Wald und Wasserkreislauf

In Abhängigkeit von der Temperatur benötigt es eine gewisse Niederschlagsmenge, damit Wald entstehen oder bestehen kann (Trockengrenze des Waldes). Man spricht von der klimatischen Wasserbilanz: Die Niederschlagsmenge muss während der Vegetationsperiode im Verhältnis zur Verdunstung hoch genug sein. Ist die Trockenheit (Aridität) zu hoch, können keine Bäume, irgendwann auch keine Gräser und anderen Pflanzen mehr gedeihen. Neben anderen Faktoren bestimmt die Niederschlagsmenge auch die Zusammensetzung der Baumarten und den Zuwachs an Holz.^[1] Jede Baumart hat eine individuelle Trockengrenze, die zudem auch von ökologischen Faktoren und den Bodeneigenschaften abhängt. Die häufigsten mitteleuropäischen Baumarten ertragen innerhalb der Wachstumsperiode unter sonst günstigen Bedingungen auch ein moderates Defizit in der Wasserbilanz, also negative Werte.^[4]

Niederschlag erreicht im Wald nicht gleich den Boden. Ein Teil wird auf der Oberfläche der Bäume zurückgehalten (Interzeption). Die Höhe dieses Anteils wird von vielen Faktoren bestimmt: Größe der Krone, Anzahl der Blätter, Rauigkeit der Blattoberfläche. Nadeln halten mehr Wasser zurück als Blätter.

Es gibt aber auch Sonderfälle: Die kanarische Kiefer hat sich mit 25 cm langen Nadeln daran angepasst, aus dem Nebel des Nordostpassat Tau einzufangen. Dieser tropft anschließend zu Boden und verbessert so die Wasserversorgung des Baums. Hier verbessern die Nadeln die Wasserversorgung, anstatt sie durch Interzeption zu behindern.^[3]

Auf Waldflächen verdunstet mehr Wasser als auf Grünland oder Ackerflächen. Ein großer Teil verdunstet physikalisch (Evaporation). Dieser Anteil hängt direkt mit der Größe der Oberfläche und Struktur eines Baumes zusammen. Ist die Interzeption hoch, folgt daraus eine hohe Evaporation. Mit den Wurzeln wird aber auch Wasser aus dem Boden mit den darin gelösten Nährstoffen aufgenommen und zu den Blättern oder Nadeln geleitet. Die Verdunstung durch die Spaltöffnungen der Pflanzen (Transpiration) ist neben der Photosynthese der „Motor“ für den Stoffwechsel der Bäume.^[5] Die Zusammenfassung von beidem, die Evapotranspiration, kann lokal den bodennahen Bereich im Wald fühlbar (>10 °C) kühlen und andererseits über die Wolkenbildung zu günstigen globalen Klimaeffekten führen.^[6]

Da der Waldboden wie ein Puffer auf den Wasserhaushalt wirkt, kommt es im Bereich von Waldgebieten auch bei Starkregenereignissen wesentlich seltener zu Hochwasserereignissen in den ableitenden Oberflächengewässern.^[3] Dies gilt jedoch nur für intakte Wälder. Dort, wo durch schwere Erntemaschinen der Boden verdichtet wurde, kann Niederschlagswasser schwerer in den Boden eindringen. Es läuft schneller ab, die Pufferfunktion geht verloren. Verstärkt wird dieser negative Effekt noch durch die Anlage von Rückegassen und durch Fahrspuren. Sie wirken wie Gerinne zur Ableitung des Wassers.^[10][11]

Wird die Speicherkapazität des Waldbodens überschritten, fließt Niederschlagswasser, das nicht oberflächlich abläuft als Sickerwasser in tiefere Bodenschichten. Das Ausmaß dieser Grundwasserneubildung ist beim Wald wegen Interzeption und Verdunstung deutlich niedriger als unter offenen Flächen:

Grundwasserneubildung: Ackerland > Grünland > Mischvegetation > Laubwald > Nadelwald^[12]

Umgekehrt verhält es sich mit der Qualität des Grundwassers, sie ist unter Wald am besten, meist Trinkwasserqualität. Unter Ackerland ist sie in der Regel am schlechtesten, wegen des Eintrags von Schadstoffen, vor allem Nitrat. Im Wald fallen schon weniger Schadstoffe an und sie werden in der Humusschicht abgefangen und abgebaut. Im Sinne des Trinkwasserschutzes ist es daher von großer Bedeutung auf die Ausbringung von Schadstoffen im Wald zu verzichten (Insektenvernichtungsmittel, Dünger).^[3][13][14]

Das Ausmaß der Grundwasserneubildung wird von den Baumarten eines Waldes beeinflusst. Immergrüne Nadelbäume halten übers Jahr wesentlich mehr Niederschlagswasser auf ihrer Oberfläche zurück als winterkahle Laubbäume. Niederschlagswasser, das auf der Oberfläche zurückgehalten wird, verdunstet dort zum großen Teil wieder und gelangt nicht bis zum Boden. Die Grundwasserneubildung ist daher in Laubwäldern deutlich höher. Die glatte Rinde der Rotbuche begünstigt zusätzlich den Abfluss des Wassers. Der in weiten Teilen der norddeutschen Tiefebene praktizierte Umbau der bestehenden Kiefernwälder zu Buchenmischwäldern verbessert den Landschaftswasserhaushalt.^[15]

Auf Kahlschlagflächen und auf Waldbrandflächen besteht die Gefahr der Bodenerosion. Durch Wind, vor allem aber durch starke Niederschläge kann die Humusschicht besonders in Steillagen schnell verlorengehen. Der Wasserhaushalt wird auf dieser Fläche dann erheblich gestört, auch die Wiederansiedelung bestimmter Baumarten erschwert. In diesem Sinne sind auch steil angelegte Forststraßen problematisch. Wenn für Skigebiete Wald gerodet wird, sind Erosion und Bodenverdichtung die Folge. Der Oberflächenabfluss steigt erheblich, die Hochwassergefahr ebenfalls. Gleiches gilt für die Flächenversiegelung beim Siedlungsbau und bei der Anlage von Industriegebieten.^[3]

Nach Einschätzung des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) werden wir es in der Zukunft mit einer jahreszeitlichen Umverteilung der Niederschläge zu tun haben. In den Sommern wird es häufiger längere Trockenzeiten geben. Die Jahresniederschlagsmenge wird sich mehr auf die Wintermonate verteilen und häufiger in Form von Starkregenereignissen auftreten. Die Verdunstungsrate wird im Sommer ansteigen, der Oberflächenabfluss der Niederschläge durch Starkregenereignisse zunehmen.^[16] Unabhängig von der Form der Landnutzung wird mit einem weiteren Rückgang der Grundwasserneubildung zu rechnen sein. Trinkwasser wird wertvoller.^[17][18]

Im Bezug auf den Waldbau ist es daher von Bedeutung, dass die Grundwasserneubildung bei verschiedenen Baumarten unterschiedlich ist. Bei Baumarten mit hoher Interzeption und Evaporation fällt die Grundwasserneubildung geringer aus. Dies ist in besonderem Maße bei Nadelhölzern der Fall. Sie bilden mit ihrer Nadelstruktur eine große Oberfläche aus. Insbesondere werfen sie aber ihre Nadeln im Winter nicht ab (mit Ausnahme der Lärche). So ist nach einer Untersuchung des PIK die Grundwasserneubildung unter Buche und Eiche deutlich größer als unter Kiefern und Douglasie. In allen Klimamodellen, in denen die Klimaentwicklung der nächsten Jahrzehnte berechnet wird, bleibt dieser Effekt für alle Szenarien bestehen. Dies hat besondere Bedeutung z. B. für die niederschlagsarmen Regionen in Brandenburg. Die ohnehin durchlässigen Sandböden dort sind noch häufig mit Kiefern bestockt. Zur Sicherung der zukünftigen Trinkwasserversorgung ist eine Waldumbau in Richtung Laubhölzer zu bedenken.^[16]

Natürlich ist es auch von besonderem Interesse, welche Baumarten mit langen sommerlichen Trockenperioden bei steigenden Temperaturen überhaupt zurechtkommen. Da sieht es für Fichten und Tannen in geringerem Maße aber auch für die Buche nicht gut aus. Besser bestellt ist es wohl für Traubeneiche, Hainbuche, Robinie und die Kiefernarten Wald-Kiefer und Schwarzkiefer.^[19]

Die Trockengrenzen der einzelnen Baumarten werden sich verschieben.^[20]

Für die Aufgabenstellung der zukünftigen Waldentwicklung siehe auch:

Eine wesentliche Aufgabe des Waldbaus zur Zeit der Klimaerwärmung wird sein, Niederschlagswasser im Wald auf der Fläche zurückzuhalten. Im Gegensatz zur bisherigen Praxis könnten folgende Maßnahmen für diesen Zweck hilfreich sein:^[21]

• Wiedervernässung von Waldflächen: Entwässerungsgräben und Drainagen können zurückgebaut, degradiert Reste von Auwäldern und Waldmooren wieder hergestellt werden.
• Flächige Ableitung von Wegewasser in Waldbestände: Üblicherweise wird Wasser von den Wegen über Gräben möglichst schnell ins nächste Fließgewässer geleitet. Da, wo es möglich ist, sollte man auf Gräben verzichten und das Wasser kontinuierlich seitlich in die Fläche ableiten, wo es versickern kann.
• Gewässerausbau im Wald als Rückbau von Sohlen-, Ufer- und Querverbauungen, Neuanlage von Teichen, Belassen von Totholz, weitere strukturelle Aufwertung von Gewässern
• Schaffung von Retentionsmulden zum Auffangen des Niederschlagswassers aus Gräben. Werden sie mit einer Sohle aus Lehm angelegt, halten sie das Wasser auch über längere Zeit.
• Bodenschonende Holzernte, Vermeidung von Bodenverdichtung und Schädigung des Feinwurzelsystems
• Schutz von Quellen: Nutzungsverzicht im Quellbereich, Rückbau technischer Eingriffe wie Quellfassungen oder Verrohrung