5). Erst in tiefer liegenden Horizonten nimmt der Zusammenhang zwischen Gasdiffusionskoeffizient und Feinwurzeldichte ab. Dort ist die Sauerstoffversorgung für aerobe Organismen möglicherweise aufgrund der großen Entfernung zur Atmosphäre generell eingeschränkt.
Abbildung 5: Modellierte Veränderung der Feinwurzeldichte im Tiefenprofil. Dargestellt ist die Feinwurzeldichte (≤ 1 mm), die sich einstellt, wenn der Gasdiffusionskoeffizient der Bodenoberfläche (0–10 cm) von 0,1 auf 0,01 sinkt. Berechnungsgrundlage ist die Regressionsgleichung jeder Tiefenstufe (vgl. Abbildung 4). Bezugsgröße (100 %) ist die Feinwurzeldichte bei einem Gasdiffusionskoeffizienten von 0,1
In Abbildung 6 sind die Unterschiede in der Feinwurzel dichte zwischen den gesunden Eichenbeständen (das Viertel der untersuchten Eichenbestände mit den vitalsten Kronen) und den am stärksten geschädigten Eichenbeständen (das Viertel der Eichenbestände mit der ungünstigsten Kronenstruktur) dargestellt. Bezugsgröße ist die mittlere Feinwurzeldichte der Bäume in den gesunden Eichenbeständen. In den obersten 25 cm des Mineralbodens ist kein signifikanter Unterschied zwischen der Feinwurzeldichte und der Vitalität sichtbar. Dies ist im Unterboden völlig anders. In 25–60 cm Tiefe ist die Feinwurzeldichte der „geschädigten Bäume“ um ein Drittel geringer als die der „gesunden Bäume“. In größerer Tiefe geht die Feinwurzeldichte der geschädigten Bäume um mehr als die Hälfte zurück.
Abbildung 6: Feinwurzeldichten (≤ 1 mm) „gesunder“ und „geschädigter“ Eichen im Vergleich. Bezugsgröße (100%) ist Feinwurzeldichte der „gesunden“ Eichen
Der Zusammenhang zwischen dem Gasdiffusionskoeffizienten des obersten Mineralbodenhorizontes (0–5 cm) und dem mittleren Feinreisigverlust aller untersuchter Standorte ist in Abbildung 7 dargestellt. Die über die mittlere Kronenstrukturstufe ermittelte Vitalität der Eichen nimmt mit der Abnahme des Gasdiffusionskoeffizienten des Oberbodens ab. Stark geschädigte Eichenbestände finden sich ausschließlich dort, wo die Gasdiffusionskoeffizienten des obersten Mineralbodenhorizontes unter 0,06 sinken. Dabei ist die Eichenart von untergeordneter Bedeutung. Sowohl die Stieleichen als auch die Traubeneichen reagieren sensibel auf Belüftungsstörungen des Oberbodens.
Fazit: In den untersuchten Eichenbeständen konnte ein deutlicher Zusammenhang zwischen der Belüftungssituation des Oberbodens, der Feinwurzelerschließung und der Vitalität der Eichen festgestellt werden. Bis in Bodentiefen zwischen 70 und 80 cm (Abbildung 4) steuert der Diffusionswiderstand des Oberbodens die Feinwurzelerschließung der Eichen. Eichenbestände mit einem hohen Anteil geschädigter Bäume finden sich nur dort, wo die Messungen des Gasdiffusionskoeffizienten Belüftungsstörungen anzeigen.
Abbildung 7: Zusammenhang zwischen dem Gasdiffusionskoeffizienten des Oberbodens und der Kronenvitalität. Die schwarzen Punkte zeigen den Mittelwert, die horizontalen Radien der farbigen Ellipsen die Standardabweichung des Mittelwertes der Gasdiffusionskoeffizienten; die vertikalen Radien die Standardabweichung der mittleren Kronenstrukturstufe
3.3 Melioration durch mechanische Bodenlockerung
Wenn Belüftungsstörungen den Boden als Wurzellebensraum unbrauchbar machen können, stellt sich die Frage, inwieweit die Bodenbelüftung durch Sanierungsmaßnahmen verbessert werden kann und dadurch eine Wiederbesiedlung des Bodens durch Wurzeln ermöglicht werden kann. Im Großraum Heilbronn wurden in den achtziger Jahren Eichen- und Buchenwälder von Militäreinheiten für regelmäßige Manöver genutzt. Die Böden waren durch die militärische Befahrung derart verdichtet, dass die Bäume abstarben und die Verjüngung aufgrund des Bodenzustands nicht auflaufen konnte. In einem verdichteten 160-jährigen Buchen-Eichen-Mischbestand im Stadtwald Heilbronn wurde im Oktober 1991 versucht, die Belüftungssituation des Bodens über eine Bodenlockerung zu verbessern. Der Boden wurde bis zur Tiefe von 60 cm mit dem Verfahren der Abbruchlockerung (vgl. SCHULTE-KARRING et al. 1999) gelockert.
Ziel der Abbruchlockerung war, im Bereich der Spateneinstiche Belüftungskorridore in den Boden zu legen, wodurch sich dort die Lebensbedingungen für Wurzeln und Bodenfauna verbessern sollten. Acht Jahre nach der Abbruchlockerung wurde die Auswirkung dieser Maßnahme auf den Belüftungszustand des Bodens und die Durchwurzelung untersucht. Neben der gelockerten Fläche wurde zusätzlich ein Rückeweg, der aufgrund weiterer Befahrungen nicht von der Lockerungsmaßnahme profitieren konnte sowie eine nicht durch Befahrung und Lockerung beeinflusste Referenzfläche untersucht. Neben der Durchwurzelung wurden die Gas diffusionskoeffizienten bis in 90 cm Tiefe bestimmt.
Da die Lockerungsmaßnahme 1992 bei ausreichender Bodentrockenheit erfolgte, war noch nach 8 Jahren das durch die Abbruchlockerung entstandene Makrogrobgefüge aus außerordentlich festen Brocken sichtbar. Die Brocken selbst waren ca. 5–10 cm groß und nicht durchwurzelt, wurden aber im gesamten gelockerten Raum netzartig von Wurzeln umwachsen. In Abbildung 8 ist der Tiefenverlauf der Gasdiffusionskoeffizienten aller Varianten dargestellt. Auf der nicht gelockerten Fläche ist am Verlauf der Gasdiffusionskoeffizienten deutlich der „Plastikfolieneffekt“ sichtbar. Durch den als Diffusionsbarriere wirkenden gasundurchlässigen Oberboden ist der Wurzelraum komplett vom Gasaustausch mit der Atmosphäre abgekoppelt. Obwohl die Gasdurchlässigkeit unterhalb einer Tiefe von 10 cm um mehr als eine Zehnerpotenz steigt und sich im Unterboden nicht mehr signifikant von der Gasdurchlässigkeit des ungelockerten Referenzprofils unterscheidet, ist der Boden nahezu wurzelfrei (vgl. Abbildung 9). Im gesamten gelockerten Bodenraum hingegen übertrifft die Gasdurchlässigkeit sogar die unbeeinflusste Referenz.
Durch die mechanische Bearbeitung können Diffusionsbarrieren aufgebrochen, bzw. Belüftungskorridore geschaffen werden. Dies bedeutet, dass wieder Sauerstoff in den Boden gelangen kann bzw. CO2 aus dem Boden heraus diffundieren kann. In der Folge können die Wurzeln den gelockerten Boden bis an die Untergrenze der Lockerung besiedeln. Die Untergrenze der Lockerung verhindert als tief liegende Diffusionsbarriere die weitere Wurzelerschließung.
Fazit: Für die Sanierung stark verdichteter Oberböden ist die Abbruchlockerung eine geeignete Maßnahme, um über Belüftungskorridore die Tiefenerschließung mit Feinwurzeln zu fördern und den Boden als Lebensraum für Wurzeln wieder nutzbar zu machen. Neben diesem Bearbeitungserfolg wird gleichzeitig auch die Grenze der Bearbeitungsmaßnahme und das geringe natürliche Regenerationspotenzial verformter Böden sichtbar. Zum einen zeigt die scharfe Grenze der Wurzeldichte zwischen dem Bereich, der von den Spaten einstichen erreicht wurde, und dem Bereich, der davon nicht erreicht wurde, dass von dem bearbeiteten, gut belüfteten und gut durchwurzelten Bereich kaum Erschließungsvorstöße der Wurzeln in den nicht bearbeiteten Bereich stattfinden. Zum anderen sind auch innerhalb des bearbeiteten Bereichs solche Grenzen sichtbar. Das Innere der durch die Bearbeitung aufgebrochenen Brocken konnte in acht Jahren nicht von den Wurzeln erschlossen werden.
Abbildung 8: Tiefenprofile der Gasdiffusionskoeffizienten der Varianten „Referenz“ „nicht gelockert“ und „mechanisch gelockert“. Die Linien zeigen die Mittelwerte, die farbigen Bänder die einfache Standardabweichung der Messwerte