverfahren (flächiger Anteil beeinträchtigter Bereiche, Anzahl der Befahrungen, wurden vorbeugende Maßnahmen gegen Bodenschäden getroffen, z.B. Reisigvorlage)? Welchen Witterungs- und Bodenbedingungen herrschten zum Zeitpunkt der Ernteeinsätze? Welche Produktivität und welche Erntekosten fallen bei unterschiedlichen Verfahren an? Es werden in erster Linien Flächen ausgewählt, auf welchen in den vergangenen zehn Jahren (Zeitreihen) Holzernteeinsätze durchgeführt wurden. Auf den meisten dieser Flächen werden in den folgenden APs Indikatoren für Bodenfunktionen erhoben. Aufgrund der guten Datenverfügbarkeit konzentrieren sich diese Untersuchungen in der Flyschzone vorwiegend auf Flächen der ÖBF (Harvester/Forwarder vs. Seilgerät). Auf ebenen Pseudogleystandorten im Bereich des Alpenvorlandes werden zusätzliche, auch bäuerliche Betriebe einbezogen (Vergleich Befahrung auf Rückegassen vs. flächige Befahrung).

In dem AP2 wird zusätzlich ein Großversuch auf einer Fläche von ca. 2 ha zum direkten Vergleich der Erntetechnologien ‚Motorsäge-Seilgerät‘ und ‚Harvester-Forwarder‘ angelegt, welcher für Intensivuntersuchungen in den folgenden AP 3 bis 5, zur Anlage von Versuchen zu biologischen Sanierungsmaßnahmen (Einsaat/Pflanzung von Gräsern/Sämlingen zur Bodenlockerung) und als Demonstrationsfläche (AP 6) dient.

AP 3 Funktion des Bodens im Wasserhaushalt - Bodenphysik und Bodenhydrologie: In diesem AP soll abgeklärt werden, wie sich unterschiedliche mechanische Belastung bei verschiedenen Erntetechnologien sowie biologische Sanierungsmaßnahmen kurz- und mittelfristig auf physikalische Eigenschaften der Böden (Porenvolumen, Porenkontinuität, hydraulische Leitfähigkeit, nutzbare Wasserspeicherkapazität) im Vergleich zu unbelasteten Bereichen auswirken. Die Auswirkungen auf Komponenten des Wasserhaushalts (Infiltration versus Oberflächenabfluss, Wasserspeicherung und Wasserverfügbarkeit) werden auf verschiedenen Skalenebenen empirisch untersucht (Beregnungsversuche, kontinuierliche und diskontinuierliche Bodenfeuchtemessungen) und mit hydrologischen Modellen auf die Hangskala bzw. Kleinsteinzugsgebietsebene hochgerechnet. Die Beantwortung der Frage ‚Wie viel Wasser verbleibt bei unterschiedlichen Witterungsbedingungen im System und ist dieses Wasser für den verbleibenden Bestand bzw. die Verjüngung verfügbar?‘ ist im Hinblick auf sich rasch ändernde klimatische Bedingungen im Untersuchungsgebiet (insgesamt trockener, Verschiebung der Niederschlagsintensität - mehr Starkniederschläge, längere Trockenperioden) für die Nachhaltigkeit der Waldbewirtschaftung von großer Bedeutung. Die kalibrierten hydrologischen Modelle dienen des Weiteren der Rekonstruktion der Bodenbedingungen zum Zeitpunkt der Ernteeinsätze (AP2) und können als Prognosewerkzeuge für die künftige Nutzungsplanung eingesetzt werden.

AP 4 Funktion des Bodens im Stoffhaushalt - Nährstoffverfügbarkeit, Kohlenstoffspeicher, Filter-, Puffer-, Transformatorfunktion, Quellen- und Senkenwirkung für Treibhausgase: Es soll geklärt werden ob und wie lange mechanische Belastung die Funktionen des Bodens im Stoffhaushalt beeinträchtigt, wie diese Beeinträchtigung auf der Ebene des Bestandes/Kleineinzugsgebiets quantitativ zu bewerten ist und wie sich diese Veränderungen auf die Lebensraumfunktion des Bodens auswirken (AP5). Besonderes Augenmerk gilt der Senkenfunktion des Bodens für Treibhausgase (C-speicherung, Senkenwirkung für CH4, Produktion von N2O), welche direkte Rückkoppelungen auf das Klima haben. Im Weiteren wird auch die Auswirkung auf die Nitratauswaschung gemessen. Die empirische Untersuchung von Indikatoren für Prozesse (Ammonifikation, Nitrifikation, Denitrifikation) dient als Basis zur Kalibrierung von mechanistischen Modellen.

AP 5: Lebensraumfunktion – Standortspotential für Pflanzengesellschaften, Lebensraum für Bodenorganismen): Im Fokus diese APs steht die Erfassung der Effekte auf den Boden als Lebensraum. Es wird folgenden Fragen nachgegangen: Führen Fahrspuren zu einer mittel- bis langfristigen Veränderungen der Bodenvegetation? Beeinträchtigen Fahrspuren die Durchwurzelungsfähigkeit des Bodens durch Altbäume? Gibt es artspezifische Effekte? Welche Bodentiefen und Zeiträume nach der letzten Befahrung sind besonders gering durchwurzelbar? Haben die veränderten bodenphysikochemischen Bedingungen Auswirkungen auf ökophysiologische Wurzeleigenschaften wie Durchmesser, Gewebedichte, Mykorrhizierungs- und Atmungsraten? Ändert sich die funktionelle Biodiversität von Bodenorganismen? Es soll weiters abgeklärt werden welche Baumarten besonders empfindlich auf Bodenverdichtung reagieren und welche Arten zur biologischen Bodensanierung geeignet sind.

AP 6: Integrale Bewertung, Kommunikation, Dissemination: Es werden die Ergebnisse von AP2 bis 5 zusammengeführt und bewertet. Indizes zur Überwachung der Bodenqualität auf der Grundlage der physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften des Bodens werden entwickelt und Empfehlungen für die Nutzungsplanung erarbeitet. Über wissenschaftliche Publikationen werden die Ergebnisse einem internationalen Peer Review unterzogen. Forstorganen und Waldbesitzer*innen werden die Ergebnisse über einen Workshop mit Exkursion, beim Forschungstag der ÖBF und die Publikationsorgane von ÖBF und BFW kommuniziert. Für Aus- und Weiterbildungszwecke werden Beispielflächen etabliert. An der BOKU ist das Projekt ein integraler Bestandteil der forschungsgeleiteten Lehre. Neben Bachelor- und Masterarbeiten sowie Dissertationen aus dem Projekt fließen die Ergebnisse in die Lehre der Studienbereiche Forstwirtwirtschaft, Umwelt- und Bioressourcenmanagement und Alpine Naturgefahren ein.

Praxisrelevanz

Die nachhaltige Bereitstellung des nachwachsenden Rohstoffs Holz stellt eines der wichtigsten Ziele österreichischer Forstbetriebe dar und leistet einen wesentlichen Beitrag zur Bioökonomie. Der Mechanisierung der Waldbewirtschaftung – von der Kulturvorbereitung über die Pflege bis zur Holzernte - kommt in diesem Zusammenhang immense Bedeutung zu. Die Abstimmung der Technologie mit den ökologischen Rahmenbedingungen entscheidet maßgeblich über die Pfleglichkeit der Nutzung und über die Zukunft von Boden und Bestand. Die Böden der Flysch- und Molassezone sowie der Neogenbecken Ostösterreichs stellen für die Mechanisierung eine besondere Herausforderung dar. Sie sind häufig feinkörnig, tiefgründig und neigen zu Wasserstau. Diese Böden sind meist hoch produktiv, gleichzeitig aber auch verdichtungsanfällig. Bodenverdichtung durch Befahrung verändert die Bodenstruktur und damit die Porengrößenverteilung, Porendichte und Porenkontinuität. Insbesondere erfolgt eine Reduktion der rasch dränfähigen Gröbst- und Grobporen. Für solche vorwiegend bindigen Bodenarten stehen Änderungen bodenphysikalischer Parameter wie Lagerungsdichte, Porenverteilung und Porenkontinuität oftmals in einem negativen Zusammenhang mit der Durchlässigkeit bzw. Infiltrationskapazität, der pflanzenverfügbaren Wasserspeicherkapazität und somit letztendlich auch mit dem Wasserhaushalt des betrachteten Systems. Über das Verhältnis von Oberflächenabfluss zu Infiltration wird das Wasserdargebot für den verbleibenden Bestand und die Verjüngung in Trockenphasen beeinflusst. Die Wasserspeicherfähigkeit des Bodens ist darüber hinaus bei der Generierung von Abflussspitzen einer der wichtigsten Einflussfaktoren. Weiters sind Gaswechsel und Redoxverhältnisse Funktionen der Bodenstruktur. Die Wurzelentwicklung der Waldbäume und damit die Erschließung des Bodens hängt auf wechselfeuchten Standorten maßgeblich vom Bodenlufthaushalt ab. Standortseigenschaften wie Baumarteneignung und Produktivität, aber auch weitere Bodenfunktionen wie Quellen- und Senkenwirkung des Bodens für Treibhausgase oder die Lebensraumfunktion für Bodenorganismen werden somit maßgeblich über die Bodenstruktur beeinflusst.

Ein standortsangepasster Technologieeinsatz ist daher eine wesentliche Voraussetzung für die nachhaltige Bereitstellung der Bodenfunktionen und damit eine Grundlage der Waldbewirtschaftung auf verdichtungsanfälligen Böden.

HoBo liefert eine Datenbasis für die Beurteilung der kurz-, mittel- und langfristigen Auswirkungen unterschiedlicher Holzerntetechnologien auf Waldstandorten mit verdichtungsanfälligen Böden für die aktuell herrschenden und künftig zu erwartenden klimatischen Verhältnisse. Die Effekte werden auf unterschiedlichen räumlichen Skalenebenen betrachtet – vom Bodenprofil über Unterabteilung bis zum Kleineinzugsgebiet. Der zeitlichen Komponente (Dauer der Effekte) wird über die Untersuchung von Zeitreihen Rechnung getragen.

Auf dieser Basis werden Entscheidungsgrundlagen für die Waldbewirtschaftung entwickelt. So soll den veränderten Rahmenbedingungen (Niederschlagsverhältnisse, Wasserstress der Waldbestände, längere frostfreie Perioden im Winter etc.) in der Holzernte durch eine klimawandelangepasste Technologiewahl Rechnung getragen werden. Klima- und vegetationsgesteuerte Modelle zur Rekonstruktion der Bodenverhältnisse (Bodenfeuchte und -temperatur) bei bereits durchgeführten Nutzungen und Kulturvorbereitungsmaßnahmen erlauben eine Abschätzung der langfristigen Effekte, sollen aber in Verbindung mit Standortskarten auch als Grundlage für die betriebliche Nutzungsplanung einsetzbar sein.

Die im Projekt erstellten Werkzeuge, z.B. Indikatoren, Handlungsanleitungen, Entscheidungsmatrizen bilden damit die Basis für die nachhaltige Bewirtschaftung vitaler, zukunftsfitter, arten- und strukturreicher Wälder. Die Ergebnisse werden in wissenschaftlichen Fachzeitschriften publiziert und in praxisorientierten Informationsbroschüren (z.B. 'Nachhaltige Biomassenutzung im Wald'; Fachbeirat für Bodenschutz und Bodenfruchtbarkeit im BMLRT) analog und WEB-basiert sowie über Workshops einem breiteren Interessent*innen- und Anwender*innenkreis zur Verfügung gestellt. Die im Rahmen des Projektes etablierten, gut dokumentierten Beispielsflächen stehen für die Aus- und Weiterbildung  zur Verfügung.