Validierung der nationalen Modellierung der Critical Loads : Abschlussbericht / von Cornelius Oertel, Nicole Wellbrock, Bettina Bek, Jonas Sitte, Adrian Danescu, Carina Paetzel, Nina Jungius (Thünen-Institut für Waldökosysteme, Eberswalde), Juliane Höhle, Henning Andreae (Staatsbetrieb Sachsenforst), Jürgen Augustin, Mathias Hoffmann, Matthias Lück (Leibniz-Zentrum für Agrarlandschafsforschung (ZALF) e.V., Müncheberg) ; im Auftrag des Umweltbundesamtes ; Durchführung der Studie: Thünen-Institut für Waldökosysteme ; Redaktion: Fachgebiet II 4.3 "Luftreinhaltung und terrestrische Ökosysteme" - Thomas Scheuschner

Abstract

Seit Mitte des 19. Jahrhunderts sind Wälder erhöhten atmosphärischen Stickstoff- und Schwefeleinträgen ausgesetzt. Um die Auswirkung dieser Einträge zu minimieren, wurde 1988 das Critical Loads Konzept entwickelt und stetig weiterentwickelt. Im Rahmen dieser Studie werden die Berechnungsgrundsätze des Mapping Manuals zur Ermittlung der Critical Loads und die nationalen Anpassungen verglichen, um Ansätze zur Aktualisierung des Methodenhandbuches zu entwickeln. Schwerpunkt liegt hierbei auf den Parametern Denitrifikation und Verwitterung. Zur Untersuchung der Denitrifikation wurde eine umfassende Literaturrecherche durchgeführt, bei der 325 Studien zu N2O-Emissionen und 80 Studien zu N2-Emissionen von Waldböden ausgewertet wurden. Der Fokus lag hierbei auf den Kriterien Ökosystem, Klimazone, Waldtyp, Höhenstufe, Luft‑Inkubationstemperatur, Niederschlag/ Bodenfeuchte, Ton‑Gehalt, pH‑Wert sowie Kohlen‑ und Stickstoffgehalt des Bodens. Mit Bodenproben von 16 bundesweit verteilten Level‑II‑Standorten wurden im Labor Versuche zum Emissionspotential von CO2, CH4, N2O und N2 durchgeführt. Standorte mit hohen NO3-Gehalten zeigten hier die höchsten N2O‑Emissionen. Zur Verbesserung des Parameters Verwitterung wurde mit Hilfe des Modells PROFILE die Reaktion der Minerale mit Elementen der Bodenlösung berechnet. Die Verwitterungsrate stieg hierbei mit der Verwitterungsklasse an.

Since the mid‑19th century, forests have been exposed to elevated atmospheric nitrogen and sulfur inputs. To minimize the impact of these inputs, the Critical Loads concept was developed in 1988 and has been continuously improved. Within this study, the calculation principles of the mapping manual for determining Critical Loads and the national adaptations were compared in order to develop approaches for updating the manual. The focus is on the parameters denitrification and weathering. To investigate denitrification, a comprehensive literature review evaluated 325 studies on N2O emissions and 80 studies on N2 emission from forest soils. Criteria like ecosystem, climate zone, forest type, altitude, air/incubation temperature, precipitation/soil moisture, clay content, pH value, as well as carbon and nitrogen content of the soil were considered. Laboratory experiments were conducted using soil samples from 16 German Level‑II sites, distributed across Germany. The aim was to analyse the emission potential of CO2, CH4, N2O and N2 emissions. Sites with high NO3-concentrations showed the highest N2O emissions. To improve the parameter weathering, the reaction of minerals with elements of the soil solution was calculated using the model PROFILE. The weathering rate increased with the weathering class.