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Helfen die sächsischen Wälder beim
Klimaschutz ?
Thomas Grünwald
Annaberger Klimatage 2018
Fakultät Umweltwissenschaften, Institut für Hydrologie und Meteorologie, Professur Meteorologie

image
2
l
Annaberger Klimatage 2018
l
Thomas Grünwald
Quelle:
CDIAC
;
NOAA-ESRL
;
Houghton
and
Nassikas
2017
;
Hansis
et
al
2015
;
Joos
et
al
2013
;
Khatiwala
et
al.
2013
;
DeVries
2014
;
Le
Quéré
et
al
2017
;
Global
Carbon
Budget
2016
Entwicklung der atmosphärischen CO
2
-Konzentration seit 1870
+115 ppm

image
3
l
Annaberger Klimatage 2018
l
Thomas Grünwald
Quelle:
CDIAC
;
NOAA-ESRL
;
Houghton
and
Nassikas
2017
;
Hansis
et
al
2015
;
Joos
et
al
2013
;
Khatiwala
et
al.
2013
;
DeVries
2014
;
Le
Quéré
et
al
2017
;
Global
Carbon
Budget
2016
+115 ppm
Entwicklung der atmosphärischen CO
2
-Konzentration seit 1870
und Anteile der globalen CO
2
-Quellen und -Senken
Ohne die terrestrischen CO
2
-
Senken wäre der Anstieg der
atmosphärischen CO
2
-
Konzentration nicht
115 ppm (+ 40%) sondern
203 ppm (+70%).
Die CO
2
-Konzentration wäre
dann 491 ppm (statt 403 ppm).

Direktmessungen von CO
2
-Quellen und -Senken im sächsischen Wald
Inventuren der C-Vorräte im sächsischen Wald
(Staatsbetrieb Sachsenforst)
Bundeswaldinventuren
Bodenzustandserhebungen
Vorteile: hohe räumliche Repräsentativität,
Erfassung verschiedener Kompartimente
Nachteil: geringe zeitliche Auflösung
Kontinuierliche Messungen des atmosphärischen
Gasaustauschs (CO
2
-Flusses) über Waldbeständen
Eddy-Kovarianz-Methode
Vorteile: direkt, kontinuierlich, zeitlich hoch aufgelöst,
zerstörungsfrei und integrierend über
Ökosysteme
Nachteil: nur an repräsentativen Intensivmessflächen
4
l
Annaberger Klimatage 2018
l
Thomas Grünwald

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Inventuren der C-Vorräte im sächsischen Wald (Staatsbetrieb Sachsenforst)
Die
Bundeswaldinventur
liefert die Datenbasis zur Schätzung der Kohlenstoffvorräte für lebende
Biomasse oberhalb und im Boden und für Totholz.
In einem Raster von 2,83 km x 2,83 km wurden insgesamt 2675 Stichprobenpunkte (Traktecken) im
Freistaat Sachsen aufgenommen.
Die
Bodenzustandserhebung
im Wald erfolgt in einem
Raster von 4 km x 4 km und
gibt für die Streuauflage und den Mineralboden (bis 90 cm Tiefe)
Kohlenstoffvorräte an.
5
l
Annaberger Klimatage 2018
l
Thomas Grünwald

2002
2012
Veränderung
Kategorie
t/ha
t/ha
Prozent
Baumbiomasse oberirdisch
63,7
78,6
20
Verjüngung oberirdisch
2,4
2,4
-4
Bodenvegetation oberirdisch
0,7
0,7
0
Totholz
0,6
1,8
183
Gesamt oberirdisch
67,4
83,5
24
Bodenvegetation unterirdisch
1,0
1,0
0
Verjüngung unterirdisch
0,6
0,6
0
Baumbiomasse unterirdisch
15,3
18,8
23
Humusauflage BZE
33,0
36,8
12
Mineralboden BZE
84,0
82,8
-1
Gesamt unterirdisch
133,9
139,5
4
Gesamt
201,3
223,0
11
Je Hektar Holzboden waren im Jahr 2002 in allen Vorräten 201 Tonnen Kohlenstoff (tC)
gespeichert. Bis zum Jahr 2012 erhöhte sich dieser Wert um 11 % auf 223 tC/ha.
CO
2
-Senke ≈ 8,1 t CO
2
ha
-1
a
-1
Kohlenstoffbilanz des sächsischen Waldes*
* Staatsbetrieb Sachsenforst, 2017: Die Kohlenstoffbilanz sächsischer Wälder von 2002 – 2012. Entwurf
6
l
Annaberger Klimatage 2018
l
Thomas Grünwald

image
7
l
Annaberger Klimatage 2018
l
Thomas Grünwald
Gas-Austausch mit Eddy-Kovarianz-Messmethode
Weltweit etabliertes Messverfahren zur Messung des Gasaustauschs zwischen Ökosystemen und der Atmosphäre
FLUXNET: globales Messnetz umfasst gegenwärtig ca. 460 Messstationen
Start kontinuierlicher Messungen Mitte der 1990er Jahre (u.a. im Tharandter Wald)

image
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image
image
Bild: LiCOR
Messtürme Ankerstation Tharandter Wald
Eddy-Kovarianz
„Zählung“
des aufwärts und abwärts
transportierten CO
2
über einem Ökosystem
(20 Messungen pro Sek.)
8
l
Annaberger Klimatage 2018
l
Thomas Grünwald
Gas-Austausch mit Eddy-Kovarianz-Messmethode
Messung u.a. des CO
2
-Flusses

image
01.01.2008
01.01.2009
01.01.2010
01.01.2011
01.01.2012
01.01.2013
01.01.2014
01.01.2015
01.01.2016
01.01.2017
01.01.2018
0
50
100
150
50
100
150
0
+11.6 tCO
2
ha
-1
a
-1
Fichte (Tharandter Wald)
Fichte (Osterzgebirge)
CO
2
- Senke
NEP in tCO
2
ha
-1
(kumulativ)
+17.3 tCO
2
ha
-1
a
-1
9
l
Annaberger Klimatage 2018
l
Thomas Grünwald
Höhenabhängigkeit der CO
2
-Senke von Fichtenbeständen in Sachsen
Tharandter Wald: 380 m ü. NN
Osterzgebirge:
740 m ü. NN
NEP – Nettoökosystemproduktivität oder Netto-CO
2
-Senke

01.01.2008
01.01.2009
01.01.2010
01.01.2011
01.01.2012
01.01.2013
01.01.2014
01.01.2015
01.01.2016
01.01.2017
01.01.2018
0
50
100
150
50
100
150
0
+11.6 tCO
2
ha
-1
a
-1
Fichte (Tharandter Wald)
Fichte (Osterzgebirge)
CO
2
- Senke
NEP in tCO
2
ha
-1
(kumulativ)
+17.3 tCO
2
ha
-1
a
-1
10
l
Annaberger Klimatage 2018
l
Thomas Grünwald
Höhenabhängigkeit der CO
2
-Senke von Fichtenbeständen in Sachsen
Tharandter Wald: 380 m ü. NN
Osterzgebirge:
740 m ü. NN
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
-5
0
5
10
15
20
Lufttemperatur (°C)
Monat
Tharandter Wald: 9.3 °C
Osterzgebirge: 6.9 °C
Niedrigere Temperatur im
Osterzgebirge
(kürzere Vegetationsperiode)
NEP – Nettoökosystemproduktivität oder Netto-CO
2
-Senke

01.01.2008
01.01.2009
01.01.2010
01.01.2011
01.01.2012
01.01.2013
01.01.2014
01.01.2015
01.01.2016
01.01.2017
01.01.2018
0
50
100
150
50
100
150
0
+11.6 tCO
2
ha
-1
a
-1
Fichte (Tharandter Wald)
Fichte (Osterzgebirge)
Ackerfruchtfolge
Dauergrünland
CO
2
- Senke
+3.1 tCO
2
ha
-1
a
-1
+2.3 tCO
2
ha
-1
a
-1
NEP in tCO
2
ha
-1
(kumulativ)
+17.3 tCO
2
ha
-1
a
-1
11
l
Annaberger Klimatage 2018
l
Thomas Grünwald
Abhängigkeit der CO
2
-Senke von der Landnutzung in Sachsen
NEP – Nettoökosystemproduktivität oder Netto-CO
2
-Senke
Landnutzungseffekte hier ohne:
Betrachtung anderer
Treibhausgase (N
2
O, CH
4
)
Ernte, Holznutzung
Organische Düngung

01.01.2008
01.01.2009
01.01.2010
01.01.2011
01.01.2012
01.01.2013
01.01.2014
01.01.2015
01.01.2016
01.01.2017
01.01.2018
0
50
100
150
50
100
150
0
NEP Fichte Tharandter Wald
NBP Fichte Tharandter Wald
CO
2
- Senke
+9.3 tCO
2
ha
-1
a
-1
CO
2
-Bilanzen in tCO
2
ha
-1
(kumulativ)
+17.3 tCO
2
ha
-1
a
-1
Gleichung
y = a + b*x
Zeichnen
cumNBPspruce
Gewichtung
Keine Gewichtung
Schnittpunkt mit der Y-Achse
-1.69825E6 ± 11726.46739
Steigung
0.69197 ± 0.00477
Summe der Fehlerquadrate
3.38029E8
Pearson R
0.92301
R-Quadrat (COD)
0.85195
Kor. R-Quadrat
0.85191
12
l
Annaberger Klimatage 2018
l
Thomas Grünwald
Einfluss der Holznutzung auf die CO
2
-Senke
NEP – Nettoökosystemproduktivität oder Netto-CO
2
-Senke
NBP – CO
2
-Bilanz des Standortes (inkl. Holzexport)
Nachhaltige Bewirtschaftung reduziert
die langfristige CO
2
-Senke auf
9.3 tCO
2
ha
-1
a
-1
(2008 – 2017)
(Annahme: Holzexport wird für
kurzlebige Holzprodukte verwendet,
aber Substitution fossiler
Energieträger kann als CO
2
-Senke
angerechnet werden)
Langfristige CO
2
-Senke des
sächsischen Waldes (Inventuren)
8.1 tCO
2
ha
-1
a
-1
(2002 – 2012)

image
image
01.01.2010
01.01.2011
01.01.2012
01.01.2013
01.01.2014
01.01.2015
01.01.2016
01.01.2017
01.01.2018
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
-150
-100
-50
50
100
150
200
0
Kyrill + 3 Jahre
CO
2
- Quelle
CO
2
- Senke
-13.7 tCO
2
ha
-1
a
-1
Altfichtenbestand
Eichenpflanzung
nach Windbruch
NEP in tCO
2
ha
-1
(kumulativ)
+17.6 tCO
2
ha
-1
a
-1
13
l
Annaberger Klimatage 2018
l
Thomas Grünwald
Einfluss einer Störung (Windbruch) auf die CO
2
-Senke
NEP – Nettoökosystemproduktivität oder Netto-CO
2
-Senke

image
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Einfluss einer Störung (Windbruch) auf die CO
2
-Senke
Baumartenflächen nach
Altersklassen in Sachsen
(ALN = andere Laubbäume niedriger
Lebensdauer wie Aspe, Birke,
Eberesche, Pappel, ALH = andere
Laubbäume hoher Lebensdauer wie
Ahorn, Esche, Linde)
Quelle: Sächsisches Staatsministerium für Umwelt und Landwirtschaft, 2013: 4. Forstbericht der Sächsischen Staatsregierung
14
l
Annaberger Klimatage 2018
l
Thomas Grünwald

15
l
Annaberger Klimatage 2018
l
Thomas Grünwald
Einfluss der Wasserverfügbarkeit auf die CO
2
-Senke
(im Tharandter Wald)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
NEP in tCO
2
ha
-2
mon
-1
Monat
mittlerer Verlauf 1997 - 2017
2003
Beispiel Trockenjahr 2003: Abnahme der CO
2
-Senke
insbesondere zwischen Juni und September
Kumulatives Defizit der
CO
2
-Senke
und des
Niederschlags
im Jahr 2003
-400
-300
-200
-100
0
100
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
Niederschlagsdefizit in mm (kumulativ)
NEP-Defizit in tCO
2
ha
-1
(kumulativ)
Monat

Sektor
CO
2
-Quellen (Mt CO
2
a
-1
)
1
CO
2
-Senken (Mt CO
2
a
-1
)
2
Emissionen (u.a. GFA, Verkehr)
48,2 (2012)
Organische Böden
0,4 (2015)
DOC/DIC-Transport
(oberirdische Fließgewässer)
0,1 (2016)
Wald (oberirdisch)
3,3 (2002-2012)
Wald (unterirdisch)
1,4 (2002-2012)
Langfristiger Holzproduktspeicher
0,5 (2002-2012)
Substitution Holznutzung (Energieholz)
1,0 (2002-2012)
Summe
48,7
(100%)
6,2
(12,7%)
≈ 11,9 t CO
2
a
-1
P
-1
≈ 7,8 * sächs. Waldfläche
16
l
Annaberger Klimatage 2018
l
Thomas Grünwald
Sächsische CO
2
-Bilanz
(ohne Nutzungsänderungen)
1
U. Schreiber, 2015: Luftschadstoff- und Treibhausgasemissionen in Sachsen, Jahresbericht 2012. Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
2
Staatsbetrieb Sachsenforst, 2017: Die Kohlenstoffbilanz sächsischer Wälder von 2002 – 2012. Entwurf

Waldbestände sind bedeutendste CO
2
-Senke in Sachsen
Beitrag zum Klimaschutz
Betrag der forstlichen CO
2
-Senke ist u.a. abhängig von
Bestandesalter
Höhenlage
Wasserverfügbarkeit
Störungen
CO
2
-Senke kann beeinflusst werden u.a. durch
Steuerung des Bestandesalters, Vermeidung von Störungen,
Waldumbau (Management)
17
l
Annaberger Klimatage 2018
l
Thomas Grünwald
Fazit

1. Wie wirken sich Störungen in Waldökosystemen auf den
Kohlenstoffvorrat und den CO
2
-Austausch mit der Atmosphäre aus?
2. Welchen Einfluss hat das forstliche Management auf die Höhe der
CO
2
-Bindung?
3. Wie ändert sich die Kohlenstoffbilanz sächsischer Wälder für
verschiedene Szenarien (Waldumbau, Zu-/Abnahme gestörter
Flächen, Klimaprojektionen)?
Wichtige Grundlagen:
Kontinuierliches Monitoring des CO
2
-Austausches an den
Intensivmessflächen und regelmäßige Kohlenstoff-Inventuren
18
l
Annaberger Klimatage 2018
l
Thomas Grünwald
Forschungsfragen

CO
2
-Senke sächsischer Wald
6,2 Mt CO
2
a
-1
(2002 – 2012)
CO
2
-Emission Kraftwerk Boxberg (Oberlausitz)
19,2 Mt CO
2
a
-1
(2013)
19
l
Annaberger Klimatage 2018
l
Thomas Grünwald
Danke für Ihre Aufmerksamkeit