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1
Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V.
Klimarelevanz von Waldmooren – aktueller Forschungsstand
Jürgen Augustin
AfSV Jahrestagung 2010, Schloss Hasenwinkel 22.-25.09.
Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V.
Bedeutung der Moorwälder
(Joosten and Clarke 2002, Byrne et al. 2004)
Waldanteil der Moore: Europa 20%, Deutschland 8%, zumeist entwässert
Global 3% der Moore für forstliche Nutzung entwässert
Anteil an den globalen Moorverlusten: 30%
Anteil der Moorwälder an der anthropogenen Klimawirkung: unklar
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Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V.
Welche Treibhausgase sind wichtig?
Kohlendioxid (CO2)
Methan (CH4) Lachgas (N2O)
aktuelle Konzentration
relatives Treibhauspotential (kg CO2-C-Äquivalente)
Anteil am anthropogenen Treibhauseffekt
385 ppm
1
64 %
1,74 ppm
7,6
19 %
315 ppb
133
6 %
Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V.
Messtechnik zur Ermittlung des Spurengasaustausches
Eddy-Kovarianztechnik Manuelle Hauben
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Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V.
GPPRhRa
Durchsichtige Hauben: Netto-Ökosystem-Austausch (NEE)
Undurchsichtige Hauben: Ökosystem-Atmung (Reco, CH4, N2O)
Messung des Gasaustausches mit manuellen Hauben
RhRa
Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V.
C-Eintrag (BPP bzw. Nettophotosynthese)
C-Austrag (Reco = Pflanzen- und Bodenatmung)
Ökosystem
als Black Box
∆ C (NEE) = BPP- Reco
CO2-C-Bilanz auf Grundlage von NEE
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Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V.
∑GWPCO2-Äquivalente = 1*FCO2 +21*FCH4 + 310*FN2O
∑GWPCO2-C-Äquivalente = 1*FCO2-C +7,6*FCH4-C + 133*FN2O-N
Berechnung der summarischen Klimawirkung (Treihausgasbilanz)
Molekülwerte (3,677*Elementwert)
Elementwerte (0,273*Molekülwert)
Festlegungen„Kühlende“ Wirkung: ∑GWPCO2-Äquivalente < 0
„Aufheizende“ Wirkung: ∑GWPCO2-Äquivalente > 0
[ F: Emissionsfaktor in g *m-2*yr-1 bzw. t*ha-1*yr-1]
Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V.
E U -M oore: W älder m äßige Lachgasquellen
mg
N2
O-N
m-2
a-1
0
1000
5000
6000
n=7 n=16 n=2 n=1 n=1 n=2 n=4 n=6
n=20 n=10 n=60 n=15 n=1 n=2
To
rfs
tic
h
au
fge
las
sen
Wa
ld
ge
drä
nt
Ac
ke
r
Gra
sla
nd
ren
atu
rie
rt
na
turn
ah
HochmooreNiedermoore
(Byrne et al. 2004)
5
Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V.
EU-Moore: Wälder schwache Methanquellen
g C
H4
-C m
-2 a
-1
0
10
20
30
40
n=13 n=7 n=13 n=2 n=2 n=2
n=14 n=9 n=2 n=1 n=9 n=4 n=5 n=16
To
rfs
tic
h
au
fge
las
sen
Wa
ld
ge
drä
nt
Ac
ke
r
Gra
sla
nd
ren
atu
rie
rt
na
turn
ah
(Byrne et al. 2004)
HochmooreNiedermoore
Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V.
EU -M oore: W älder schw ache K ohlendioxidsenken
g C
O2-C
m-2
a-1
-400
-200
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
n=8 n=6 n=5 n=1 n=11 n=4 n=5 n=12
n=13 n=7 n=13 n=3 n=0 n=2
To
rfs
tic
h
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sen
Wa
ld
ge
drä
nt
Ac
ke
r
Gra
sla
nd
ren
atu
rie
rt
na
turn
ah
(Byrne et al. 2004)
HochmooreNiedermoore
Keine aktuelle Daten für D!
6
Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V.
E U -M o o re : W ä ld e r h a b e n p o s itiv e K lim a w irk u n g
g C
eq
uiv
. m
-2 a
-1
-1 0 0
0
1 0 0
2 0 0
3 0 0
4 0 0
5 0 0
6 0 0
To
rfs
tic
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au
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nt
Ac
ke
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Gra
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nd
ren
atu
rie
rt
na
turn
ah
(Byrne et al. 2004)
Keine aktuelle Daten für D!
Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V.
Zwischenfazit
Waldmoore (ungestört + entwässert) haben offenbar im Mittel nur geringe Klimawirkung
Speziell für Deutschland liegen kaum Informationen zum CO2-Austausch und der Klimawirkung vor
Frage Wie sehen die Torf-C-Bilanzen von Waldmooren aus?
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Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V.
Torf-C-Bilanz vs. GWP-Bilanz bei Waldmooren
g C m-2 a-1
0 200 400 600
GWP-balance: g C equiv. m
-2 a-1
0
200
400
600
14
1 arable (fen)2 grassland (fen)3 arable (bog) 4 abandonedafter peat cut (bog)
5 grassland (bog)6 peat cut (bog)7 drainage (bog)8 restoration (bog)9 drainage (fen)10 natural (fen)11 restoration (fen)12 natural (bog)13 forest (fen)14 forest (bog)
11
1312
98
7
6
54
3
2
1
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Torf-C-Bilanzen: nur für ungestörte Waldmoore präzise Angaben
(Droesler et al.) Ohne Bäume bzw. LORCA-Analysen
Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V.
Große Anzahl sehr komplexer, hochdynamischer C-Flüsse
Ursachen für Mangel an Daten zu Torf-C-Bilanzen für entwässerte Waldmoore
Ungelöste methodische Probleme bei der Quantifizierung der Torf-C-Ein- und -Austräge: Trenching, Girdling, Isotopentechniken?
(Trumbore 2006)
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Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V.
Folge: extreme Unsicherheiten bei der Ermittlung von CO2-Bilanzen entwässerter Waldmoore
Beispiel: 30 jähriger Kiefernbestand auf ehemaligem Mooracker in Finnland (Lohila et al. 2007)
Ungeklärte Bilanzlücke
Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V.
Frage:
Lässt sich dennoch abschätzen, welche Faktoren Torf-C-Bilanz (Torfbildung/-zehrung) und Klimabilanz von Waldmooren beeinflussen?
Beispiel
Einfluss von mittleren Grundwasserstand und Vegetation bei verschiedenen Erlenwaldtypen (A. Barthelmes, J. Augustin und H. Joosten in Rahmen des Alnus-Projektes)
Vorgehen
Kombination von Gasflussmessungen, paläoökologischen Untersuchungen und Angaben zum Waldwachstum
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Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V.
906Spannenmitte
6.616bis-4.805Σ
4949Lachgas (N2O)3)
11.461bis40Methan (CH4)3)
-3211-3211Kohlendioxid (Derbholz: 4. Ertragsklasse)2)
-1.683-1.683Kohlendioxid (Torfbildung)1)
Grundwasser Ø 5 cm über Flur CO2-Äquivalente (kg/ha/a)
1)Paläoökologische Forschungen ALNUS
2)Angaben nach Lockow 1994
3)Gaswechselmessungen ALNUS
Natürlicher Erlen-Sumpfwald
(Nass, 5+)
Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V.
Großseggen-Erlen-Eschen-Wald
(Halbnass, 4+)
-5316Spannenmitte
-1216-9.416Σ
492492Lachgas (N2O)3)
4.265bis814Methan (CH4)3)
-5973-8349Kohlendioxid (Derbholz: 1,5/2,5 Ertragsklasse)2)
+/-0bis-2.373Kohlendioxid (Torfbildung/-erhalt)1)
Grundwasser Ø 10 cm unter Flur CO2-Äquivalente (kg/ha/a)
1)Paläoökologische Forschungen ALNUS
2)Angaben nach Lockow 1994
3)Gaswechselmessungen ALNUS
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Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V.
Mädesüß-Erlen-Eschenwald
(feucht, 3+)
33.097Spannenmitte
37.460bis28.734Σ
7.1317.131Lachgas (N2O)3)
5.353bis4Methan (CH4)3)
-9.634-9.634Kohlendioxid (Derbholz: 1. Ertragsklasse)2)
34.61031.233Kohlendioxid (Torfzehrung)3,4)
Grundwasser Ø 25 cm unter Flur CO2-Äquivalente (kg/ha/a)
2)Angaben nach Lockow (1994)
3)Gaswechselmessungen ALNUS
4)Literaturdaten (Augustin 2001)
Niedermoorgrasland: ca. 24000 kg CO2-Aquivalente(kg/ha/a)
Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V.
Zwischenfazit
Der mittlere Grundwasserstand und die Vegetation haben einen sehr starken Einfluss auf die Torf-C-Speicherung und Klimawirkung von Waldmooren
Erlen auf nassen und halbnassen Standorten: positive Klimawirkung und Torfakkumulation (→ Option für Moorrenaturierung)
Dringend notwendig: gezielte Untersuchungen zur Behebung der Unsicherheiten
Erlen auf feuchten Standorten: negative Klimawirkung und hohe Torfverluste
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Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V.
Ausblick: Erfassung des Spurengasaustausches und der Klimawirkung von Waldmooren im vTI-Vorhaben „Klimaberichterstattung organische Böden“
Waldmoorstandorte
Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V.
Oberer Spreewald: 60 jähriger Erlenbruchwald auf Anmoor
Kombination von Eddymessungen (39 m, TU Dresden) mit Haubenmessungen (ZALF)
NEE + CH4 Ökosystem NEE (GPP, Reco) + CH4 + N2O Unterwuchs
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Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V.
Aktuelle CH4-Flussraten im Biosphärenreservat Spreewald August 2009 bis September 2010: auf dem Waldboden geringe Flüsse
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
08.2009 09.2009 10.2009 11.2009 12.2009 01.2010 02.2010 03.2010 04.2010 05.2010 06.2010 07.2010 08.2010 09.2010
Datum
CH
4-C
(g
m-2
d-1
)
Seggenwiese
Wald halbnass
Wald feucht
Wald nass
Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V.
Unteres Peenetalmoor bei Anklam: Grauweiden-Großröhrichtkomplex auf naturnahem Niedermoor Kombination von Eddymessungen (10 m, TU Dresden) mit Haubenmessungen (ZALF)
NEE + CH4 Ökosystem NEE (GPP, Reco) + CH4 + N2O Röhricht
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Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V.
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
02.01.2010 22.01.2010 11.02.2010 03.03.2010 23.03.2010 12.04.2010
Datum
CO
2-F
luss
[µm
ol m
-2 s
-1]
Aktuelle CO2-Flussraten (NEE) auf dem Grauweiden-Großröhrichtkomplex im NSG Unteres Peenetal Januar-April 2010: geringe Aktivitäten
(T. Grünwald, TU Dresden)
Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V.
TG 6.1: MooseurachTG 6.2: Schechenfilze
Waldmoorstandorte in Bayern (M. Drösler)
MooseurachFichte Aufforstung 20 m 50 Jahre, Torf entwässert (3-4 m mächtig, Eddy + manuelle Hauben)
SchechenfilzeSpirke naturnah 2-3 m, ohne Entwässerung Torf 6 - 6.5 m mächtig, Eddy + manuelle Hauben)
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Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V.
Zusammenfassung und Schlussfolgerungen
Waldmoore haben offenbar im Mittel nur geringe Klimawirkung, aber für Deutschland kaum Angaben
Die Torf-C- und die Klimabilanz werden aber sehr stark vom mittleren Grundwasserstand und der Vegetation beeinflusst → hohe Variabilität
Positive Klimabilanzen in Verbindung mit positiven Torf-C-Bilanzen (Torfakkumulation) kommen wahrscheinlich nur bei permanent hohenGrundwasserständen vor
Voraussetzung für Beheben der großen Wissensdefizite und Unsicherheiten: Langzeitmessungen und Prozessstudien zur exakten Erfassung aller relevanten Spurengas- und C-Flüsse bzw. –Bilanzgrößen
Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V.
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!