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Effizienz von Kohlenstoffsenken unter dem Aspekt des Klimaschutzes

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Autor (-en):
Annette Freibauer und Ernst-Detlef Schulze
Max-Planck-Institut für Biogeochemie, Jena
Kontakt:
Zusendung am:
09.09.2005
Einstellung am:
26.09.2005
Dokumenttyp:
Textfassung eines Tagungsbeitrages von Annette Freibauer, gehalten auf der Fachtagung "Auf Holzwegen in die Zukunft − eine Option für den Klimaschutz", Kloster Nimbschen, 22.⁄23.06.2004
Zusammenfassung:
Verschiedene Maßnahmen im Rahmen der Waldbewirtschaftung können zu einer Optimierung der Kohlenstoffvorräte und zu einer Erhöhung der Senkenleistung der Wälder beitragen.
Welche Maßnahmen hierfür in Frage kommen könnten und wie effizient diese für den Klimaschutz sind, zeigt dieser Beitrag am Beispiel der Thüringer Wälder.

Kohlenstoffsenken im globalen Kontext

In den 1990er Jahren nahm die terrestrische Biosphäre global netto -0.7 ± 1.0 GtC a-1 aus der Atmosphäre auf. Dieser Wert ergibt sich als Differenz der Bruttoaufnahme von -2.3 GtC a-1, v.a. in bestehenden Wäldern, und bedeutenden Emissionen von +1.6 GtC a-1 durch die Abholzung von Wäldern (1). Obwohl Wälder nur 30% der Landfläche einnehmen, speichern sie 50% des gesamten C-Vorrates der terrestrischen Biosphäre, davon 80% des C in der Vegetation und 40% des C im Boden (2). Wälder sind somit das wichtigste Landökosystem im Hinblick auf den Klimawandel.
Längerfristig ist die Rolle der Biosphäre dagegen ambivalent. Allein 30% der Emissionen der letzten 200 Jahre (400 GtC) resultierten von Landnutzung und -änderung (1). Zudem folgt die Kohlenstoffakkumulation in Ökosystemen dem Prinzip "Slow in, Fast out", d.h. C-Verluste durch Störungen wie Feuer oder menschliche Eingriffe erfolgen mindestens eine Größenordnung schneller als die Regeneration der C-Vorräte. Weitere Risiken und Unsicherheiten ergeben sich aus den vielfältigen, ungenügend quantifizierten Wechselwirkungen zwischen biosphärischen Prozessen und dem Klima, die die zukünftige Entwicklung der Kohlenstoffsenken bestimmen. Verschiedene Modellergebnisse und Analysen zeigen, dass die C-Senke der Biosphäre in den nächsten Dekaden abnehmen oder gar zur Quelle umkehren werden kann (3, 4). Dies läßt sich zurückführen auf die Zunahme von Störungen und eine beschleunigte Mineralisationsrate. Zudem steigt der Nutzungsdruck auf Wälder, so dass weitere Änderungen von Landnutzung und Bewirtschaftung die C-Vorräte in Wäldern wahrscheinlich weiter reduzieren werden. In Europa kommt die Alterung der Wälder dazu (z.B. (5)).
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Forstmanagement in Deutschland

Derzeit steigen die deutschen C-Vorräte in der Forstbiomasse um 4.6 bis 9.2 MtC a-1 (Jahr 2000 bzw. 1990er Jahre, » www.unfccc.int). Forstmanagement kann gezielt zur Optimierung der C-Vorräte oder der C-Senken in Deutschland eingesetzt werden. Das Potenzial ist allerdings wegen der Altersstruktur und der bereits z.T. relativ hohen C-Vorräte der Wälder begrenzt (5). Die gegenwärtige Situation und mögliche Maßnahmen zur Erhöhung der durchschnittlichen C-Vorräte werden im Folgenden am Beispiel der Thüringer Wälder diskutiert.
  • Referenzsituation: Unterstellt man eine Fortsetzung der traditionellen Bewirtschaftung von Altersklassenwäldern, können die C-Vorräte in der Dendromasse der Thüringer Wälder gemäß der Altersklassenverteilung mit Stand 1993 in die Zukunft fortgeschrieben werden. Die Veränderung der Altersstruktur wird zu einer Senke von ca. -0.28 tC ha-1 a-1 für die nächsten 20 Jahre bzw. insgesamt 2,6 MtC führen, aber dann in eine Quelle von etwa +0.4 tC ha-1 a-1 durch den starken Überhang von vorratsstarken höheren Altersklassen und deren Ernte übergehen (5).
  • Längere Rotationsperiode oder vorübergehender Nutzungsverzicht: Diese Maßnahme zielt auf den Erhalt und eine leichte weitere Erhöhung der C-Vorräte in Beständen mit bereits vorhandenen überdurchschnittlichen C-Vorräten. Dadurch verlängert sich die Verweilzeit des C im Lebenszyklus des Holzes, da sowohl die Speicherzeit im Wald als auch die typische Lebensdauer der wahrscheinlich anfallenden Holzprodukte länger ist. Dieser Zeitgewinn ist allerdings mit einem veränderten Angebotsspektrum für Holz verbunden. In einem hypothetischen Szenario würde dies z.B. in den Fichtenwäldern Thüringens die langfristigen mittleren Vorräte um 2-4 MtC erhöhen ((5), H. Böttcher, unveröff.).
  • Umwandlung Nadelwald in Laubwald: Ein realistisches Szenario (Reduzierung von Fichte und Kiefer, Erhöhung von Buche, Eiche, anderen Harthölzern) zeigt, dass der Waldumbau nur langsam durchgeführt werden kann. Signifikante Effekte werden erst nach ca. 80 Jahren wirksam, langfristig erhöhen sich die C-Vorräte in der Dendromasse um 2% (nach 100 Jahren) bis 7 − 9% (1,6 MtC) nach 200 Jahren (5).
  • Umwandlung des Altersklassenwaldes in strukturreiche Wälder: Korrigiert man die ungleiche Altersklassenverteilung der Thüringer Wälder, so führt eine Strukturveränderung nicht zu einer signifikanten Änderung der C-Vorräte in der Biomasse (5). Ebenso wenig unterscheiden sich die C-Vorräte in Biomasse und Boden von Plenterwäldern gegenüber Buchenwäldern im Schirmschlagbetrieb im Mittel über eine Rotation (6).
  • Dauerhafte Aufgabe der Nutzung: Messungen im Nationalpark Hainich demonstrieren, wie langfristig wirkungsvoll - entgegen früherer Paradigmen - die Aufgabe der Waldnutzung sowohl hohe C-Vorräte, als auch hohe C-Aufnahmeraten erhält. Der ungenutzte 0-250-jährige Buchenmischwald in der Kernzone des Nationalparks weist über 30% höhere C-Vorräte in Biomasse und Boden und hohe Totholzvorräte auf als benachbarte bewirtschaftete Buchenwälder - ein Unterschied von 86 bis 100 tC ha-1 (6). Die C-Aufnahme (Net ecosystem exchange, NEE) ist mit 5 tC ha-1 a-1 im Hainich im europäischen Vergleich sehr hoch und vergleichbar mit einem 70-150-jährigen bewirtschafteten Buchenwald unter ähnlichen Standortbedingungen (7). Die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung des Erhalts von ungenutzten Wäldern für den Klimaschutz. Diese Berechnung schließt allerdings die Wirkung von Holz zur Energiesubstitution nicht ein.
  • Aufforstung erhöht zwar die C-Vorräte in der Biomasse; diese werden allerdings bei der Nutzung wieder freigesetzt. Dagegen führt die Aufforstung von Grünland zu einer durchschnittlich 20%igen Abnahme des normalerweise langlebigen im Mineralboden gebundenen C, so dass Aufforstungen aus der Sicht der C-Senken kritisch zu beurteilen sind (8).
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Effizienz von Kohlenstoffsenken für den Klimaschutz

Die Vermeidung von C-Verlusten und der Erhalt bestehender C-Vorräte stellt eine schnellere, effizientere Klimaschutzstrategie dar als die Erhöhung der Senkenwirkung von Wäldern ("Slow in, Fast out"). In Deutschland und v.a. in Thüringen existieren bereits bei relativ hohe C-Vorräte und z.T. überalterte Laubwaldbestände, so dass das Potential zur weiteren Erhöhung der C-Vorräte begrenzt ist. Dies betrifft alle denkbaren Maßnahmen in genutzten Wäldern wie Umwandlung des Altersklassenwaldes in strukturreiche Wälder, Umwandlung von Nadelwald in Laubwald sowie eine längere Rotationsperiode. Dagegen stabilisieren alle Maßnahmen die bestehenden C-Vorräte in Biomasse und Boden und erhöhen z.T. die Verweilzeit von C im Wald, bzw. erhöhen das Holzangebot für langlebige Produkte. Allein die Aufgabe der Nutzung erhöht mittelfristig deutlich die C-Vorräte bei gleichzeitig hoher C-Senke. Diese Option steht allerdings nur für begrenzte, meist unter Schutz stehende Flächen zur Verfügung, um die positiven Wirkungen der Holznutzung nicht einzuschränken.

Schlussfolgerungen

Eine effiziente Strategie für einen optimalen Beitrag der Biosphäre zum Klimaschutz umfasst drei Elemente:
  • Emissionen reduzieren: Treibhausgas-Emissionen reduzieren, Abholzung eindämmen,
  • Bestehende Vorräte schützen: Mittlere Vorräte im genutzten Wald erhalten, Bereiche mit hohen Vorräten begrenzt ganz aus der Nutzung nehmen,
  • Degradierte Bereiche regenerieren, Vorräte auf ein stabiles Niveau bringen (für Deutschland kaum von Bedeutung).
Der Schutz von C-Vorräten ist wichtiger als die Erhöhung der Senkenwirkung. Forstwirtschaft unter dem Aspekt des Klimaschutzes erfordert einen Kompromiss zwischen dem Schutz hoher C-Vorräte und einer vorratsschonenden Holzproduktion und -nutzung.
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Literatur

  1. IPCC, "Climate Change 2001: The Scientific Basis. IPCC Third Assessment Report" Tech. Report No. (Intergovernmental Panel on Climate Change, 2001).
  2. R. T. Watson et al., IPCC Special Report on Land use, land use change, and forestry, IPCC Special Report (Cambridge University Press, Cambridge, UK, 2000), pp. 377.
  3. WBGU, "Über Kioto hinaus denken - Klimaschutzstrategien für das 21. Jahrhundert" Tech. Report No. ISBN 3-936191-03-4, www.wbgu.de (2003).
  4. W. Cramer et al., Global Change Biology 7, 357 (2001).
  5. C. Wirth et al., "Dynamik der Kohlenstoffvorräte in den Wäldern Thüringens. Abschlussbericht zur 1. Phase des BMBF-Projektes "Modelluntersuchung zur Umsetzung des Kyoto-Protokolls"" (Max-Planck-Institut für Biogeochemie, 2003).
  6. M. Mund, Dissertation, Georg-August-Universität Göttingen (2004).
  7. P. M. Anthoni et al., Global Change Biology (accepted).
  8. A. Thuille, Dissertation, Friedrich-Schiller-Universität Jena (2003).

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