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Forstanbausysteme in Berg-
baugebieten (TP 1.10)
Endbericht
Auftragnehmer:
Forschungsinstitut für Bergbaufolgelandschaften e.V.
Autoren: Hildmann, Christian; Zimmermann, Beate; Rösel, Lydia; Küchenmeister, Hans;
Zipfel, Lukas
Auftraggeber:
Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
Koordination: Lünich, Kathleen
Berichtszeitraum: Mai 2019 – April 2020
Berichtsabschluss: 30.09.2020
Gefördert durch den europäischen Fonds für Regionalentwicklung

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- INHALTSVERZEICHNIS -
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VITA-MIN
INHALTSVERZEICHNIS
ABBILDUNGSVERZEICHNIS _____________________________________________________________ II
TABELLENVERZEICHNIS _______________________________________________________________ III
ANLAGENVERZEICHNIS ________________________________________________________________ V
ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS ___________________________________________________________ VI
1
VERANLASSUNG UND ZIEL __________________________________________________________ 1
2
DIE BEDEUTUNG VON WÄLDERN FÜR DEN WASSERHAUSHALT UND DEN RÜCKHALT VON
SCHADSTOFFEN ______________________________________________________________________ 2
2.1
WASSERHAUSHALTSGRÖßEN UND IHRE EINFLUSSFAKTOREN IN WÄLDERN ___________________________ 2
2.2
PHYTOREMEDIATION _______________________________________________________________ 7
3
KIPPEN UND HALDEN ALS EXTREMSTANDORTE FÜR WÄLDER ______________________________ 8
3.1
EINLEITUNG ______________________________________________________________________ 8
3.2
RECHTLICHE GRUNDLAGEN DER FORSTLICHEN REKULTIVIERUNG IN DEUTSCHLAND ______________________ 9
3.3
ENTWICKLUNG DER FORSTLICHEN REKULTIVIERUNGSPRAXIS _____________________________________ 9
3.4
WECHSELWIRKUNG ZWISCHEN BAUMARTEN UND STANDORTEIGENSCHAFTEN UNTER BERÜCKSICHTUNG DES
WASSER- UND STOFFHAUSHALTS ___________________________________________________________ 11
3.4.1
KIPPENSTANDORTE _______________________________________________________________ 11
3.4.2
HALDEN ______________________________________________________________________ 12
3.4.3
NACHBERGBAULICHE FLÄCHEN IM VERGLEICH ZU NATÜRLICHEN GEHÖLZSTANDORTEN _________________ 17
3.5
FORSTLICHE REKULTIVIERUNG IM INTERNATIONALEN VERGLEICH _________________________________ 18
3.5.1
VEREINIGTE STAATEN VON AMERIKA ___________________________________________________ 18
3.5.2
GROßBRITANNIEN _______________________________________________________________ 19
3.5.3
AUSTRALIEN ___________________________________________________________________ 20
3.5.4
AFRIKA _______________________________________________________________________ 20
3.5.5
SÜDAMERIKA __________________________________________________________________ 21
3.5.6
POLEN _______________________________________________________________________ 22
3.5.7
TSCHECHISCHE REPUBLIK ___________________________________________________________ 22
3.6
FORSTLICHE REKULTIVIERUNG IN SACHSEN ________________________________________________ 23
3.7
EINSATZ VON FORSTANBAUSYSTEMEN ENTLANG DER VORFLUTER ________________________________ 24
3.8
KLIMAWANDEL UND BAUMARTENWAHL _________________________________________________ 25
3.9
ZUSAMMENFASSUNG DES WISSENSSTANDES ______________________________________________ 27
4
ERARBEITUNG VON FORSTANBAUSYSTEMEN FÜR BERGBAUFOLGELANDSCHAFTEN ___________ 28

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- INHALTSVERZEICHNIS -
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VITA-MIN
4.1
ZUSAMMENSTELLUNG DER BERGBAULICH BEEINFLUSSTEN GEBIETE _______________________________ 28
4.2
EXEMPLARISCHE STECKBRIEFE FÜR ZWEI STANDORTE IN SÄCHSISCHEN BERGBAUREGIONEN _______________ 32
4.2.1
VERTRAUEN-SCHACHT-HALDE IM LUGAU-OELSNITZER STEINKOHLENREVIER ________________________ 32
4.2.2
STANDORT BRAUNKOHLENKIPPE NOCHTEN ______________________________________________ 43
5
DATENGRUNDLAGE FÜR DIE MODELLIERUNG MÖGLICHER FORSTANBAUSYSTEME ___________ 49
5.1
DATENGRUNDLAGE FÜR DIE MODELLIERUNG - VERTRAUEN-SCHACHT-HALDE ________________________ 49
5.1.1
HYDROTOPAUSWEISUNG UND STANDORTEIGENSCHAFTEN DER HYDROTOPE ________________________ 49
5.1.2
FORSTLICHE BESTANDESAUFNAHMEN UND VEGETATIONSPARAMETRIERUNG ________________________ 56
5.2
DATENGRUNDLAGE FÜR DIE MODELLIERUNG – KIPPE NOCHTEN _________________________________ 59
5.3
DATENGRUNDLAGE FÜR DIE MODELLIERUNG – METEOROLOGISCHE ZEITREIHEN ______________________ 63
5.3.1
BESCHREIBUNG DER AUSGEWÄHLTEN DATENGRUNDLAGEN ____________________________________ 63
5.3.2
VERGLEICH DER MODELLLÄUFE UND REALISIERUNGEN _______________________________________ 64
6
BEISPIELHAFTE MODELLIERUNG DES WASSERHAUSHALTES ______________________________ 71
6.1
METHODIK _____________________________________________________________________ 71
6.1.1
MODELLWAHL UND -KONZEPT _______________________________________________________ 71
6.1.2
HORIZONTALE UND VERTIKALE DISKRETISIERUNG___________________________________________ 71
6.1.3
MODELLABLAUF ________________________________________________________________ 72
6.1.4
LIMITATIONEN __________________________________________________________________ 73
6.2
ERGEBNISSE DER MODELLIERUNG ______________________________________________________ 74
6.2.1
ERGEBNISSE DER MODELLLÄUFE FÜR DIE VERTRAUEN-SCHACHT-HALDE ___________________________ 74
6.2.2
ERGEBNISSE DER MODELLLÄUFE FÜR DEN STANDORT NOCHTEN _______________________________ 105
6.2.3
SCHLUSSFOLGERUNGEN FÜR DIE MÖGLICHE MINDERUNG DER STOFFEINTRÄGE DURCH FORSTANBAUSYSTEME 147
7
EMPFEHLUNGEN ZUR BEWIRTSCHAFTUNGSSTRATEGIE _________________________________ 151
LITERATURVERZEICHNIS _______________________________________________________________ V
ANLAGEN _________________________________________________________________________ XIV

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- ABBILDUNGSVERZEICHNIS -
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VITA-MIN
ABBILDUNGSVERZEICHNIS
Abbildung 1: Mittelwert und Spannen des mittleren jährlichen Sickerwasserabflusses in Abhängigkeit vom
Rekultivierungsalter (Bräunig, 2001) ............................................................................................................................ 7
Abbildung 2: Steinkohlenaltbergbau in Sachsen und Reviere mit Bergehalden an der Tagesoberfläche (nach Felix et
al., 2008 in Hertwig et al., 2010, S. 105) ..................................................................................................................... 28
Abbildung 3: OWK in Sachsen mit Bergbaubeeinflussung (Weber und Bilek 2018, 11) .............................................. 29
Abbildung 4: GWK in Sachsen – schlechter chemischer Zustand nach EU-WRRL im Bewirtschaftungszeitraum 2015
durch bergbaubeeinflusste Schadstoffe Sulfat, Cadmium, Arsen, Blei. Überlagert mit der Lage bergbaubeeinflusster
OWK (Weber und Bilek 2018) ...................................................................................................................................... 30
Abbildung 5: Belastungsgruppen bergbaubeeinflusster GWK in Sachsen: Kategorisierung nach Überschreitung des
Schwellenwertes der GrwV für Sulfat, Arsen, Blei, Cadmium in den langjährigen Mittelwerten (1990–2017) der GWM
(Weber und Bilek 2018) ............................................................................................................................................... 31
Abbildung 6: Mengenmäßiger Zustand der sächsischen Grundwasserkörper (+ angrenzende GWK der
brandenburgischen Lausitz); grün = gut, rot = schlecht (LfULG, 2015) ....................................................................... 31
Abbildung 7: Regionalgeologische Übersicht im Raum Oelsnitz (Berger u. a. 2010, 15). Auszug aus der geologischen
Übersichtskarte des Freistaates Sachsen 1:400.000, 1995, rot umrandet Blatt Stollberg/ Erzgebirge...................... 32
Abbildung 8: Lage des Zwickau – Lugau – Oelsnitzer Steinkohlereviers ..................................................................... 33
Abbildung 9: Lage der Vertrauen-Schacht-Halde (Lugau/Erzgebirge) ........................................................................ 35
Abbildung 10: Substratzusammensetzung der Vertrauen-Schacht-Halde (Hertwig u. a. 2010, 109) ......................... 35
Abbildung 11: Farben der Haldenmaterialien der Vertrauen-Schacht-Halde mit Deutung der abgelaufenen
Haldenbrände entsprechend Legende rechts (Hertwig u. a. 2010, 109)..................................................................... 36
Abbildung 12: N-S-Längsschnitt der Vertrauen-Schacht-Halde als Querschnitt mit Schüttungsniveaus und
Bohrungen/GWM . Überhöhung 1:5 (Hertwig u. a. 2010, 109) .................................................................................. 37
Abbildung 13: W-E-Querschnitt der Vertrauen-Schacht-Halde mit Schüttungsniveaus und GWM. Überhöhung 1:5
(Hertwig u. a. 2010, 109) ............................................................................................................................................ 38
Abbildung 14: Verteilung der forstlichen Standortsformen (links) sowie der forstlichen Nutzbarkeitszonen (rechts) auf
der Vertrauen-Schacht-Halde (Neef 2010, 151, 153) .................................................................................................. 41
Abbildung 15: Lage der ausgewählten nördlichen Teilfläche (rot markiert) im Tagebau Nochten, südlich von
Weißwasser................................................................................................................................................................. 44
Abbildung 16: pH-Werte des Bodens in 60 cm Tiefe für die Untersuchungsfläche..................................................... 45
Abbildung 17: Von der Lausitz Energie Bergbau AG vorgesehene Aufforstung der Fläche, die im weiteren als aktuelles
Forstanbausystem modelliert wird. Die roten Linien sind Grenzen der für die Modellierung ausgeschiedenen
Hydrotope (Kap. 5.2), während die verschiedenen Schraffuren sechs Teilflächen anzeigen, auf welche sich die
Interpretation der Modellergebnisse bezieht (Kap. 6.2.2) .......................................................................................... 46
Abbildung 18: Vorgeschlagenes alternatives Forstanbausystem für die exemplarische Fläche auf der Kippe Nochten
.................................................................................................................................................................................... 47
Abbildung 19: Hydrotope und Beprobungspunkte auf der Vertrauen-Schacht-Halde. Der Haldenumring wurde in
Anlehnung an das Geländemodell sowie unter Heranziehung der vorhandenen Geodaten gebildet......................... 50
Abbildung 20: Gesättigte Wasserleitfähigkeit der beiden Haldenstandorte in 20 cm Bodentiefe .............................. 53
Abbildung 21: Gesamter Skelettanteil für die Probepunkte auf der Vertrauen-Schacht-Halde .................................. 54
Abbildung 22: Ermittelte Wurzeldichten für die Probepunkte der Vertrauen-Schacht-Halde. Unterhalb von 60 cm
Bodentiefe (Erfassungsgrenze) wurde der Wert von 60 cm bis zur maximalen Durchwurzelung extrapoliert. .......... 55
Abbildung 23: Aufteilung der Fläche in Hydrotope, die für die Modellierung in sechs Teilflächen zusammengefasst
wurden........................................................................................................................................................................ 62

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- ABBILDUNGSVERZEICHNIS -
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VITA-MIN
Abbildung 24: Boxplots der mittleren Temperatur für die Referenzperiode (1971-2000) für die Vertrauen-Schacht-
Halde. Dargestellt sind die Ergebnisse der verschiedenen Realisationen (RCP2.6 bzw. RCP8.5), der verwendeten Läufe
(R) und Realisationen (r). ............................................................................................................................................ 65
Abbildung 25: Boxplots der mittleren Temperatur für die ferne Zukunft (2071-2100) für die Vertrauen-Schacht-Halde.
.................................................................................................................................................................................... 65
Abbildung 26: Boxplots des Jahresniederschlags für die Referenzperiode (1971-2000) für die Vertrauen-Schacht-
Halde........................................................................................................................................................................... 66
Abbildung 27: Boxplots des Jahresniederschlags für die ferne Zukunft (2071-2100) für die Vertrauen-Schacht-Halde.
.................................................................................................................................................................................... 67
Abbildung 28: Boxplots der mittleren Temperatur für die Referenzperiode (1971-2000) für die Kippe Nochten....... 67
Abbildung 29: Boxplots der mittleren Temperatur für die ferne Zukunft (2071-2100) für die Kippe Nochten............ 68
Abbildung 30: Boxplots des Jahresniederschlags für die Referenzperiode (1971-2000) für die Kippe Nochten.......... 69
Abbildung 31: Boxplots des Jahresniederschlags für die ferne Zukunft (2071-2100) für die Kippe Nochten.............. 69
Abbildung 32: Entwicklung der modellierten Niederschläge zwischen den Jahren 2001 und 2100 absolut (oben) und
als Abweichung zur Referenzperiode 1970 bis 2000 (unten) in mm/a für den Standort der Vertrauen-Schacht-Halde.
Die Zeitreihen sind als geglättete zehnjährige Mittel dargestellt. .............................................................................. 75
Abbildung 33: Entwicklung der Evapotranspiration als Differenz zur Referenzperiode (1971-2000) für das aktuelle
Forstanbausystem für die Vertrauen-Schacht-Halde.................................................................................................. 80
Abbildung 34: Entwicklung der Transpiration als Differenz zur Referenzperiode (1971-2000) für das aktuelle
Forstanbausystem für die Vertrauen-Schacht-Halde.................................................................................................. 82
Abbildung 35: Transpirationskoeffizient für die ersten 30 und die letzten 30 Jahre der simulierten Zeitreihe für die
zwei Szenarien und die gewählten Modellläufe, aktuelles Forstanbausystem Vertrauen-Schacht-Halde für die H1 bis
H3. ............................................................................................................................................................................... 84
Abbildung 36: Transpirationskoeffizient für die ersten 30 und die letzten 30 Jahre der simulierten Zeitreihe für die
zwei Szenarien und die gewählten Modellläufe, aktuelles Forstanbausystem Vertrauen-Schacht-Halde für die H4 und
H5. ............................................................................................................................................................................... 85
Abbildung 37: Entwicklung der Interzeption als Differenz zur Referenzperiode (1971-2000) für das aktuelle
Forstanbausystem für die Vertrauen-Schacht-Halde.................................................................................................. 86
Abbildung 38: Bodenwassergehalte für die ersten 30 und die letzten 30 Jahre der simulierten Zeitreihe für die zwei
Szenarien und die gewählten Modellläufe (mittlere Tageswerte), aktuelles Forstanbausystem Vertrauen-Schacht-
Halde, H1 bis H3. Die grauen Linien markieren 40% und 20% der nFK als für die Vegetation zunehmend kritische
Schwellwerte............................................................................................................................................................... 88
Abbildung 39: Bodenwassergehalte für die ersten 30 und die letzten 30 Jahre der simulierten Zeitreihe für die zwei
Szenarien und die gewählten Modellläufe (mittlere Tageswerte), aktuelles Forstanbausystem Vertrauen-Schacht-
Halde, H4 und H5. ....................................................................................................................................................... 89
Abbildung 40: Entwicklung der Sickerwassermengen als Differenz zur Referenzperiode (1971-2000) für das aktuelle
Forstanbausystem für die Vertrauen-Schacht-Halde.................................................................................................. 90
Abbildung 41: Entwicklung der Evapotranspiration als Differenz zur Referenzperiode (1971-2000) für das
Forstanbausystem Szenario für die Vertrauen-Schacht-Halde.................................................................................... 92
Abbildung 42: Entwicklung der Transpiration als Differenz zur Referenzperiode (1971-2000) für das
Forstanbausystem Szenario für die Vertrauen-Schacht-Halde.................................................................................... 94
Abbildung 43: Transpirationskoeffizient für die ersten 30 und die letzten 30 Jahre der simulierten Zeitreihe für die
zwei Szenarien und die gewählten Modellläufe, Forstanbausystem Szenario für die Vertrauen-Schacht-Halde für die
H1 bis H3. .................................................................................................................................................................... 96
Abbildung 44: Transpirationskoeffizient für die ersten 30 und die letzten 30 Jahre der simulierten Zeitreihe für die
zwei Szenarien und die gewählten Modellläufe, Forstanbausystem Szenario für die Vertrauen-Schacht-Halde für die
H4 und H5. .................................................................................................................................................................. 97
Abbildung 45: Entwicklung der Interzeption als Differenz zur Referenzperiode (1971-2000) für das Forstanbausystem
Szenario für die Vertrauen-Schacht-Halde.................................................................................................................. 98

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- ABBILDUNGSVERZEICHNIS -
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Abbildung 46: Bodenwassergehalte für die ersten 30 und die letzten 30 Jahre der simulierten Zeitreihe für die zwei
Szenarien und die gewählten Modellläufe (mittlere Tageswerte), Forstanbausystem Szenario für die Vertrauen-
Schacht-Halde, H1 bis H3. ......................................................................................................................................... 100
Abbildung 47: Bodenwassergehalte für die ersten 30 und die letzten 30 Jahre der simulierten Zeitreihe für die zwei
Szenarien und die gewählten Modellläufe (mittlere Tageswerte), Forst-anbausystem Szenario für die Vertrauen-
Schacht-Halde, H4 und H5. ....................................................................................................................................... 101
Abbildung 48: Entwicklung der Sickerwassermengen als Differenz zur Referenzperiode (1971-2000) für das
Forstanbausystem Szenario für die Vertrauen-Schacht-Halde.................................................................................. 102
Abbildung 49: Entwicklung der modellierten Niederschläge zwischen den Jahren 2001 und 2100 absolut (oben) und
als Abweichung zur Referenzperiode 1970 bis 2000 (unten) in mm für den Standort Nochten. Die Zeitreihen sind als
geglättete zehnjährige Mittel dargestellt. ................................................................................................................ 106
Abbildung 50: Entwicklung der Tageshöchsttemperatur zwischen 1961 und 2100 für die fünf Modellläufe, Kippe
Nochten. Die durchgezogenen Linien kennzeichnen die dreißigjährigen gleitenden Mittel. .................................... 109
Abbildung 51: Entwicklung der Evapotranspiration als Differenz zur Referenzperiode (1971-2000) für das
Forstanbausystem Referenz (Waldstaudenroggen) für den Standort Kippe Nochten.............................................. 111
Abbildung 52: Entwicklung der Transpiration als Differenz zur Referenzperiode (1971-2000) für das
Forstanbausystem Referenz für den Standort Kippe Nochten.................................................................................. 113
Abbildung 53: Entwicklung der Sickerwasserbildung als Differenz zur Referenzperiode (1971-2000) für das
Forstanbausystem Referenz für den Standort Kippe Nochten.................................................................................. 114
Abbildung 54: Entwicklung der Evapotranspiration als Differenz zur Referenzperiode (1971-2000) für das aktuelle
Forstanbausystem für den Standort Kippe Nochten................................................................................................. 117
Abbildung 55: Entwicklung der Transpiration als Differenz zur Referenzperiode (1971-2000) für das aktuelle
Forstanbausystem für den Standort Kippe Nochten................................................................................................. 119
Abbildung 56: Transpirationskoeffizient für die ersten 30 und die letzten 30 Jahre der simulierten Zeitreihe für die
zwei RCP-Szenarien und die gewählten Modellläufe, aktuelles Forstanbausystem Nochten für die TF 1 bis TF3. ... 121
Abbildung 57: Transpirationskoeffizient für die ersten 30 und die letzten 30 Jahre der simulierten Zeitreihe für die
zwei Szenarien und die gewählten Modellläufe, aktuelles Forstanbausystem Nochten für die TF 4 bis TF6. ........... 122
Abbildung 58: Entwicklung der Interzeption als Differenz zur Referenzperiode (1971-2000) für das aktuelle
Forstanbausystem für den Standort Kippe Nochten................................................................................................. 124
Abbildung 59: Bodenwassergehalte für die ersten 30 und die letzten 30 Jahre der simulierten Zeitreihe für die zwei
Szenarien und die gewählten Modellläufe (mittlere Tageswerte), aktuelles Forstanbausystem Nochten, TF1 bis TF3.
.................................................................................................................................................................................. 126
Abbildung 60: Bodenwassergehalte für die ersten 30 und die letzten 30 Jahre der simulierten Zeitreihe für die zwei
Szenarien und die gewählten Modellläufe (mittlere Tageswerte), aktuelles Forstanbausystem Nochten, TF1 bis TF3.
.................................................................................................................................................................................. 127
Abbildung 61: Entwicklung der Sickerwassermengen als Differenz zur Referenzperiode (1971-2000) für das aktuelle
Forstanbausystem für den Standort Kippe Nochten................................................................................................. 129
Abbildung 62: Entwicklung der Evapotranspiration als Differenz zur Referenzperiode (1971-2000) für das alternative
Forstanbausystem für den Standort Kippe Nochten................................................................................................. 132
Abbildung 63: Entwicklung der Transpiration als Differenz zur Referenzperiode (1971-2000) für das alternative
Forstanbausystem für den Standort Kippe Nochten................................................................................................. 134
Abbildung 64: Transpirationskoeffizient für die ersten 30 und die letzten 30 Jahre der simulierten Zeitreihe für die
zwei RCP-Szenarien und die gewählten Modellläufe, alternatives Forstanbausystem Nochten für die TF 1 bis TF3.
.................................................................................................................................................................................. 136
Abbildung 65: Transpirationskoeffizient für die ersten 30 und die letzten 30 Jahre der simulierten Zeitreihe für die
zwei RCP-Szenarien und die gewählten Modellläufe, alternatives Forstanbausystem Nochten für die TF 4 bis TF6.
.................................................................................................................................................................................. 137
Abbildung 66: Entwicklung der Interzeption als Differenz zur Referenzperiode (1971-2000) für das alternative
Forstanbausystem für den Standort Kippe Nochten................................................................................................. 139

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- ABBILDUNGSVERZEICHNIS -
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Abbildung 67: Bodenwassergehalte für die ersten 30 und die letzten 30 Jahre der simulierten Zeitreihe für die zwei
RCP-Szenarien und die gewählten Modellläufe (mittlere Tageswerte), alternatives Forstanbausystem Nochten, TF1
bis TF3. ...................................................................................................................................................................... 141
Abbildung 68: Bodenwassergehalte für die ersten 30 und die letzten 30 Jahre der simulierten Zeitreihe für die zwei
RCP-Szenarien und die gewählten Modellläufe (mittlere Tageswerte), alternatives Forstanbausystem Nochten, TF4
bis TF6. ...................................................................................................................................................................... 142
Abbildung 69: Entwicklung der Sickerwasserbildung als Differenz zur Referenzperiode (1971-2000) für das alternative
Forstanbausystem für den Standort Kippe Nochten................................................................................................. 144

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- TABELLENVERZEICHNIS -
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TABELLENVERZEICHNIS
Tabelle 1: Mittlere jährliche Bestandestranspirationsleistungen verschiedener Baumgattungen (mm a
-1
) ________ 4
Tabelle 2: Zusammenstellung der Medianwerte und Spannweiten der Blattflächenindizes mitteleuropäischer
Bestände aus der von (Iio und Ito 2014) bereitgestellten Datenbank. _____________________________________ 4
Tabelle 3: Angaben zu den Wurzelsystemen verschiedener Baumarten nach (Andreas Roloff u. a. 2008). ________ 5
Tabelle 4: Baumarten auf Berge- und Abraumhalden. _________________________________________________ 16
Tabelle 5: Empfehlung von Baumarten für verschiedene Standortsbedingungen; verändert nach Moffat und McNeill
(1994). ______________________________________________________________________________________ 20
Tabelle 6: Bewertung von Standortansprüchen, Eigenschaften und klimatischer Zukunftstauglichkeit (KLAM) von 37,
für die Rekultivierung von Kippen- und Haldenflächen, relevante Baumarten. Hierbei gilt für die KLAM: erste Ziffer =
Trockenheitstoleranz, zweite Ziffer = Winterhärte, in der Abstufung 1 = sehr geeignet, 2 = geeignet, 3 = problematisch,
4 = sehr eingeschränkte Eignung. Für die weiteren Spalten gilt: 1 = sehr niedrig, 2 = niedrig, 3 = mittel, 4 = hoch, 5 =
sehr hoch; verändert nach Roloff, A. und Gillner, S. 2009 (KLAM) und Härdtle, W. u. a. 2006. * Werte wurden anhand
verschiedener Quellen eigens eruiert. ______________________________________________________________ 26
Tabelle 7: Feststoffgehalte (arithmetische Mittelwerte) in den Haldensubstraten bzw. dem Liegenden (Hertwig u. a.
2010, 111) ___________________________________________________________________________________ 38
Tabelle 8: Eluatgehalte (Medianwerte M der Spurenelemente sowie arithmetische Mittel von pH-Wert, Leitfähigkeit
und ausgewählten Makrokomponenten) in den Haldensubstraten bzw. dem Liegenden (Hertwig u. a. 2010, 112) 39
Tabelle 9: Vor-Ort- und im Labor bestimmte (pH, LF) Parameter in den Grund- und Haldensickerwässern der
Vertrauen-Schacht-Halde, arithmetische Mittelwerte (Hertwig u. a. 2010, 117). ___________________________ 40
Tabelle 10: Spurenelemente in den Grund- und Haldensickerwässern der Vertrauen-Schacht-Halde, arithmetische
Mittelwerte (Hertwig u. a. 2010, 118). _____________________________________________________________ 40
Tabelle 11: Allgemeine Beschreibung der Hydrotope __________________________________________________ 49
Tabelle 12: Bodeneigenschaften und Durchwurzelung, Beprobungspunkte Vertrauen-Schacht-Halde ___________ 51
Tabelle 13: Parameter des Waldbestandes für das Hydrotop H1 bis H5 (Baumarten: ASP – Zitterpappel, BAH –
Bergahorn, GBI – Gemeine Birke, GES – Gemeine Esche, HASEL – Haselnuss, HBU – Hainbuche, RBU – Rotbuche, REI
– Roteiche, ROB – Robinie, SAH – Spitzahorn, SER – Schwarzerle, TEI – Traubeneiche , VKI – Vogelkirsche, WIE – Weide,
WLI – Winterlinde). ____________________________________________________________________________ 57
Tabelle 14: Vegetationsparametrierung für das aktuelle und das alternative Forstanbausystem, Vertrauen-Schacht-
Halde _______________________________________________________________________________________ 59
Tabelle 15: Bodeneigenschaften und Durchwurzelung, Hydrotope Kippe Nochten __________________________ 61
Tabelle 16: Standorteigenschaften, Kippenstandort Nochten ___________________________________________ 62
Tabelle 17: Vegetationsparametrierung für das aktuelle und das alternative Forstanbausystem, Kippenstandort
Nochten _____________________________________________________________________________________ 63
Tabelle 18: Meteorologische Variablen, die für die Modellierung genutzt wurden. __________________________ 64
Tabelle 19: Verwendete Modellläufe und Realisierungen für die zwei Haldenstandorte. _____________________ 64
Tabelle 20: Differenzierung der modellierten Niederschläge innerhalb der Jahre für jeweils 30-jährige Perioden für
den Standort Vertrauen-Schacht-Halde. Für das Frühjahr wurden die Monate März bis Mai, für Sommer Juni bis
August, Herbst September bis November und Winter Dezember bis Februar verwendet. _____________________ 76
Tabelle 21: Auswertung der Dürreperioden für die Vertrauen-Schacht-Halde für die beiden Vergleichszeiträume 1971-
2000 und 2071-2100. Dargestellt ist das Mittel der längsten Trockenperiode (in Tagen) sowie die Minima und Maxima
für die einzelnen Modellläufe und Realisationen. Gezählt wurden Tage in Serie mit bis zu 2 mm Niederschlag. Bei der
Anzahl der Tage mit bis zu 2 mm Niederschlag/Tag wurden nur die berücksichtigt, bei denen dies mehr als 7 Tage in
Folge gegeben war. ____________________________________________________________________________ 77
Tabelle 22: Auswertung der Hitzeperioden mit täglichen Maximaltemperaturen über 35°C für den Standort der
Vertrauenschacht-Halde. Betrachtet wurden die verschiedenen Modellläufe und Realisationen. Jeweils wurde die

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- TABELLENVERZEICHNIS -
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Anzahl der aufeinander folgenden Hitzetage ermittelt, dargestellt sowohl als Mittel über die 30jährige Periode als
auch die Minima und Maxima. Zusätzlich ist die absolute Anzahl der Tage über 35 °C mit angegeben. _________ 78
Tabelle 23: Modellergebnisse: Flächengewichtete Mittelwerte der Referenzperiode 1971-2000 sowie der Periode
2071-2100, Vertrauen-Schacht-Halde. ____________________________________________________________ 103
Tabelle 24: Differenzierung der modellierten Niederschläge innerhalb der Jahre für jeweils 30jährige Perioden für den
Standort Nochten. Für das Frühjahr wurden die Monate März bis Mai, für Sommer Juni bis August, Herbst September
bis November und Winter Dezember bis Februar verwendet. __________________________________________ 107
Tabelle 25: Auswertung der Dürreperioden für den Standort Nochten für die beiden Vergleichszeiträume 1971-2000
und 2071-2100. Dargestellt ist das Mittel der längsten Trockenperiode (in Tagen) sowie die Minima und Maxima für
die einzelnen Modellläufe und Realisationen. Gezählt wurden Tage in Serie mit bis zu 2 mm Niederschlag. Bei der
Anzahl der Tage mit bis zu 2 mm Niederschlag/Tag wurden nur die berücksichtigt, bei denen dies mehr als 7 Tage in
Folge gegeben war. ___________________________________________________________________________ 108
Tabelle 26: Auswertung der Hitzeperioden mit täglichen Maximaltemperaturen über 35°C für den Standort Nochten.
Betrachtet wurden die verschiedenen Modellläufe und Realisationen. Jeweils wurde die Azahl der aufeinander
folgenden Hitzetage ermittelt, dargestellt sowohl als Mittel über die 30jährige Periode als auch die Minima und
Maxima. Zusätzlich ist die absolute Anzahl der Tage über 35 °C mit angegeben. __________________________ 109
Tabelle 27: Modellergebnisse: Flächengewichtete Mittelwerte der Referenzperiode 1971-2000 sowie der Periode
2071-2100, Kippe Nochten. _____________________________________________________________________ 145
Tabelle 28: Hypothetische Berechnung der mit dem Sickerwasser der Vertrauen-Schacht-Halde zu erwartenden
Stofffrachten, berechnet für drei unterschiedliche Klimaregime als jährliche Mittelwerte auf der Grundlage der
modellierten Sickerwasserraten. Weiteres siehe Text. ________________________________________________ 148
Tabelle 29: Hypothetische Berechnung der mit dem Sickerwasser des Standortes Nochten zu erwartenden
Stofffrachten, berechnet für die drei Forstanbausysteme und die drei unterschiedlichen Klimaszenarien mit den
daraus resultierenden Sickerwasserraten (UG = Untersuchungsgebiet). _________________________________ 149

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- TABELLENVERZEICHNIS -
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VITA-MIN
ANLAGENVERZEICHNIS
Anlage 1: Grundwasserkörper mit schlechtem chemischen Zustand nach WRRL im Bewirtschaftungszeitraum 2015
mit Angabe der verursachenden Stoffe sowie Zuordnung der Bergbauregion (Weber und Bilek 2018). ................... XIV
Anlage 2: Geokoordinaten der Beprobungspunkte für die Bodenprofilansprachen und Wasserleitfähig
-
keitsmessun-
gen…………………………………………………………………………………………………………………………………….…………………………………XIV
Anlage 3: Bodensteckbriefe für die 23 Miniprofilstandorte auf der Vertrauen-Schacht-Halde………………………………….XV
Anlage 4: Teilrechnungen im Wasserhaushaltsmodell LWFBrook90………………………………………………………………….…..XVI
Anlage 5: Evapotranspirationsverläufe für die simulierte Zeitreihe für die zwei Szenarien und die gewählten Modell-
läufe, aktuelles Forstanbausystem Nochten…………………………………………………………………………………………………….……XXII
Anlage 6: Transpirationsverläufe für die simulierte Zeitreihe für die zwei Szenarien und die gewählten Modellläufe,
aktuelles Forstanbausystem Nochten……………………………………………………………………………………………………………..…XXVIII
Anlage 7: Interzeptionsverläufe für die simulierte Zeitreihe für die zwei Szenarien und die gewählten Modellläufe,
aktuelles Forstanbausystem Nochten…………………………………………………………………………………………………………..……XXXIII
Anlage 8: Sickerwasseranfall für die simulierte Zeitreihe für die zwei Szenarien und die gewählten Modellläufe, aktu-
elles Forstanbausystem Nochten……………………………………………………………………………………………………………………..XXXVIII
Anlage 9: Evapotranspirationsverläufe für die simulierte Zeitreihe für die zwei Szenarien und die gewählten Modell-
läufe, alternatives Forstanbausystem Nochten………………………………………………………………………………………………….…XLIII
Anlage 10: Transpirationsverläufe für die simulierte Zeitreihe für die zwei Szenarien und die gewählten Modellläufe,
alternatives Forstanbausystem Nochten……………………………………………………………………………………………………………XLVIII
Anlage 11: Interzeptionsverläufe für die simulierte Zeitreihe für die zwei Szenarien und die gewählten Modellläufe,
alternatives Forstanbausystem Nochten………………………………………………………………………………………………………………..LIII
Anlage 12: Sickerwasseranfall für die simulierte Zeitreihe für die zwei Szenarien und die gewählten Modellläufe, al-
ternatives Forstanbausystem Nochten………………………………………………………………………………………………………….……..LVIII
Anlage 13: Evapotranspirationsverläufe für die simulierte Zeitreihe für die zwei Szenarien und die gewählten Modell-
läufe, aktuelles Forstanbausystem Vertrauen-Schacht-Halde…………………………………………………………………………….…LXIII
Anlage 14: Transpirationsverläufe für die simulierte Zeitreihe für die zwei Szenarien und die gewählten Modellläufe,
aktuelles Forstanbausystem Vertrauen-Schacht-Halde………………………………………………………………………………………LXVIII
Anlage 15: Interzeptionsverläufe für die simulierte Zeitreihe für die zwei Szenarien und die gewählten Modellläufe,
aktuelles Forstanbausystem Vertrauen-Schacht-Halde………………………………………………………………………………………LXXIII
Anlage 16: Sickerwasseranfall für die simulierte Zeitreihe für die zwei Szenarien und die gewählten Modellläufe, ak-
tuelles Forstanbausystem Vertrauen-Schacht-Halde……………………………………………………………………………..…………LXXVIII
Anlage 17: Evapotranspirationsverläufe für die simulierte Zeitreihe für die zwei Szenarien und die gewählten Modell-
läufe, alternatives Forstanbausystem Vertrauen-Schacht-Halde……………………………………………………………………...LXXXIII
Anlage 18: Transpirationsverläufe für die simulierte Zeitreihe für die zwei Szenarien und die gewählten Modellläufe,
alternatives Forstanbausystem Vertrauen-Schacht-Halde…………………………………………………………………………..…LXXXVIII
Anlage 19: Interzeptionsverläufe für die simulierte Zeitreihe für die zwei Szenarien und die gewählten Modellläufe,
alternatives Forstanbausystem Vertrauen-Schacht-Halde……………………………………………………………………………………XCIII
Anlage 20: Sickerwasseranfall für die simulierte Zeitreihe für die zwei Szenarien und die gewählten Modellläufe, al-
ternatives Forstanbausystem Vertrauen-Schacht-Halde………………………………………………………………………….…………XCVIII

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- ZUSAMMENFASSUNG -
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VITA-MIN
ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS
Abkürzung
Definition / Erläuterung
AMD
Acid mine drainage – saure Grubenwässer
ASP
Aspe
BAH
Bergahorn
BFI
Blattflächenindex
BHD
Brusthöhendurchmesser
BWS
Sonstige Baumweiden
EES
Eberesche
EI
Eiche
FLB
Flaumbaum
GBI
Gemeine Birke
GES
Gemeine Esche
GKI
Gemeine Kiefer
GrwV
Grundwasserverordnung
GWK
Grundwasserkörper
GWM
Grundwassermessstelle
H
Höhe
HAS
Hasel
HBU
Hainbuche
HOL
Holunder
Kf
gesättigte Wasserleitfähigkeit
KUP
Kurzumtriebsplantage
N
Stammzahl
nFK
Nutzbare Feldkapzität
nWSK
Nutzbare Wasserspeicherkapazität
OWK
Oberflächenwasserkörper
PSM
Pflanzenschutzmittel
RBU
Rotbuche
REI
Roteiche
ROB
Robinie
SAH
Spitzahorn
SEI
Stiel-Eiche
SFI
Stammflächenindex
SKB
Spätblühende Traubenkirsche
SWH
Sickerwassermessstelle auf der Halde
TEI
Trauben-Eiche
Tst.
Tiefenstufe
VKI
Vogel-Kirsche
Vfm/ha
Vorratsfestmeter je Hektar [m³/ha]
WDO
Weißdorn
WLI
Winterlinde

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- ZUSAMMENFASSUNG -
Seite | VII
VITA-MIN
ZUSAMMENFASSUNG
Bergbauliche Hinterlassenschaften wie Halden und Kippen führen oftmals zu nachteiligen Fol-
gen für die Qualität des Grund- und Oberflächenwassers. So werden aus zahlreichen Halden
des Steinkohlen- und Erzbergbaus auch noch nach vielen Jahrzehnten Schwermetalle sowie
Eisen und Sulfat aus den Braunkohlenkippen ausgewaschen. Die Verminderung der Wasser-
qualität ist teilweise derart erheblich, dass die Ziele der Wasserrahmenrichtlinie nicht erreicht
werden können. Da die Behandlung solcher Wässer aufwendig oder im Falle des Grundwas-
serstroms kaum praktikabel ist, wird die Verringerung der Sickerwässer angestrebt. Der Ein-
satz von Forstanbausystemen ist ein naheliegender Ansatz, da Bäume erheblich mehr Wasser
als krautige Vegetation verdunsten können und damit der Sickerwasseranteil noch vor der
Passage der Halden und Kippen reduziert werden kann.
Ziel der Studie im Auftrag des Sächsischen Landesamtes für Umwelt, Landwirtschaft und Ge-
ologie war es deshalb, die Möglichkeiten solcher Forstanbausysteme für die bergbauliche
Nachsorge auszuloten.
Die Effekte der Wälder beruhen auf mehreren Faktoren. So ist die Verdunstungsleistung durch
den hohen Blattflächenindex gegenüber anderen Vegetationsformen deutlich erhöht. Dies
trifft auch auf die Interzeption zu, die bei immergrünen Nadelbäumen noch mehr ins Gewicht
fällt als bei Laubbäumen. Zudem sind Bäume in der Lage, mit ihrem Wurzelsystem Wasser
auch noch aus tieferen Schichten zu entnehmen. Der aktuelle Einsatz von Forstanbausyste-
men bei der bergbaulichen Rekultivierung wurde mit einer Literaturauswertung beleuchtet.
Die Ziele der forstlichen Rekultivierung auf Bergbaustandorten haben sich im Laufe der Jahr-
zehnte verändert. Ausgehend von einer Selbstbegrünung bzw. einer Aufforstung für überwie-
gend wirtschaftliche Produktionsziele über die landschaftsgestaltende Einbindung der Berg-
baustandorte werden zunehmend weitere Anforderungen, etwa an den Artenschutz und die
klimatischen Veränderungen, berücksichtigt. Dazu gehört auch die Minderung der Sickerwas-
sermengen auf bergbaulichen Hinterlassenschaften. Für die Einbringung von Gehölzen spielen
die Standortbedingungen eine wichtige Rolle, die etwa bei der Rekultivierung im Braunkoh-
lenbergbau so hergestellt werden, dass das dauerhafte Wachstum der Bäume ermöglicht wird.
Im Gegensatz dazu sind im Altbergbau oftmals anfangs keine gezielten Aufforstungen erfolgt.
Hier hat sich das ausgebrachte Bergematerial sowie weitere Reststoffe wie z. B. Aschen im
Laufe der Jahrzehnte selbst begrünt. Mit der Waldentwicklung verändern sich schließlich auch
die Standorteigenschaften, etwa durch den Aufbau einer Streu- und Humusschicht. Heute
erfolgen mit den Festsetzungen, wie sie im Rahmen der Abschlussbetriebspläne nach BBergG
erlassen werden, auch Aussagen zur ggf. erforderlichen Aufforstung, einschließlich der Vor-
bereitung der Standorte.
Forstanbausysteme werden auch international zur Rekultivierung des Bergbaus eingesetzt,
wie z. B. in den USA, in Großbritannien, in Australien, in Polen oder in Tschechien. Die Ver-
fahren weichen je nach den klimatischen und standörtlichen Bedingungen ab. Dazu gehört
auch die Abdeckung nicht kulturfähiger Substrate oder die gezielte Mischung von Pionier-
baumarten und Baumarten für die Holzproduktion in den USA. Auch in Polen werden gezielte
Baumartenmischungen verwendet, auch um die Bodenbiologie positiv zu beeinflussen. In an-
deren Ländern, etwa in Afrika oder Südamerika, sind z. T. erheblich mit Schwermetallen oder
anders belastete Standorte zu begrünen. Hier stehen die Schwierigkeiten, überhaupt eine
Begrünung und Standortentwicklung zu ermöglichen, im Vordergrund.

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VITA-MIN
Auch in Sachsen hat die forstliche Rekultivierung im Laufe der Jahrzehnte deutliche Verände-
rungen durchgemacht. So wurden die ältesten Kippenforste vor über 90 Jahren als ausge-
sprochene Mischbestände angelegt, während später vor allem auf den Braunkohlenkippen die
erwartete Holzproduktion im Vordergrund stand. Dazu wurden z. B. im Mitteldeutschen Revier
vielfach Pappelhybride, in der Lausitz Kiefern eingesetzt. Erst später setzte sich das Ziel einer
multifunktionalen Bergbaufolgelandschaft durch. Besondere Anforderungen an die forstliche
Rekultivierung ergaben sich bei der Begrünung der Bergehalden des Uranbergbaus, die vor
einer Begrünung abgedeckt werden mussten. Diese Abdeckschichten übernehmen die Verrin-
gerung des Sickerwasseranteils, sodass die Baumarten danach ausgesucht werden, die Dicht-
schicht nicht zu beschädigen. Die Halden des sächsischen Steinkohlenbergbaus wurden erst
seit den 1950er Jahren in größerem Umfang begrünt. Hierbei wurden vor allem Baumarten
eingesetzt, die dem Einfluss von Trockenheit und Rauch standhalten konnten.
Ein Blick auf den Umfang aktueller und besonders auch ehemaliger bergbaulicher Aktivitäten
in Sachsen zeigt die mögliche Bedeutung von Forstanbausystemen, mit den beiden Braun-
kohlenrevieren im mitteldeutschen Raum und in der Lausitz, dem Erz-, Spat- und Steinkoh-
lenbergbau im Erzgebirge. Bedingt durch sulfidische Minerale entstehen beim Kontakt mit
Sauerstoff in den Halden und Kippen saure Sicker- und Grundwässer, die teilweise in die
Oberflächengewässer austreten. Teils mit Schwermetallen vergesellschaftet führt die Oxida-
tion der sulfidischen Minerale mit dem anschließenden Transport im Wasser zu einer erhebli-
chen Belastung der Gewässer. Die Darstellung der bergbaulich beeinflussten Gewässerkörper
zeigt, dass diese überwiegend ursächlich für den schlechten chemischen Zustand der Gewäs-
ser sind.
Um die Effekte von Forstanbausystemen exemplarisch untersuchen zu können, wurden zwei
Standorte näher betrachtet: die Vertrauen-Schacht-Halde sowie ein Ausschnitt der Braun-
kohlenkippe Nochten. Für jeden der beiden Standorte wurde zunächst ein Steckbrief erarbei-
tet, in dem die wichtigsten standörtlichen Bedingungen zusammengetragen wurden. Neben
einem aktuellen Forstanbausystem wurde zudem ein alternatives Forstanbausystem erarbei-
tet. Darauf aufbauend wurde der Wasserhaushalt modelliert, um so Rückschlüsse auf die Ef-
fektivität der Forste auf die Sickerwasserverringerung ziehen zu können.
Die Vertrauen-Schacht-Halde liegt im Lugau-Oelsnitzer Steinkohlenrevier und wurde bereits
1936 stillgelegt. Sie enthält teilweise hohe Kohle- und Sulfidgehalte. Durch die Schwelbrände
auf der Halde wurden die Sulfide oxidiert. Die Sickerwässer sind stark mineralisiert und weisen
hohe Sulfatgehalte und problematische Cd, Ni und Zn-Konzentrationen auf. Auf der Halde
steht ein Sukzessionswald, der von Birke dominiert wird, aber insgesamt eine sehr vielfältige
Vegetation einschließlich 22 Baum- und Strauchgehölze aufweist. Forstlich wird die Halde als
mäßig nährstoffhaltig, trocken bis frisch charakterisiert und ist überwiegend forstlich nutzbar.
Als alternatives Forstanbausystem wurde durchgängig ein Traubeneichenmischwald mit Hain-
buche als Mischungspartner vorgeschlagen, wobei sich weitere Laubbaumarten wie z.B. Win-
terlinde oder Ahornarten bei hinreichender forstlicher Pflegekenntnis ertragsreich erziehen
lassen.
Der zweite Standort ist eine frisch geschüttete Teilfläche der Kippe im Tagebau Nochten, die
für die Rekultivierung hergerichtet und melioriert wurde. Der Boden variiert zwischen Rein-
sand und lehmigem Ton und die Nährstoffversorgung wird als mittelmäßig eingeschätzt. Die
Aufforstung ist für 2020 vorgesehen. Zum Einsatz sollen Roteiche, Kiefer und Birke jeweils in
Reinbeständen kommen. Als alternatives Forstanbausystem dazu werden gebietsheimische
Mischbestände vorgeschlagen, sowohl dominiert von Kiefer (70 %, mit 20 % Birke und 10 %

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- ZUSAMMENFASSUNG -
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VITA-MIN
Traubeneiche) und auf den bindigeren Teilflächen Traubeneiche (70 %, dazu jeweils 15 %
Birke und Kiefer).
Für die Modellierung wurden beide Standorte in Hydrotope unterteilt, d. h. in Teilflächen, die
hinsichtlich Boden, Hangneigung, Exposition und Bewuchs weitgehend homogen sind.
Für die Vertrauen-Schacht-Halde lagen keine hinreichenden Bodendaten vor. Deshalb wurden
Probepunkte für eine feldbodenkundliche Ansprache ausgewählt und mittels 60 cm tiefen
Tastgruben analysiert. Zusätzlich erfolgte die Messung der gesättigten Wasserleitfähigkeit in
situ. Die Standorte sind sehr heterogen, teilweise weisen sie einen sehr hohen Skelettanteil
auf, aber es wurden auch verspülte Aschen angetroffen. Zusätzlich wurde zur Charakterisie-
rung des aktuellen Waldbestandes eine forstliche Bestandsaufnahme an Probepunkten durch-
geführt (z. B. Baumhöhen, Brusthöhendurchmesser, Stammzahl).
Für die Kippenfläche in Nochten lag die Kartierung der Kippsubstrate vor. Anhand dieser konn-
ten die verschiedenen Hydrotope ausgewiesen werden. Die Daten wurden durch in-situ-Mes-
sungen der gesättigten Wasserleitfähigkeit ergänzt.
Aufgrund des Klimawandels sollte nicht nur mit den Klimadaten der Vergangenheit gerechnet
werden, sondern auch die weitere Entwicklung mit betrachtet werden. Dies ist erforderlich,
da die Veränderungen des Klimas erheblichen Einfluss auf die Bäume und das Sickerwasser
haben. Deshalb wurden die Berechnungen für die Zeitreihe 1960 bis 2100 durchgeführt, wobei
die beiden Klimaszenarien RCP2.6 und RCP8.5 mit der Regionalisierung WEREX VI für Sachsen
und verschiedenen Modellläufen zum Einsatz kamen.
Die Wasserhaushaltsberechnungen wurden mit dem eindimensionalen hydrologischen Modell
LWFbrook90 auf Tagesbasis durchgeführt. Für die Vertrauen-Schacht-Halde wurde aufgrund
der Heterogenität jeder Probepunkt einzeln simuliert, bevor die Daten für die Hydrotope zu-
sammengeführt wurden. Neben den standörtlichen Daten wurden die Forstanbausysteme mit
ihrer Parametrisierung wie Blatt- und Stammflächenindex und Baumhöhe berücksichtigt.
Bei der Auswertung der Modellergebnisse ist die Niederschlagsentwicklung von besonderer
Bedeutung, der im Szenario RCP2.6 am Standort Nochten mit Werten um 665 mm/a relativ
konstant bleibt, jedoch im Szenario RCP8.5 bereits deutlich darunterliegt und über die Zeit-
reihe hinweg weiter abnimmt. Die Ergebnisse werden hinsichtlich der Parameter Evapotrans-
piration, Transpiration, Bodenwassergehalt, Transpirationskoeffizient, Interzeption und Si-
ckerwasserbildung ausführlich dargestellt. So lassen sich am Standort Nochten die Sicker-
wasserraten für die verschiedenen Standorte und Forstbestände differenzieren. Erwartungs-
gemäß ist die Sickerwasserrate unter Kiefer am geringsten, gefolgt von Roteiche und unter
Birke am höchsten. Die Auswertung zeigt jedoch auch, dass v. a. im Szenario RCP8.5 der
Trockenstress für die Baumarten erheblich zunimmt, wie dies die Transpirationskoeffizienten
zeigen. Weiterhin nehmen die Tageshöchsttemperaturen mit über 35 °C in diesem Szenario
erheblich zu. Die Kiefer ist zwar gegenüber Trockenheit relativ tolerant, aber nicht gegenüber
Hitze. Es kann deshalb nicht ausgeschlossen werden, dass die Kiefer unter diesen Bedingun-
gen dauerhaft geschädigt wird (ggf. in Verbindung mit Kalamitäten) und so ausfällt. Da die
Kiefer auch im alternativen Forstanbausystem eine Rolle spielt, stehen auch diese Ergebnisse
unter dem Vorbehalt, dass die Kiefer überhaupt überdauert.
Auch für den Standort der Vertrauen-Schacht-Halde ist von einem deutlichen Rückgang der
Niederschläge auszugehen, wenngleich die absoluten Werte noch deutlich über denen des
Standortes Nochten liegen. Auch treten dort nur wenige sehr heiße Tage mit Höchsttempera-
turen über 35 °C auf. Das gilt auch für das Szenario RCP8.5. Auch für die Vertrauen-Schacht-

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- ZUSAMMENFASSUNG -
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VITA-MIN
Halde wurden die Ergebnisse im Detail für die Hydrotope dargestellt. Die Sickerwasserraten
des alternativ zu dem Birkenmischwald angenommenen Traubeneichenmischbestandes sind
mit Ausnahme eines Hydrotops, wo ein höherer Blattflächenindex festgestellt wurde, etwas
höher. Auch hier zeigt sich ein deutlicher Rückgang der Sickerwassermengen mit fortschrei-
tendem Klimawandel, vor allem im Szenario RCP8.5. Zugleich weisen die Transpirationskoef-
fizienten jedoch darauf hin, dass zukünftig bei beiden Klimaszenarien der Trockenstress für
den Haldenwald zunimmt. Besonders deutlich ist dies im Szenario RCP8.5.
Aufbauend auf diesen Ergebnissen leiten wir Empfehlungen für die beiden Standorte ab.
Grundsätzliche Priorität sollte der Erhalt der Waldfunktion insgesamt bekommen. Dazu sollten
die zum Einsatz kommenden Forstanbausysteme grundsätzlich Mischbestände sein, die einen
Ausfall einzelner Arten kompensieren können und so zu einer Risikostreuung beitragen. Auch
sollten spontan auftretende Arten nicht herausgepflegt werden, da sie offenbar mit den
schwierigen Standortbedingungen zurechtkommen. Um Phasen eines hohen Sickerwasseran-
falls auszuschließen, sind Kahlschläge unbedingt zu vermeiden und bei einer Bewirtschaftung
nur einzelne Individuen zu entnehmen.
Spezifisch für die Teilflächen in Nochten schlagen wir für die bindigeren, reicheren Standorte
einen Eichenmischwald mit Birke und Kiefer vor, für die speichertrockenen Standorte Birken-
bestände mit Kiefer und Eichen als Nebenbaumarten.
Auf der Vertrauen-Schacht-Halde stellt sich die Situation mit dem älteren Birkenmischwald
etwas anders dar. Hier wird ein schonender Waldumbau empfohlen, bei dem am Ende ein
Traubeneichenmischwald mit Hainbuche, Birke und einer immergrünen Nadelbaumart wie der
Kiefer steht.
Die Bearbeitung hat Hinweise auf erhebliche Wissenslücken gegeben, die zur Bewertung der
Modellergebnisse, zur Verbesserung der Modellierung und gezielteren Auswahl von Zielbaum-
arten geschlossen werden sollten. Dazu gehören z. B. pflanzenphysiologische Parameter wie
der noch tolerierbare Wasserstress oder die Verteilung der Sproß-Wurzelverhältnisse.
Generell kann aus den Ergebnissen gefolgert werden, dass die hohe Evapotranspiration von
Wäldern ein probates Mittel ist, um den Sickerwasseranfall auf Bergbauhinterlassenschaften
zu verringern. Gerade auf Standorten, aus deren Untergrund für das Wasser schädliche Stoffe
ausgewaschen werden, sollte deshalb ein funktionsfähiger Wald angestrebt werden. Die bei-
den exemplarisch betrachteten Standorte haben dabei gezeigt, dass die Auswahl der Baum-
arten für die Forstanbausysteme, besonders unter dem Aspekt des voranschreitenden Klima-
wandels, nur standortspezifisch erfolgen kann.

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- 1 VERANLASSUNG UND ZIEL -
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VITA-MIN
1
VERANLASSUNG UND ZIEL
Bergbauliche Tätigkeiten greifen in den meisten Fällen in vielfältiger Weise in die bestehende
Umwelt ein, auch in den Wasserhaushalt. Die Entwässerung der Gruben und Tagebaue, Si-
ckerwässer aus Halden, Abfluss aus Lösestollen sowie der Grundwasserwiederanstieg nach
Beendigung des Abbaubetriebes führen u. a. zur Mobilisierung unerwünschter Stoffe, wie z. B.
Eisen, Sulfat und einer Reihe von (Schwer-)metallen. Der Transport der Stoffe mit dem Was-
ser in die Grund- und Oberflächengewässer führt dort zu Minderungen der Wasserqualität,
teilweise derart erheblich, dass die Ziele der europäischen Wasserrahmenrichtlinie (WRRL)
nicht erreicht werden.
Deshalb werden Maßnahmen und Lösungen gesucht, um die Belastung der Gewässer zu re-
duzieren, etwa durch die aktive oder passive Behandlung von Grubenwässern. Ein weiterer
Ansatz besteht darin, über Wälder bzw. Forstanbausysteme auf den Bergbauhinterlassen-
schaften (z. B. Kippen, Halden, verbliebene Randböschungen, nicht geflutete Tagebauab-
schnitte) auf den Wasserhaushalt dieser Standorte so einzuwirken, dass durch die Verduns-
tung des Niederschlagswassers das Sickerwasser minimiert und so die Verlagerung von Stof-
fen reduziert wird. Im Idealfall kann die gebildete Holzbiomasse später verwertet werden.
Im Rahmen dieser Studie, die das Forschungsinstitut für Bergbaufolgelandschaften e.V. im
Auftrag des Sächsischen Landesamtes für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie durchgeführt
hat, werden die Möglichkeiten, mithilfe von Forstanbausystemen reduzierend auf die Stoff-
frachten aus Bergbauhinterlassenschaften in Sachsen einzuwirken, ausgelotet. Dazu werden
exemplarisch zwei typische Bergbauhinterlassenschaften herausgegriffen, die Vertrauen-
Schacht-Halde bei Lugau/ Oelsnitz (Steinkohlenbergbau) und ein Ausschnitt aus der Kippe
des laufenden Tagebaus Nochten (Braunkohlenbergbau). Für beide Standorte vergleichen wir
jeweils zwei verschiedene Forstanbausysteme in ihrer Wirkung auf die Sickerwassermengen.
Hierzu modellieren wir den Wasserhaushalt nicht nur für den aktuellen Zustand, sondern be-
trachten auch die zukünftige, durch den Klimawandel stark beeinflusste Entwicklung bis zum
Jahr 2100 mit zwei Szenarien und mehreren Modellläufen. Hieraus leiten wir schließlich kon-
krete Handlungsempfehlungen ab.

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- 2 DIE BEDEUTUNG VON WÄLDERN FÜR DEN WASSERHAUSHALT UND DEN RÜCKHALT VON SCHADSTOFFEN -
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DIE BEDEUTUNG VON WÄLDERN FÜR DEN WASSERHAUSHALT UND
DEN RÜCKHALT VON SCHADSTOFFEN
2.1 WASSERHAUSHALTSGRÖßEN UND IHRE EINFLUSSFAKTOREN IN WÄLDERN
Der Wasserhaushalt von Wäldern unterscheidet sich von Freiflächen vor allem hinsichtlich
seiner Verdunstungsleistung. So spielt neben der Evaporation (Verdunstung von Bodenwas-
ser) die von der Vegetation abhängige Transpiration (Abgabe von Wasserdampf über die
Spaltöffnungen) eine deutlich größere Rolle. Von der Pflanzendecke abgefangener Nieder-
schlag wird noch vor dem Auftreffen auf dem Boden verdunstet (Interzeption). Fällt genug
Regen, können Bäume das Wasser direkt über Äste und Stamm in den Boden leiten
(Stammabfluss) und dabei den eigenen Wurzelraum versorgen. Die Summe aller Verduns-
tungsformen wird mit dem Begriff der Evapotranspiration zusammengefasst. Wasser, was
nicht durch Interzeption zurückgehalten wird und die Bodenoberfläche eines Waldes erreicht,
wird inklusive des Stammabflusses als Nettoniederschlag bezeichnet.
Unterschieden wird außerdem zwischen aktueller und potentieller Verdunstung. Während ers-
tere die tatsächlich an einem Standort vorzufindende Verdunstung angibt, wird Letztere als
Maximalwert definiert, der sich bei unbegrenztem Wasservorrat, der zur Verfügung stehenden
Energie und dem Verdunstungsanspruch der Atmosphäre einstellen würde (Frühauf 1998).
Die Verdunstung von Wäldern ist ein Vielfaches größer als die anderer terrestrischer
Landnutzungsformen (Kirchner 1986; Lischeid und Natkhin 2011; Zimmermann u. a. 2008)
und nimmt mit dem Anteil an Nadelgehölzen zu. In Abhängigkeit von Bestandsstruktur,
Boden- und Geländeeigenschaften kann die Wasserspeicherfähigkeit von Waldböden erhöht
und die Tiefensickerung reduziert sein (Lüscher und Zürcher 2003; Weinmeister 2003). Dabei
haben neben dem Edaphon die Wurzeln den stärksten Einfluss auf das Abfluss- und
Speicherverhalten (Lange, Lüscher, und Germann 2012; Lüscher und Zürcher 2003).
Ausdehnung und Intensität des Wurzelsystems lassen sich mit strukturreichen Beständen
erhöhen.
So bedeutsam die Verdunstung der Wälder ist, so sehr ist sie jedoch auch von den Stan-
dorteigenschaften (z. B. Relief, Hangneigung, Höhenlage, Klimazone, Niederschlagshöhe,
Bodenwasserspeicher, Bodenart) und den Unterschieden in den Beständen (z. B. Alter der
Bäume und Altersstruktur, Durchforstungsstärke) selbst abhängig.

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- 2 DIE BEDEUTUNG VON WÄLDERN FÜR DEN WASSERHAUSHALT UND DEN RÜCKHALT VON SCHADSTOFFEN -
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VITA-MIN
Tabelle 1 zeigt die Transpirationsleistung verschiedener Baumgattungen, wie sie der Literatur
entnommen werden kann. Die Unterschiede sind deutlich zu erkennen. Der Blattflächenindex,
ein wesentlicher Parameter für die Abschätzung und Modellierung der Verdunstung, spiegelt
die großen Unterschiede auch innerhalb einer Baumart (Tabelle 2). Schließlich sind auch die
Wurzelsysteme der Bäume oftmals nicht nach den Möglichkeiten der Baumart ausgebildet,
sondern durch die Restriktionen der Standorte wie z. B. Staunässe oder den Skelettanteil des
Bodens geprägt. Hinzu kommt, dass das Wissen um die Wurzelsysteme der Bäume in der
Regel auf nur geringe Stichprobenzahlen beschränkt ist (Tabelle 3).

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- 2 DIE BEDEUTUNG VON WÄLDERN FÜR DEN WASSERHAUSHALT UND DEN RÜCKHALT VON SCHADSTOFFEN -
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VITA-MIN
Tabelle 1: Mittlere jährliche Bestandestranspirationsleistungen verschiedener Baumgattun-
gen (mm a
-1
)
Fichte
Picea
Kiefer
Pinus
Douglasie
Pseudo-
tsuga
Lärche
Larix
Buche
Fagus
Eiche
Quercus
Birke
Betula
Quelle
274
(Coners
2001)
249
(Lauterbach
2000)
210
(Köstner
1999)
287
342
481
459
363
285
360
(Peck und
Mayer 1996)
420
270
530
520
345
455
(Lyr, Fiedler,
und Tran-
quillini, o. J.)
281*
299*
(Brechtel
und Balázs
1988)
490
(21 J. Be-
stand)
425
(21 J.
Bestand)
(Künstle und
Mitscherlich
1977)
184*
293*
(Molchanov
1963)
223
345
437
Sonn (1960)
zit. in
(Schmaltz
1969)
282 480-580 (40-
50 J. Be-
stand)
564
456
564
(Polster
1950)
235
290
379
269
388
(Pisek und
Cartellieri
1939)
Tabelle 2: Zusammenstellung der Medianwerte und Spannweiten der Blattflächenindizes mit-
teleuropäischer Bestände aus der von (Iio und Ito 2014) bereitgestellten Datenbank.
Art
Me-
dian
Min.
Max.
Anzahl
Abies alba
Weißtanne
8,2
3,9
8,5
3
Alnus glutinosa
Schwarzerle
4,8
4,8
4,8
1
Betula pendula
Sandbirke
5,3
5,3
5,3
1
Betula pubescens
Moorbirke
3,8
2,5
3,9
3
Carpinus betulus
Hainbuche
8,7
8,7
8,7
1
Fagus sylvatica
Rotbuche
6,7
2,5
10,2
112
Fraxinus excelsior
Gemeine Esche
5,4
4,5
5,4
3
Picea abies
Fichte
7,8
3,1
13,8
37
Picea abies, Fagus syl-
vatica
Fichten-Rotbuchen-
Mischwald
6,5
5,7
7,1
3
Pinus sylvestris
Gemeine Kiefer
4,0
2,0
6,4
17
Pseudotsuga menziesii
Gewöhnliche Douglasie
6,4
5,6
8,5
4
Quercus petraea
Traubeneiche
5,6
1,7
6,5
12
Quercus petraea, Fa-
gus sylvatica
Traubeneichen-Rotbu-
chen-Mischwald
4,8
4,5
6,1
3
Quercus petraea,
Quercus robur
Traubeneichen-Stilei-
chen-Mischwald
6,7
3,8
7,1
10
Quercus robur
Stieleiche
4,7
2,6
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Tabelle 3: Angaben zu den Wurzelsystemen verschiedener Baumarten nach Roloff u. a.
(2008).
Baumart
Wurzelsystem
Abies alba
Weiß-
tanne
Tiefreichendes, eher schwach verzweigtes Wurzelwerk. Das
anfängliche Pfahlwurzelsystem entwickelt sich zu einem
Herzwurzelsystem weiter bis in 160 cm Tiefe.
Acer campestre
Feldahorn
Ähnlich Berg- und Spitzahorn. Stark quervernetztes Wur-
zelwerk im Oberboden.
Betula pendula
Sandbirke Herzwurzelsystem, stark auf wechselnde Bodenverhält-
nisse reagierend. Auf verdichteten Böden eher flach strei-
chende Horizontalwurzeln. Feinwurzeln konzentriert in den
oberen, humosen Bodenhorizonten. Tiefendurchwurzlung
uneinheitlich, nach 10-12 Jahren 110 cm (extrem 260 cm),
maximale Tiefe 400 cm. Auf verdichteten oder wasserbe-
einflussten Standorten deutlich flacher.
Carpinus
betulus
Hainbuche In tiefgründigen Böden kann sich ein tiefreichendes
Herzwurzelsystem entwickeln, in feuchten Substraten sind
die Wurzeln hingegen vor allem bis 35 cm Tiefe zu finden.
Fagus sylvatica
Rotbuche
Anfängliche Pfahlwurzel, die sich zum Herzwurzelsystem
umbildet. Hoher Feinwurzelanteil. Wurzelstruktur stark ab-
hängig von den Bodeneigenschaften. Starke Reaktion auf
verdichtete Schichten, Sauerstoffmangel und hohen Ske-
lettanteil des Bodens. Wurzeltiefe 120-140 cm bei 20 Jah-
ren, 160-180 cm bei 80 Jahren; in Sand maximal 3 m und
in Felsklüften bis 5 m.
Larix decidua
Europäi-
sche Lär-
che
Herzwurzelsystem. Auch auf flachgründigen Böden können
die Wurzeln bis in 450 cm Tiefe eindringen. Tiefenwachs-
tum abhängig von guter Durchlüftung und Bodenwärme.
Auf mäßigem Pseudogley wurden Wurzeltiefen von 100 bis
130 cm festgestellt. Wird die Entwicklung nicht gehemmt,
so erreichen 90jährige Lärchen Wurzeltiefen von 180 bis
250 cm.
Malus sylvestris
Holzapfel
Flachstreichendes, reichverzweigtes und ausgedehntes
Wurzelwerk.
Picea abies
Fichte
Tellerförmiges, weitreichendes Horizontalwurzelsystem mit
Senkerwurzeln. Auf tiefgründigen Böden können die Wur-
zeln bis über 300 cm Tiefe reichen.
Pinus sylvestris
Gemeine
Kiefer
Pfahlwurzel anfangs bis 150 cm Tiefe, später entwickelt
sich ein Wurzelstock bis 250 cm Tiefe. Lateralwurzeln in
den obersten 30 cm des Bodens gehäuft; bei älteren Kie-
fern etwa 80% der Wurzelmasse. Wurzelausbildung stark
abhängig von den Standorteigenschaften.
Prunus aviuim
Vogelkir-
sche
Kräftiges Herzwurzelsystem mit Pfahlwurzel und flach
streichenden Seitenwurzeln
Pseudotsuga
menziesii
Douglasie
Stark abhängig vom Boden. In gut durchlüfteten Böden
Herzwurzelsystem bis zu 150 cm Tiefe, sonst flaches, tel-
lerförmiges Wurzelsystem.
Pyrus pyraster
Wildbirne
Gilt als Tiefwurzler mit Pfahlwurzel oder Herzwurzelsystem;
in tiefgründigen Böden bis über 3 m Tiefe. Hauptwurzel-
masse zwischen 20 und 60 cm Tiefe an einem jüngeren
Baum. Ausläufer bildend.
Quercus pet-
raea
Trauben-
eiche
Anfängliche Pfahlwurzel, die sich zu einem Herzwurzelsys-
tem oder Herz-Senkerwurzelsystem entwickelt; meist nur
bis 1 m Tiefe wurzelnd.
Quercus robur
Stieleiche
Anfängliche Pfahlwurzel, die sich zu einem Herzwurzelsys-
tem oder Herz-Senkerwurzelsystem entwickelt.

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Sorbus
aucuparia
Eberesche Wurzelmorphologie je nach Standortbedingungen sehr va-
riabel.
Sorbus
torminalis
Elsbeere
Wurzelsystem stark durch Standort geprägt, oft nur
schwache Durchwurzelung; alte Stämme mit Wurzeltiefen
von 1.2 m.
Tilia cordata
Winter-
linde
Anfänglich Pfahlwurzel, die später durch schräg abwärts
gerichtete Hauptwurzeln ergänzt werden. Intensives, unre-
gelmäßiges Herzwurzelsystem.
Tilia
platyphyllos
Sommer-
linde
Unregelmäßiges Herzwurzelsystem. Kann tief in schwere
Böden eindringen. Bodenfestigend, besonders auf Fein-
schuttböden.
Nadelwälder unterscheiden sich in ihrer Verdunstungsleistung von Laubwäldern. So ist die
Interzeption durch die ganzjährige Benadelung höher, die Transpiration jedoch geringer. Das
führt über den Winter zu einer weiteren Austrocknung, weshalb Böden unter Nadelwäldern im
Frühjahr mehr Wasser aufnehmen können als unter Laubwäldern. Diese für den Sickerwas-
serrückhalt vorteilhaften Effekte werden aber von spontanen Schadereignissen in Nadel-Rein-
beständen abgeschwächt oder aufgehoben, denn sie sind einem erhöhten Sturmwurf- bzw.-
bruchrisiko ausgesetzt. Auch massiver Insektenbefall und Schneebruch führt zum teils flächi-
gen Verlust von Bäumen und damit zu abrupter Reduzierung von Transpiration und Interzep-
tion bei gleichzeitiger Erhöhung von Evaporation und Versickerung. Stabilität von auf den
Halden stockenden Beständen ist deshalb eine der wichtigsten Voraussetzungen für eine er-
folgreiche Bewaldung. Dazu ist eine an das jeweilige Wuchsgebiet angepasste Mischungsform
mit nicht zu geringem Anteil von Nadelbäumen empfehlenswert.
Für Laubwälder wurde eine höhere Tiefensickerung nachgewiesen als für Nadelwälder. Klein
(2000) stellte fest, dass unter Kiefern weniger Wasser versickert (ca. 25 % des Freilandnie-
derschlags) als unter einem Eichen-Buchen-Bestand (ca. 35 % des Freilandniederschlags).
(Jochheim u. a. 2007) stellten für einen Altbuchen-Bestand jährliche Tiefensickerungswerte
zwischen 15 und 49 % des Freilandniederschlags fest. Für Kiefern-Altbestände können sie
zwischen 4 und 40 % liegen (Bartsch und Röhrig 2016). Großen Einfluss übt weiterhin das
Alter der Bestände auf die Tiefensickerung aus. So zeigen Anders u. a. (2006) für grundwas-
serferne Sandstandorte, dass sie mit dem Beginn des Stangenholz-Stadiums bei etwa 30-
jährigen Kiefern auf Null sinkt und nur von seltenen Starkregenereignissen angehoben wird.
Mit zunehmendem Alter und Auflichtung steigt der Abfluss wieder auf ein niedriges Niveau
(ca. 12 %) an. Demgegenüber pendelt sich die Tiefensickerung unter Buchenwäldern nach 30
Jahren auf Werte um 20 % ein. Diese großen Spannbreiten lassen eine tabellarische Übersicht
über Tiefensickerungswerte nicht sinnvoll erscheinen. Entscheidend ist vielmehr die Feststel-
lung von Müller (2011), dass Bestände im Stangenholzalter (ca. 30 Jahre alt) die geringsten
Tiefensickerungsraten aufweisen.

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Abbildung 1: Mittelwert und Spannen des mittleren jährlichen Sickerwasserabflusses in Ab-
hängigkeit vom Rekultivierungsalter (Bräunig, 2001)
2.2 PHYTOREMEDIATION
Phytoremediation ist eine Variante der Sanierung von mit Schadstoffen belasteten Böden un-
ter dem Einsatz von Pflanzen (Schnoor u. a. 1995). Werden die Schadstoffe von den Wurzeln
aufgenommen, in die oberirdischen Pflanzenbestandteile verlagert und damit durch Ernten
aus dem System extrahierbar, spricht man von Phytoextraktion (Jadia und Fulekar 2009).
Dabei können die Sanierungskosten deutlich unter denen anderer Technologien liegen (Salt
u. a. 1995). Bei der Phytostabilisierung werden Schadstoffe fixiert, u. a. um Auswaschung
und Erosion zu vermindern (Raskin und Ensley 2000). Dies geschieht im Wurzelraum durch
Ausfällen, Sorption, Komplexbildung oder über die Reduktion der Valenz von Metallen (Jadia
und Fulekar 2009).
Evolutionär betrachtet, sind Bäume aufgrund ihrer langen Lebensspanne nicht in der Lage,
sich genetisch an temporär bzw. lokal erhöhte Metallkonzentrationen im Boden anzupassen
(Dickinson, Turner, und Lepp 1991). Dennoch können sie auch bei erhöhten Konzentrationen
überleben, allerdings unter Zuwachseinbußen (Dickinson u. a. 1992). So berichten Borgegård
und Rydin (1989) nicht nur von hohen Überlebensraten von Birken auf einer Kupferhalde,
sondern auch von der einsetzenden Verlagerung der im Haldenkörper vorkommenden
Schwermetalle über das Laub in die Deckschicht.
Pulford (2003) fasst zusammen, dass Zn, Ni und Cd in oberirdischer Biomasse gespeichert
werden, Blei, Chrom und Kupfer vorrangig in den Wurzeln. Die Belastung kontaminierter Flä-
chen durch die genannten Metalle kann also reduziert werden, indem die aufstockenden Ge-
hölze samt Wurzeln entnommen werden. Wenn Pb, Cr und Cu keine Rolle spielen, genügt es,
die oberirdischen Baumkompartimente im Kurzumtriebsverfahren zu entfernen. Vielverspre-
chend sei in diesen Fällen die Bewirtschaftung mit Weide, Birke oder Pappel.

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Allerdings wurde auch der gegenteilige Effekt beobachtet: Watson (2002) stellte fest, dass
die Verlagerung von Schwermetallen auf bewachsenen Flächen höher ist als bei unbewachse-
nen. Die beobachtete höhere Konzentration in der Bodenlösung wird mit einer Zunahme an
wasserlöslichen Chelat-Komplexbildnern begründet, die über die Wurzeln in den Boden ge-
langen. Die tatsächlich am jeweiligen Standort ablaufenden geochemischen und hydrologi-
schen Prozesse sind jedoch stark abhängig von pH-Wert, Metall-Konzentrationen, Durchwur-
zelbarkeit, Wasserleitfähigkeit usw.
Desai (2013) konnte für Birken- und Erlenblätter auf moderat belasteten Kippen walisischer
Kohle-Tagebaue eine kontinuierliche Akkumulation von Cd und Zn feststellen, während junge
Lärchennadeln vor allem Mn und Pb fixieren. Bereits nach vier Jahren stellte sich auf den
Versuchsflächen eine Abnahme von 14-18 % der Mangan- und eine 8 %-ige Abnahme der
Cadmium-Konzentration im Oberboden ein. Nach 14 Jahren reduzierte sich der Gehalt von
Cadmium, Kupfer, Zink und Mangan um 52 %, 48 %, 47 % und 35 % auf dem Birkenstandort,
wohingegen sich auf dem Erlenstandort der Bleigehalt im Boden um 44 % reduzierte (M.
Desai, Haigh, und Walkington 2019).
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KIPPEN UND HALDEN ALS EXTREMSTANDORTE FÜR WÄLDER
3.1 EINLEITUNG
Die Wälder auf Kippen und Halden werden in die bestehenden Wasser- und Stoffkreisläufe
eingegliedert oder bilden ihrerseits neue lokale Kreisläufe. Die relevanten Prozesse Verduns-
tung, Wasserspeicherung, Stoffaufnahme und Stoffrückhalt sind vergleichbar mit denen auf
gewachsenen Standorten. Ein Unterschied besteht jedoch darin, dass die Entwicklung eines
Gehölzbestandes auf den Rohböden der Kippen und Halden sehr stark durch den Menschen
beeinflusst wird und werden muss. Die Intensität der forstlichen Rekultivierung trägt erheblich
dazu bei, wie und in welchem Zeitraum sich ein stabiler Wald und dessen Funktionen auf
Halden und Kippen etablieren kann.
Das Sickerwasser auf Halden und Kippen muss dann reduziert werden, wenn die Gefahr be-
steht, dass umweltgefährdende Stoffe gelöst und ausgetragen werden. In der Geschichte der
forstlichen Rekultivierung spielte diese Funktion des Waldes erst sehr spät eine Rolle. Zudem
besteht nicht auf allen Rekultivierungsflächen die Notwendigkeit das Sickerwasser zu redu-
zieren, da kein schädlicher Stoffaustrag zu erwarten ist. Halden und Kippen müssen daher
hinsichtlich ihres Gefährdungspotenzials unterschiedlich beurteilt werden, damit eine ange-
messene Rekultivierung stattfinden kann. Im Hinblick auf das Sickerwasser bzw. die Redu-
zierung des Kontaktes zwischen Sickerwasser und Abraummaterial kommt die Aufbringung
einer Dichtschicht oder der gezielte Einsatz eines verdunstungsstarken Waldes mit speicher-
fähiger Kulturbodenschicht in Betracht.
Die folgende Literaturauswertung gibt einen Überblick über verschiedene Forstanbausysteme
und deren beabsichtigte Funktionen. Doch zuvor wird die forstliche Rekultivierung rechtlich
eingeordnet.

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3.2 RECHTLICHE GRUNDLAGEN DER FORSTLICHEN REKULTIVIERUNG IN
DEUTSCHLAND
Die rechtliche Grundlage für die forstliche Rekultivierung bildet das Bundesberggesetz
(BBergG) und die zugehörigen Verordnungen in Verbindung mit den forstrechtlichen Rege-
lungen (BWaldG, Landeswaldgesetze). § 2 Abs. 1 Nr. 2 BBergG sieht die Wiedernutzbarma-
chung der Oberfläche während und nach der Aufsuchung, Gewinnung und Aufbereitung von
bergfreien und grundeigenen Bodenschätzen vor. Unter der Wiedernutzbarmachung ist auch
die forstliche Rekultivierung im Sinne der ordnungsgemäßen Gestaltung der vom Bergbau in
Anspruch genommenen Fläche zu verstehen. § 53 BBergG enthält die Pflicht zur Erstellung
eines Abschlussbetriebsplans, in denen der Zeitraum, die erforderlichen Arbeitsschritte, die
zu verwendende Technik und notwendige, fachliche Gutachten detailliert beschrieben werden.
Die Zulassung des Betriebs und damit des Abschlussbetriebsplans nach § 55 Abs. 2 wird nur
erteilt, wenn die Wiedernutzbarmachung der in Anspruch genommenen Oberfläche im Ab-
schlussbetriebsplan verankert ist. Die Rahmenbedingungen für die Wiedernutzbarmachung
der nachbergbaulichen Flächen werden durch die Braunkohlepläne und die Sanierungspläne
der Bundesländer verbindlich festgelegt. Die Sanierungspläne enthalten Ziele, Umsetzung und
Anteil der Forstfläche an der Gesamtfläche.
Erhebliche, unvermeidbare Beeinträchtigung von Natur und Landschaft, wie sie beim Abbau
von Rohstoffen und Bodenschätzen auftreten können, sind nach § 13 Bundesnaturschutzge-
setz (BNatSchG) durch Ausgleichs- oder Ersatzmaßnahmen zu kompensieren. Dieser Aus-
gleich kann durch die Förderung der Sukzession und durch Maßnahmen der Renaturierung,
der naturnahen Gestaltung, der Wiedernutzbarmachung oder der Rekultivierung durch den
Verursacher (§ 15 BNatSchG) erfolgen. Ebenso ist der Ausgleich eines unvermeidbaren Ein-
griffs im Sächsischen Naturschutzgesetz in den §§ 8 und 9 verankert.
Die forstliche Rekultivierung ist so zu planen, dass die zukünftigen Waldgebiete den Entwick-
lungszielen entsprechen können, wie sie in den Landeswaldgesetzen formuliert sind. Das um-
fasst hauptsächlich die Leistungsfähigkeit des Waldes als wesentlicher Teil des Naturhaushal-
tes, die nachhaltig zu erhalten ist und schließt die Tier- und Pflanzenwelt, das Klima, den
Wasserhaushalt, die Luftqualität, die natürlichen Bodenfunktionen insbesondere die Boden-
fruchtbarkeit, das Landschaftsbild und den Wald als Lebens- und Bildungsraum sowie den
wirtschaftlichen Nutzen und die Erholungsfunktion ein (z. B. § 1 Waldgesetz des Landes Bran-
denburg, Art. 1 Bayerisches Waldgesetz, § 1 Waldgesetz für den Freistaat Sachsen, § 2 Thü-
ringer Waldgesetz).
3.3 ENTWICKLUNG DER FORSTLICHEN REKULTIVIERUNGSPRAXIS
Lange Zeit bestand die forstliche Rekultivierung allein in der Wiederbegrünung der nachberg-
baulichen Flächen. Doch ab Ende der siebziger Jahre wurde vermehrt die Einbindung in die
umgebende Landschaft durch Oberflächengestaltung, der Einsatz von Kippsubstraten und or-
ganischem Material zur Düngung und Bodenentwicklung, die Optimierung der Bestockung und
der Pflanztechnik, die Förderung der natürlichen Regeneration, die Waldbodenübertragung
und der Einsatz gebietsheimischer Arten bedeutend für die Rekultivierung. In den USA begann
die Neuausrichtung der forstlichen Rekultivierung mit dem Surface Mining Control and Recla-
mation Act, als eines der ersten gesetzlichen Verankerungen. Auch in anderen Ländern wur-
den Regularien zur forstlichen Rekultivierung aufgestellt (Macdonald u. a. 2015).

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Aufgrund des großflächigen Eingriffs des Übertagebergbaus in den Braunkohlenrevieren be-
stand schon früh eine besondere Notwendigkeit der Wiedernutzbarmachung von Kippenstand-
orten. Die forstliche Rekultivierung zielt dabei hauptsächlich darauf ab, die durch den Bergbau
entstandenen Sekundär-Standorte möglichst schnell mit standortgerechten Baumarten so
aufzuforsten, dass über einen Pionierwald ein naturnaher Dauerwald als Mischbestand ent-
steht. Dieser soll sich in das bestehende Landschaftsbild einfügen, positiv auf die Bodenent-
wicklung, den Stoffhaushalt und das Mikroklima auswirken, als Rohstoffproduzent dienen,
einfach zu bewirtschaften sein, die Erholungsfunktionen für den Menschen erfüllen und einen
Beitrag zum Naturschutz leisten (Preußner 1998a). Das Gelingen der forstlichen Rekultivie-
rung ist hauptsächlich von den chemischen und physikalischen Eigenschaften des Kippsub-
strats abhängig. Daher ist es empfehlenswert, dass Förster an der Planung der zu verkippen-
den Substrate beteiligt werden, damit die Aufforstung im Anschluss mit den geeigneten
Baumarten umgesetzt werden kann (Moffat 2004, 1080).
Die Aufforstungspraxis in Deutschland, aber auch in anderen Ländern wie Polen und der
Tschechischen Republik, unterliegt einer Jahrzehntelangen waldbaulichen Entwicklung hin-
sichtlich der Baumartenwahl, der Baumartenmischung und der zeitlichen Abfolge von Pflege,
Bewirtschaftung und Bestandsentwicklung. In der forstlichen Rekultivierung wechselten sich
verschiedene Phasen von bevorzugten Gehölzarten ab, so dass von der Birkenzeit (30er bis
60er Jahre des 20.Jh.), der Roteichenzeit (60er und 70er Jahre des 20.Jh.) und der Kiefernzeit
(70er bis 90er Jahre des 20. Jh.) gesprochen wird. Dabei standen jederzeit der wirtschaftliche
Nutzen, die Erholungsfunktion und der naturschutzfachliche Wert im Vordergrund (Preußner
1998b, 605). Auch spielt die Reduzierung von Schadstoffausträgen durch die Steigerung der
Verdunstung von Niederschlagswasser eine Rolle. Seit 1990 liegt der Fokus auf dem naturna-
hen Waldumbau. Dieser sieht vor, den Anteil an Traubeneichen und anderen Laub- und Na-
delbaumarten zu erhöhen und so monotone Kiefernbestände zu durchmischen bzw. neue
Mischwälder anzulegen. Neben Stiel- und Trauben-Eiche, die aktuell häufiger eingesetzt wer-
den als in den Jahrzehnten zuvor, sind die Europäische Lärche und die Erle die am häufigsten
in der forstlichen Rekultivierung verbreiteten Baumarten (Pietrzykowski 2014).
Neben dem gezielten Einsatz bestimmter Baumarten, wie die einzelnen Etappen der waldbau-
lichen Entwicklung in der Rekultivierung zeigen, veränderte sich auch die Praxis der Walde-
tablierung. Die Pflanzung vorgezogener Bäume aus der Baumschule ist die meist verbreitete
Methode (Bolan, Kirkham und Ok 2017). Versuche mit Baumschulpflanzen mit Wurzelballen
und ohne Wurzelballen zeigten, dass die Pflanzen mit Wurzelballen besser überleben (Román-
Danobeytia u. a. 2015). Die Ansiedlung von Birken erfolgte entweder spontan oder durch
gezielte Pflanzung. Die aktuellen Waldbestände auf Altbergbauhalden entstanden häufig
durch Samenanflug und der Bildung eines Vorwaldes (Hoth u. a. 2009a). Die floristische Viel-
falt ist dabei von der näheren Umgebung abhängig. Zudem ist auch die Übertragung von
Pflanzenarten der Flächen, die durch den Bergbau verschwinden, auf die nachbergbaulichen
Flächen in Form von Samen gängige Praxis. Ein Beispiel aus Australien zeigt, dass bis zu 60 %
der Arten auf einer Rekultivierungsfläche von der Spenderfläche stammen und als Samen
übertragen wurden (Grant u. a. 2016). Die Aussaat ist aus ökologischer Sicht empfehlenswert
und könnte in Zukunft wieder stärker praktiziert werden. Der Vorteil dabei ist, dass sich be-
reits die jungen Keimlinge an die Standortsbedingungen anpassen können, was womöglich zu
weniger Pflanzausfällen führt.

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3.4 WECHSELWIRKUNG ZWISCHEN BAUMARTEN UND STANDORTEIGENSCHAF-
TEN UNTER BERÜCKSICHTUNG DES WASSER- UND STOFFHAUSHALTS
3.4.1 KIPPENSTANDORTE
Wie auch auf gewachsenen Standorten bestehen in Forstbeständen rekultivierter Flächen
Wechselwirkungen zwischen den Bäumen und ihrem Standort hinsichtlich der Bodeneigen-
schaften und des Nährstoff- und Wasserkreislaufs. Dabei unterscheidet sich die Entwicklung
je nach Baumart und Ausgangssubstrat. Aus diesem Grund besteht in der forstlichen Rekul-
tivierung ein Unterschied zwischen der Aufforstung eines Kippenstandortes und der einer ab-
gedeckten Abraumhalde. Auf Kippenstandorten ist das Abraummaterial an der Bodenentwick-
lung beteiligt, bei Abraumhalden ist dies nicht der Fall. Daher ist der gezielte Einsatz bestimm-
ter Baumarten besonders auf Kippen erforderlich. Kippenstandorte sind forstliche Extrem-
standorte, die durch die Etablierung eines Waldes in einen kulturfreundlichen Zustand versetzt
werden sollen. Vor der Rekultivierung bieten die unbewachsenen Flächen große Angriffsflä-
chen für Winderosion, erfahren höhere Tagestemperaturschwankungen und sind durch die
Exposition vergleichsweise öfter Spätfrösten ausgesetzt. Zudem sind das Bodenleben, die
Nährstoffversorgung und die Wasserhaltekapazität sehr gering, was zu Wassermangel in den
neu etablierten Beständen führt. Zudem kommen stellenweise niedrige Boden-pH-Werte
durch Pyritverwitterung hinzu (Preußner 1998b). Sheoran, Sheoran, und Poonia (2010) und
Singh, Raghubanshi, und Singh (2002) fassen die Ergebnisse zahlreicher Studien diesbezüg-
lich zusammen und resümieren, dass Bäume gut geeignet sind, um den Gehalt der organi-
schen Substanz und die Stickstofffixierung, die Nährstoffaufnahme, die Versickerungsrate und
die Wasserspeicherung im Boden zu erhöhen. Außerdem setzen Streu und Wurzelexudate den
Nährstoffkreislauf in Gang, womit die Bäume ihren Standort selbst verbessern. Möglich ist
auch der Einsatz von Baumarten, die mehrere Ziele gleichzeitig erfüllen können, wie Kohlen-
stoff anzureichern sowie die Verfügbarkeit von Stickstoff und Phosphor zu verbessern (Ahirwal
u. a. 2018). Die wechselseitige Beeinflussung sollte effizient genutzt werden, um die Ziele der
Rekultivierung zu erreichen. Pietrzykoswki (2019) empfiehlt daher, dass die Auswahl der
Baumartenzusammensetzung sowohl eng an die angestrebte Bodenqualität angelehnt werden
sollte, als auch anders herum die Wirkung der Standortbedingungen auf den Wuchs, die Bio-
masse, das Wurzelsystem der Bäume sowie die Nährstoffverfügbarkeit zu berücksichtigen ist.
Die bereits vor Jahrzehnten aufgeforsteten Kippenstandorte zeugen von den verschiedenen
Epochen der Rekultivierungsgeschichte, in denen die Bestände jeweils durch Birken, Rotei-
chen und Kiefern stark geprägt sind. Seit Beginn der Rekultivierungspraxis hängen die Baum-
artenzusammensetzung und die Baumartenauswahl neben den Eigenschaften des Kippsub-
strats auch von zuvor durchgeführten Bodenverbesserungsmaßnahmen und vom Klima ab
(Schlenstedt u. a. 2014). Einige Beispiele zu den Wechselwirkungen zwischen Baumarten und
dem Standort sollen hier genannt werden: Bäume verbessern selbst die Bodenstruktur, die
Bodenstabilität und die Stickstoffanreicherung ihres Wuchsortes, hauptsächlich Robinien und
Schwarzerle werden dafür als Vorwälder auf Kippstandorten angepflanzt (Schölmerich 1998,
145; Krummsdorf 1998, 659). Jüngste Untersuchungen auf sandigen Kippsubstrat zeigen auf
Standorten mit Schwarzerle eine höhere Verfügbarkeit von Stickstoff und Phosphor im Boden
als unter Grünerle (Chodak u. a. 2019). Das Ziel des Einsatzes von Schwarzerlen auf armen
Kippsubstraten ist, das Wachstum und insbesondere die Stickstoffversorgung der Zielbaum-
arten wie der Waldkiefer am Standort zu verbessern (Sroka u. a. 2018). Ein Vergleich zwi-
schen Schwarz-Kiefer und Robinie zeigt, dass die Streu der Laubblätter schneller zu mobiler

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organischer Substanz umgesetzt wird und in tiefere mineralische Bodenschichten transpor-
tiert und angereichert werden kann. Dies führt auch zu einem höheren Boden-pH (Filcheva
u. a. 2000). Bereits auf weniger sauren und schwach lehmigen Standorten mit geringer Nähr-
stoffversorgung können Eichen gepflanzt werden. Trauben- und Stiel-Eiche weisen dabei eine
bessere Streuqualität als Roteiche auf (Schlenstedt u. a. 2014), was die Humusbildung er-
leichtert. Nicht nur die Bestockung verschiedener Baumarten nacheinander führt zur Verbes-
serung der Bodeneigenschaften, sondern auch die Bestockung einer Bergbaufläche nach einer
Graseinsaat. Mit dieser Begrünungskombination erhöht sich der Kohlenstoffgehalt des Bodens
und die generelle Bodenqualität im Vergleich zu Flächen, die nur mit Gras begrünt wurden
(Nyamadzawo, Shukla, und Lal 2008). Wos, Pietrzykowski und Józefowska (2015) zeigen,
dass auch die Baumarten die Begleitvegetation beeinflussen. Eine höhere Diversität fanden
die Autoren in Beständen mit Birke und Lärche, weniger hingegen in Erlen-Beständen auf-
grund der Stickstofffixierung im Boden.
Die zahlreichen Versuche mit verschiedenen Baumarten resümieren in die am stärksten ver-
breiteten Baumarten in der Bergbaufolgelandschaft des Lausitzer Braunkohlenreviers: Wald-
Kiefer, Stiel- und Traubeneiche, Hänge-Birke, Roteiche, Robinie, Pappel, Erle und z. T. Win-
terlinde, Bergahorn und Hainbuche (Pietsch und Preußner 2013, 34). Ihr Einsatz ist stark vom
aufzuforsteten Standort abhängig.
Der Einfluss des Bewuchses einer Fläche auf den Wasserhaushalt ist auch auf nachbergbauli-
chen Flächen nachgewiesen. Die Sickerwassermenge ist unter Laubmischbeständen höher als
unter Kiefernreinbeständen (Knoche 2005). Was für die Grundwasserneubildung positiv ist,
kann im Hinblick auf den Austrag und die Verlagerung von Schadstoffen, die aus Abraumma-
terial gelöst werden, negative Auswirkungen auf die Wasserqualität haben. Wie auch auf den
gewachsenen Standorten ändert sich auch auf Kippen die Sickerwasserrate mit dem Waldal-
ter. Bei einem Roteichenbestand sinkt die Sickerwasserrate bis auf 41 – 46 % des Nieder-
schlags innerhalb von 30 Jahren. Dabei ist die Sickerwasserrate in tiefere Schichten vom
Substrattyp abhängig (Knoche, Embacher, und Katzur 2002).
3.4.2
HALDEN
Mit der Bezeichnung Halde sind
Bergehalden
und
Rückstandshalden
des Untertagebaus
gemeint. Bergehalden bzw. Abraumhalden bestehen im Kern aus taubem Gestein, welches
nicht den gewünschten Rohstoff oder die gewünschte Reinheit des Rohstoffs enthält, z. B. im
Steinkohlen- und Uranbergbau, sowie anderes Material, welches bei der Gewinnung und Auf-
bereitung anfällt, z. B. Aschen im Steinkohlenbergbau oder Schlacken im Kupferschieferberg-
bau. Rückstandshalden hingegen bestehen aus Material, welches ausschließlich beim Aufbe-
reitungs- und Gewinnungsprozess des eigentlichen Rohstoffes anfällt und nicht genutzt wer-
den kann, z. B. Rückstände aus dem Heißlöseverfahren beim Kalibergbau. Unter Umständen
kann es durch das Haldenmaterial zu umweltschädlichen Stofffreisetzungen kommen, manch-
mal wird dies erst viele Jahre nach der Beendigung des Bergbaus erfasst. Dies ist haldenspe-
zifisch, d. h. vom aufgehaldeten Material und dem Umgang nach der Aufhaldung abhängig.
Beide Kriterien sind ausschlaggebend für die Standorteigenschaften der am Standort wach-
senden Pflanzen.
Die aktive Rekultivierung von Bergehalden begann erst deutlich später nach der Aufhaldung
des Abraummaterial. Bis eine Überdeckung mit kulturfähigem Bodenmaterial erfolgte, wurden
die Bäume meist direkt in das Bergematerial hinein gepflanzt. Der Erfolg dieser Art der Be-
grünung blieb meistens aus, da das Material sehr grob und nährstoffarm war. Selbst wenn

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- 3 KIPPEN UND HALDEN ALS EXTREMSTANDORTE FÜR WÄLDER -
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das Material die erforderlichen Pflanzennährelemente enthielt, waren diese jedoch nicht pflan-
zenverfügbar. Durch die großen Poren bestand eine hohe Wasserleitfähigkeit, was die Pflan-
zen schlecht mit Wasser versorgen konnte. Bei dieser Form der Rekultivierung, z. B. von
Bergehalden des Steinkohlenbergbaus, wurden hauptsächlich Birken und Robinien eingesetzt,
da diese Baumarten noch am ehesten auf kargen Standorten überleben können. Im Vergleich
zu Bergehalden, die sich trotz oben beschriebener Standortseigenschaften selbst begrünten,
stellte sich erst nach Jahrzehnten ein annähernd natürliches Waldökosystem mit Begleitve-
getation ein (Jochimsen 1991). Auf Kalihalden erfolgte ein ähnliches Vorgehen. Blieb nach
einer langen Periode der niederschlagsbedingten Salzauslösung eine gipshaltige, stark poröse
Regolithschicht zurück, wurden ebenso Sanddorn und Ölweide, als Vertreter salztoleranter
Arten, direkt in das Haldenmaterial hineingepflanzt (Heinze und Liebmann 1991). Bei den
zahlreichen Versuchen mit unterschiedlichen Gehölzen, Gras- und Kräutermischungen stand
das Überleben der Pflanzen im Vordergrund. Die Funktion der Pflanzen, das aufkommende
Sickerwasser über die Verdunstung zu reduzieren, gewann erst später an Bedeutung (Heinze
und Liebmann 2013). Die Probleme bei Anwuchs, Wasser- und Nährstoffversorgung ähneln
denen auf den Bergehalden des Steinkohlenbergbaus. Die Vegetation beeinflusst durch den
kaum vorhandenen Bodenwasserspeicher den Wasserhaushalt nur geringfügig. Die Berge-
und Schlackehalden des Kupferschieferbergbaus wurden ebenso wie die Halden des Stein-
kohlenbergbaus erst viele Jahre nach der Beendigung des Bergbaus mit kulturfähigem Bo-
denmaterial abgedeckt. Der Austrag hoher Schwermetallkonzentrationen und die extrem
spärliche Spontanbegrünung machten die Abdeckung erforderlich. Durch die hohen Schwer-
metallgehalte, wenig pflanzenverfügbare Nährstoffe, Mangel an Stickstoff und die schlechte
Wasserhaltekapazität des Abraums siedelten sich sehr wenige Pioniergehölze, dafür schwer-
metalltolerante Pflanzengesellschaften an. Ebenso unterdrückte Hangerosion und hohe Tem-
peraturen an der Haldenoberfläche die Begrünung (Baumbach 2013).
Aus meist ästhetischen Gründen, aus Gründen der Nachnutzung und der Ökologie, wurden
viele Bergehalden auf Basis langjähriger Erfahrungen im Nachgang mit kulturfähigem Boden-
material abgedeckt. Das verbesserte die Standortbedingungen für den anschließenden Be-
wuchs erheblich. Eine spontane Ansiedlung von Gehölzen und Ruderalpflanzen erfolgte rasch.
Mit gezielten Bodenverbesserungsmaßnahmen konnten auch anspruchsvollere Baumarten
eingesetzt werden als auf nicht-abgedeckten Halden. Ist die Wahrscheinlichkeit gering, dass
aus dem Haldenmaterial keine, oder nur sehr geringe Konzentrationen schädlicher Stoffe aus-
getragen werden, dann dient die Rekultivierungsschicht ausschließlich der Versorgung der
Bäume mit Wasser und Nährstoffen und ihre Mächtigkeit wird dahingehend angepasst.
Zielt die Abdeckung des Haldenmaterials auch darauf ab, das Sickerwasser vom Haldenma-
terial fern zu halten, muss die Wasserhaltekapazität der Rekultivierungsschicht stärker be-
rücksichtigt werden. Auch ist ihre Mächtigkeit von entscheidender Bedeutung und ebenso die
Pflanzenartenwahl. Eine Rekultivierungsschicht und die darauf etablierte Begrünung halten
das Sickerwasser in unterschiedlichem Umfang zurück. In Abhängigkeit vom Abdeckmaterial
und der Art der Begrünung (mit Gras oder Bäumen) kann die Sickerwassermenge auf 7 % bis
26 % der Niederschlagsmenge bei vollständiger Bewaldung mit Laubbäumen (Hildmann, Rö-
sel, u. a. 2016) und bis auf 33 % bzw. 32 % mit Grasdecke (Bilibio u. a. 2017; Heinze und
Liebmann 2013, 294) reduziert werden. Ähnliche Ergebnisse (28 bis 34 %) erzielten Power,
Ramasamy und Mkandawire (2018). Dass neben den Pflanzenarten auch die Art der Abde-
ckung eine große Rolle bei der Sickerwasserreduzierung spielen, zeigt die Auswertung von
Liebmann und Parnieske-Pasterkamp (2000), die Sickerwassermengen zwischen 47 % und
12,5 % des Niederschlagswassers je nach Abdeckmaterialien ermitteln konnten. Diese Er-
kenntnisse sind insbesondere für Kalirückstandshalden von Bedeutung, da aufgrund des leicht

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löslichen Rückstands die Wirksamkeit der Rekultivierungsschicht entscheidend für den Um-
fang der Salzauswaschung ist. Hinzu kommt, dass es bei einer weniger mächtigen Abdeckung
einer Halde zu einem Schadstofftransport in Richtung des Oberbodens kommen kann. Daraus
ergibt sich nicht nur die Kontamination des Bodens, sondern auch die Aufnahme und Anrei-
chung von Schadstoffen in der Haldenvegetation (Gomez-Ros, Garcia und Penas 2013). Der
Austrag von Schwermetallen kann durch die Impfung des Bodens mit Mykorrhiza reduziert
werden (Neagoe u. a. 2009). Eine kapillarbrechende Schicht verhindert hingegen den Was-
seraufstieg. Zudem besteht die Gefahr von Windwurf, da die Bäume nur oberflächennah wur-
zeln und ihre Standfestigkeit an steilen Hängen bei starkem Wind nicht mehr gewährleistet
ist (Hiller und Kaule 1997, 385). Aus diesen Gründen müssen weitere Bedingungen an den
Boden (Abdeckung) und die Pflanzen gestellt werden, z. B. verdunstungsstarke Pflanzenarten
oder die Anpassung der Abdeckschichten. Trotz vielfältiger Rekultivierungsmaßnahmen ver-
bleiben einige, ungünstige Standortbedingungen, wie zum Beispiel die Hangneigung und der
extreme Einfluss der Exposition. Auf steilen Hängen kann es trotz Bewuchs zu Erosion und
Rutschungen kommen, was dem Baumbestand schadet. Südhänge zeigen ein deutlich ande-
res Kleinklima als Nordhänge, was großen Einfluss auf die Wasserversorgung hat (Hildmann,
Knoche, u. a. 2016). Entsprechend ist die Baumartenwahl darauf abzustimmen.
Die Abdeckung von Bergehalden ist hauptsächlich dann von großer Bedeutung, wenn der
Abraum pflanzentoxische, radioaktive oder leicht wasserlösliche Bestandteile besitzt, wie zum
Beispiel Halden des Uranbergbaus. Auch diese Halden zeichnen sich in ihrem Ausgangszu-
stand durch stark geneigte Hänge, extreme Oberflächentemperaturen, sehr großporigem Ma-
terial mit geringer Wasserhaltekapazität und einer erhöhten Säurebildung durch Verwitte-
rungsprozesse aus (Sänger 2013, 391). Diese Standorteigenschaften verhinderten größten-
teils eine Selbstbegrünung. Aufgrund der Gefahr des Austrags großer Mengen an Lösungs-
produkten, gesundheits- und umweltgefährdende Stäuben und Strahlung, ist neben der Ab-
deckung mit einer kulturfähigen Bodenschicht auch der Einsatz einer Dichtschicht erforderlich.
Diese verhindert den Kontakt zwischen Haldenmaterial und Sickerwasser. Die Dichtschicht
weist eine sehr geringe Wasserleitfähigkeit auf und besteht häufig aus Ton. Bei der Halden-
abdeckung ist eine Schicht mit niedriger Wasserdurchlässigkeit für die Reduzierung der Si-
ckerwassermenge bedeutender als die Mächtigkeit der Abdeckschicht (Keller u. a. 2010). Die
Verdunstungsleistung der Vegetation zur Verringerung der Sickerwassermenge spielt dabei
nur eine untergeordnete Rolle. Die Rekultivierungsschicht soll hauptsächlich für günstige
Standortsbedingungen eines flächendeckenden Bewuchses sorgen. Auf den Rohböden kommt
es je nach Standorteigenschaften rasch zu einer Primärsukzession, entweder aus Gräsern und
Kräutern oder mit Gehölzen.
In

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Tabelle 4 sind die verwendetet Baumarten von verschiedenen Haldenstandorten zusammen-
gefasst dargestellt. Die Tabelle enthält sowohl die gepflanzten Baumarten als auch Spontan-
vegetation.

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Tabelle 4: Baumarten auf Berge- und Abraumhalden.
Standort
Baumarten
Quelle
Bergehalde
Stein-
kohlenbergbau
Winter- und Sommerlinde, Feld- und
Bergahorn, Schwarz- und Roterle,
Stieleiche, Schwarzkiefer, Silberpap-
pel, Rosskastanie
(Hiller und Kaule 1997, 387)
Bergehalde
Stein-
kohlenbergbau Saar
Ahorn, Erlen, Birke, Hainbuche, Euro-
päische Lärche, Fichte, Kiefern, Stiel-
eiche, Pappeln, Weiden, Ulmen, Win-
terlinde
(Schmitt 2006)
Steinkohlenhalde bei
Wettin
Vogelkirsche, Feldulme, Esche, Stiel-
eiche, Robinie. Robinie ist vermutlich
Anpflanzung, die anderen Gehölze
sind Spontanvegetation
(Krumbiegel und Otto 1999)
Steinkohlenhalde
Pionierbaumarten: Birke, Robinie,
Erle, Pappel; Dauerholzarten: Stielei-
che, Sal-Weide, Eberesche, Eingriffe-
liger Weißdorn, Hundsrose
(Jochimsen, Hartung, und Fischer
1995)
Steinkohlenhalden
(Ruhrgebiet)
Durch Begrünung: Schwarz- und
Grauerle, Roteiche, Robinie, Spitz-
und Bergahorn, Zitterpappel, Sand-
und Weißdorn
(Heinze 2013, 165, 174 f.)
Steinkohlenhalden
(Lugau/Oelsnitz-Re-
vier)
Pionierwald: Birke, Erle, Weide
Naturverjüngung: Feld- und Berg-
ahorn,
Rot-Buche,
Vogel-Kirsche,
Esche, Europäische Lärche, Späte
Traubenkirsche, Stiel- und Traubenei-
che, Robinie, Pappel, Eibe, Winter-
linde, Eberesche, Fichte, Kiefer, Wey-
mouths-Kiefer
(Heinze 2013, 258 f.)
Steinkohlenhalden
(Lugau/Oelsnitz-Re-
vier)
Durch Rekultivierung (1950er): Birke,
Rot-Eiche, Pappeln, Erlen, Robinie,
Eberesche, Eschenblättriger Ahorn,
Traubenkirsche
Durch Rekultivierung (bis 1990):
Birke, Rot-Eiche, Stiel- und Trauben-
Eiche,
Bergahorn,
Grau-
und
Schwarz- Erle, Pappeln
Neue Pflanzversuche (bis 2006):
Berg-Ahorn, Weiß-Tanne, Stiel-Eiche,
Rot-Buche, Douglasie
(Heinze 2013, 264 f.)
Kalirückstandshalde
(Südharzrevier)
Ohne Abdeckung, spontan: Pappeln,
Kiefer, Weiden, Ahorn, Birke, Hainbu-
che, Rot-Buche, Stiel- und Rot-Eiche,
Lärche, Eberesche, Fichte; Gepflanzt:
Sanddorn, Ölweide, Silber-Ölweide,
Kiefern, Erlen, Weiden, Pappeln
(Heinze und Liebmann 2013, 282)
Kalirückstandshalde
(Südharzrevier)
Ohne Abdeckung, gepflanzt: Sand-
dorn, Schneebeere, Ölweide, Bastar-
dindigo
(Heinze und Liebmann 1991)
Kalirückstandshalde
(Südharzrevier)
Pflanzempfehlung mit Abdeckung: Ei-
chen, Edellaubhölzer, Buche, Hainbu-
che, Linden (je nach Standorteigen-
schaften)
(C. Hildmann, Knoche, u. a. 2016)
Kupferschieferhal-
den
Spontanvegetation ohne Abdeckung:
Birke, Berg-Ahorn, Eberesche, Espe,
Vogelkirsche u. a.
(Baumbach 2013, 341)
Kupferschieferhal-
den
Bepflanzungsversuche mit Bodenauf-
trag und Boden-Abraum-Mix: Grau-
Erlen, Birke, Robinie, Espe mit hohen
Ausfällen
(Baumbach 2013, 341)

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Kupferschieferhal-
den
Mit Abdeckung: Pionierbaumarten,
gepflanzte und eingewanderte Neo-
phyten:
Blasenstrauch,
Erbsen-
strauch, Robinie, Ölweide, Trauben-
kirschen, Flieder.
Feldahorn, Robinie, Stieleiche, Hain-
buche, Birke
(Baumbach 2013, 363 f.)
Uranerzhalden
Spitz- und Berg-Ahron, Schwarz-Erle,
Hänge-Birke, Eingriffeliger Weißdorn,
Gewöhnliche
Esche,
Gewöhnliche
Fichte, Wald-Kiefer, Zitter-Pappel, Vo-
gel-Kirsche, Trauben- und Stiel-Eiche,
Robinie, Sal-Weide, Eberesche
(Sänger 2013, 396)
Die Wassermenge, die als Sickerwasser letztendlich das Abraummaterial bzw. das Rück-
standsmaterial erreicht, wird durch mehrere Faktoren gesteuert. Hauptsächlich reduziert eine
Dichtschicht die Sickerwassermenge, zusätzlich wirkt die Rekultivierungsschicht als Wasser-
speicher, welcher über die Verdunstung durch Pflanzen in Anspruch genommen wird. Hinzu
kommen jedoch auch die klimatischen Bedingungen am jeweiligen Standort. Bei niedrigem
Jahresniederschlag gelangt auch nur ein geringer Anteil als Sickerwasser durch die Abdeck-
schichten (z. B. 6 % in Rohde, Defferrard und Lord (2016); 12 – 22 % in Barber, Ayres und
Schmid (2015)).
3.4.3
NACHBERGBAULICHE FLÄCHEN IM VERGLEICH ZU NATÜRLICHEN GEHÖLZSTANDORTEN
Die beiden vorangegangenen Kapitel haben die extremen Standorteigenschaften und die da-
raus resultierenden schwierigen Bedingungen zur Etablierung von Wäldern hervorgehoben.
Dabei unterscheiden sich die Kippenstandorte von den Haldenstandorten, zeigen jedoch auch
Gemeinsamkeiten. Die wesentlichen Unterschiede zu den natürlichen Gehölzstandorten soll
im Folgenden nochmals dargestellt werden:
Schlechte Wasserversorgung durch grobporiges Abraum- und Kippmaterial und gerin-
gem Feinkornanteil
Fehlendes Bodenleben unterbindet Humusaufbau
Fehlende Mykorrhiza erschwert die Versorgung der Bäume mit Wasser und Nährstoffen
Geringer Gehalt abbaubarer organischer Substanz
Fehlende Diasporen erschweren die Spontanbegrünung
Mineralstoffe im Abraummaterial sind meist nicht pflanzenverfügbar
Niedrige pH-Werte durch Mineralverwitterung und Säurebildung
Hohe Temperaturen an stark exponierten Hängen unterdrückt das Pflanzenwachstum
Durch verschiedene Rekultivierungsmaßnahmen zur Verbesserung der Standorteigenschaf-
ten, vorrangig die des Bodens, kann sich über die Zeit ein annähernd natürlicher Zustand
bzw. ein eigenständiger Nährstoffkreislauf einstellen. Das Aufbringen von kulturfähigem Bo-
denmaterial beschleunigt die sonst Jahrzehnte dauernde Bodenbildung und ist der Ausgangs-
punkt für eine erfolgreiche forstliche Rekultivierung von Berge- und Rückstandshalden, d. h.
die Bestockung mit Gehölzen. Auf Kippenstandorten unterstützen umfangreiche Zugaben von
Dünger und Kalk die Bodenverbesserung. Über die Zeit bildet sich eine Streuablage durch
herabfallendes Laub, womit sich das Bodenleben erhöht und der Aufbau der organischen Sub-
stanz verbessert wird (Dageförde u. a. 2000).

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Trotz extremer Bedingungen gleichen die Auf- und Abbauprozesse von organischer Substanz
und die Aufnahme von Nährstoffen und Wasser durch die Pflanzen den gewachsenen Böden
und den darauf wachsenden Gehölzen.
3.5 FORSTLICHE REKULTIVIERUNG IM INTERNATIONALEN VERGLEICH
In diesem Kapitel werden die unterschiedlichen Vorgehensweisen bei der Rekultivierung nach-
bergbaulicher Flächen im internationalen Vergleich beschrieben. Während sich die Maßnah-
men stark ähneln, gibt es vor allem Unterschiede in der Zielsetzung der forstlichen Rekulti-
vierung. Untersuchungen auf den aufgeforsteten Flächen zeigen die oben beschriebenen
Wechselwirkungen zwischen Boden, Pflanzen und Wasser und die damit einhergehenden Ef-
fekte für den Stoff- und Wasserhaushalt der nachbergbaulichen Flächen sowie den gezielten
Einsatz von Bäumen.
3.5.1
VEREINIGTE STAATEN VON AMERIKA
Bei der forstlichen Rekultivierung der großen Kohleregionen im mittleren Westen der USA
kommt bereits seit 1977 ein 5-Schritte-Ansatz bei der Aufforstung der Bergbaufolgelandschaft
zum Einsatz (Burger u. a. 2005; Forest Service 2017). Dieser Ansatz umfasst:
1. Durchwurzelungsfähiges Substrat als mindestens 1,2 Meter mächtige Schicht aufbrin-
gen.
2. Substrat locker aufbringen und nicht verdichten.
3. Die Auswahl der krautigen Begleitvegetation soll hinsichtlich seiner Standortansprü-
che denen der Baumarten erfolgen. D.h. sind Lichtbaumarten geplant, sollen auch
lichtliebende, krautige Pflanzen gesät werden.
4. Zwei Typen von Baumarten sollen gepflanzt werden, einerseits Pionierbaumarten zur
Stabilisierung des Bodens und zur Etablierung der Tierwelt und andererseits Baumar-
ten für die Holzproduktion (z. B. Eiche, Ahorn, Esche)
5. Geeignete Pflanztechnik einsetzen.
Ist das Abraummaterial für eine Bodenentwicklung nicht geeignet, erfolgt eine Abdeckung mit
kulturfähigem Material. Die Halden werden dann in vier Standortstypen unterteilt, abhängig
von Exposition und Neigung. Dies wirkt sich vor allem auf die Bodenfeuchte und die Lichtin-
tensität aus. Für jeden Standortstyp, kombiniert mit dem Ziel der Flächennutzung und der
umgebenden Landschaft werden Baumartenzusammensetzungen empfohlen. Neben den ge-
eigneten Baumarten, gibt es zudem Empfehlungen für die Pflanztechnik und Maßnahmen zur
Erlangung einer möglichst natürlichen Vielfalt auf den aufgeforsteten Flächen (Forest Service
2017).
Untersuchungen mit Bäumen auf verschieden intensiv verwittertem Kippsubstrat im Appala-
chen Kohlerevier haben gezeigt, dass auf allen Standorten der Oberflächenabfluss stark re-
duziert wird (12 % des Niederschlags). Zudem werden Niederschlagsspitzen abgefangen
(Taylor u. a. 2009). Die wechselseitige Beeinflussung von Kippsubstrat und Laubbäumen wird
bei der Betrachtung der Sickerwassermenge und der Evapotranspiration eines Bestands deut-
lich. Bietet das Kippsubstrat bessere Wuchsbedingungen für die Bäume, ist eine niedrigere
Ausfallrate und ein intensiveres Wachstum zu verzeichnen. Ein üppigerer Wuchs führt zu einer
höheren Evapotranspiration und niedrigeren Sickerwassermengen (Sena u. a. 2014). Andere
Untersuchungen zeigen, dass die Infiltrationsrate einer mit Bäumen bestockten, stark geneig-
ten Fläche (mit Begleitvegetation) höher ist als auf einer vergleichbaren Rekultivierungsfläche

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ausschließlich mit Grasbewuchs (Clark 2017). Somit ist die Versorgung der Bäume mit Wasser
auch auf geneigten Rekultivierungsflächen gesichert. Das infiltrierte Wasser kann im Boden
gespeichert und über die Pflanzen verdunstet werden.
3.5.2
GROßBRITANNIEN
In Großbritannien erfolgt die forstliche Rekultivierung in ganz ähnlichem Umfang wie in den
USA und Deutschland. Die Baumartenauswahl erfolgt nach Zielvorgaben und Standortsbedin-
gungen. Beim Standort stehen vor allem die Verfügbarkeit von Oberbodenmaterial für die
Vorbereitung der Fläche, die Bodenfeuchte und die bodenchemischen Verhältnisse (pH-Wert),
die Ausgangsbelastung, das lokale Klima und die Exposition im Vordergrund. Für die Auffors-
tung werden heimische Baumarten verwendet, wobei ein Mix aus geeigneten Arten sowohl
aus landschaftsgestalterischen Gründen als auch aus Gründen der ökologischen Stabilität des
Bestandes angestrebt wird. Die Baumartenauswahl orientiert sich zudem an den Bedürfnissen
von Wildtieren, der Funktion als Erholungsort und den Anforderungen für die Holznutzung.
Dabei muss berücksichtigt werden, dass sich manche Baumarten positiv, andere negativ be-
einflussen. Mithilfe einer Übersicht von zahlreichen Baumarten (Tabelle 5) in Moffat und
McNeill (1994) können je nach Standortverhältnissen geeignete Baumarten ausgewählt wer-
den. Die Pflanzung erfolgt entweder mit Containerpflanzen oder durch das Umpflanzen ver-
schulter Bäume mit unterschiedlichem Alter (Moffat und McNeill 1994). Hierbei orientiert sich
die Pflanzenwahl nicht an deren Vermögen den Standort zu verbessern, sondern nach den
Eigenschaften der für die Rekultivierung vorbereiteten Fläche und den dafür geeigneten
Baumarten.

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Tabelle 5: Empfehlung von Baumarten für verschiedene Standortsbedingungen; verändert
nach Moffat und McNeill (1994).
3.5.3
AUSTRALIEN
In Australien befinden sich die weltweit größten Bauxitminen, wo der Bauxit in Tagebauen
gewonnen wird. Die forstliche Rekultivierung beginnt mit der Aufbringung des abgezogenen
und zwischengelagerten Oberbodens mit samt des darin enthaltenen Samenspektrums ein-
heimischer Pflanzenarten. Bei der Planung und der Umsetzung der Rekultivierung steht die
Einbindung in die umgebende Landschaft weit im Vordergrund. Daher wird im Vorfeld des
Abbaus Samen auf der zukünftigen Tagebaufläche gesammelt, vermehrt und hinterher wieder
ausgebracht. Zudem ist die vegetative Vermehrung entsprechender Arten möglich. Diese drei
Varianten der Übertragung heimischer Pflanzenarten aus den angrenzenden Wäldern ist ein
zentraler Bestandteil der forstlichen Rekultivierung in Australien (Grant und Koch 2007).
3.5.4
AFRIKA
Die großen Bergbauregionen Afrikas sind vor allem in der Demokratischen Republik Kongo,
in Südafrika, Kenia, Ghana, Sambia, Zimbabwe, Ruanda, Nigeria und Marokko zu finden.
Baumart
Schwerer
Boden
Kalkreicher
Boden
Saurer
Boden
Hangneigung
Bemerkung
Bergahorn
Eberesche
Esche
X
X
X
Nur Nährstoff-
reiche Stand-
orte
Europä.
Lär-
che
X
Fahl-Weide
X
X
Feldahorn
Gemeine Birke
X
X
Grau-Erle
N-Fixierung
Grau-Pappel
Mehlbeere
Moorbirke
X
Robinie
X
N-Fixierung
Rot-Eiche
Schwarzerle
X
N-Fixierung
Salweide
X
Schwarzerle
N-Fixierung
Silberpappel
X
Spitzahorn
X
Stieleiche
Nur nährstoff-
reiche Stand-
orte
Vogelkirsche
X
X
X
Nur nährstoff-
reiche Stand-
orte
Wald-Kiefer
X
X
Weißdorn

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Hauptsächlich werden in den Minen Kupfer, Kobalt, Gold, Uran, Blei, Zink, Zinn sowie Kalk-
stein und Sand abgebaut (Festin u. a. 2019). Die meisten Kippen- und Abraumstandorte sind
hoch belastet, vor allem mit Schwermetallen. Die Rekultivierung der Bergbaufolgelandschaf-
ten konzentriert sich im Wesentlichen auf die Phytoremediation. Dies umfasst zum einen die
Schadstoffaufnahme durch Pflanzen und deren konsequente Entnahme von den Flächen, teils
mit einem zusätzlichen wirtschaftlichen Nutzen (Petelka u. a. 2019; Sheoran, Sheoran und
Poonia 2012; Sinkala 2018). Zum anderen dienen die Pflanzen der Bodenverbesserung und
der Entwicklung der Bodenchemie, was die Adsorption, Akkumulation und Ausfällung von
Schadstoffen begünstigen und deren Immobilität garantieren soll. Die Pflanzenauswahl, wobei
sowohl krautige Arten, Gräser als auch Baumarten genutzt werden, orientiert sich an deren
Funktion der Schadstoffaufnahme bzw. deren Toleranz gegenüber bestimmten Schadstoffen.
Die Bodenverbesserungsmaßnahmen zeigen auf mehreren Untersuchungsstandorten, dass
sich Kompost positiv auf die Bodenfruchtbarkeit und die Vitalität der Pflanzen auswirkt und
die Schadstoffaufnahme durch die Pflanzen reduziert wird. Es besteht bei der Rekultivierung
stets der Anspruch, heimische Arten zu verwenden (Festin u. a. 2019). Es gibt jedoch auch
Felduntersuchungen, die gezeigt haben, dass die Aufforstung von Flächen des Zinnbergbaus
mit Eukalyptus nicht den gewünschten Effekt einer Bodenverbesserung erreicht hat. Statt-
dessen kam es zu einer Bodenverdichtung und zum Fehlen jeglicher Bodenvegetation, was
eine geplante landwirtschaftliche Folgenutzung nicht möglich machte (Alexander 1989b). Ei-
nen deutlich positiveren Effekt auf die Etablierung der Bodenvegetation zeigen
Acacia albida
Bestände auf Flächen des Zinnbergbaus (Alexander 1989a). Die Untersuchungen von zeitlich
gestaffelten Aufforstungsflächen zeigten, dass die Nährstoffgehalte im Boden von rekultivier-
ten Flächen bis zum Ausgangsniveau nicht-bergbaulich genutzter Flächen erhöht und eine
entsprechende Bodenflora und -fauna etabliert werden konnte (Lubke, Avis und Moll 1996).
3.5.5
SÜDAMERIKA
In Südamerika wird großflächig Kohle und Bauxit in Brasilien, Gold in Kolumbien und Peru
abgebaut. Peru ist der größte Goldlieferant in Südamerika und einer der größten weltweit.
Jedoch erfolgt die Goldförderung oftmals in illegalen Minen. Bei der nachbergbaulichen Auf-
forstung steht vor allem die Flächenvergrößerung des Regenwaldes im Vordergrund. Die Her-
ausforderung besteht in der Auswahl geeigneter Baumarten und deren Toleranz gegenüber
sehr ungünstigen Bodenbedingungen begleitet von einer hohen Quecksilber-Toxizität. In ers-
ten experimentellen Versuchen erwies sich die Pflanzung mit Wurzelballen und eine zusätzli-
che Düngung als wesentliche Faktoren, die das Wachstum erhöhen und die Ausfallrate senken
(Román-Danobeytia u. a. 2015).
Der Bauxitabbau in Brasilien führt nicht nur zum Verlust großer Regenwaldflächen, sondern
auch zu einer starken Bodendegradierung. Die Aufforstung mit heimischen Baumarten, zum
Beispiel mit Paranussbäumen, wird dadurch erschwert, dass der eisenreiche oberflächennahe
Lateritboden sehr stark verdichtet ist. Dies schränkt die Durchwurzelung und damit das
Wachstum und das Überleben der Bäume enorm ein. Daher empfehlen die Autoren den Bo-
denauftrag des vorbergbaulichen Oberbodens (Freitas Melo u. a. 2018). Abgezogenes und
zwischengelagertes Bodenmaterial von vorbergbaulichen Flächen verliert zwar organische
Substanz und Bodenaktivität während der Lagerung, kann sich jedoch wieder erholen, wenn
es vorsichtig aufgetragen wird. Im Vergleich dazu benötigt bodenbildendes Material deutlich
mehr Zeit, um organisches Material im gleichen Umfang wie natürlicher Boden anzureichern
(A. J. Moffat 2004, 1081). Dies spricht für die Übertragung von Bodenmaterial, wenn dies
möglich ist.

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3.5.6
POLEN
Der überwiegende Teil der Bergbaufolgelandschaft der zwei größten Braunkohletagebaue in
Polen ist mit Bäumen bestockt (Kasztelewiczi 2014), vor allem mit Erle, Birke, Lärche, Kiefer
und Eiche (Prasad, de Campos Favas und Maiti 2018, 118ff.). Die Wahl der Baumarten hängt
maßgeblich von der Qualität des Kippsubstrats, den klimatischen Bedingungen und der spä-
teren Nutzung ab (Prasad, de Campos Favas und Maiti 2018, 494). Daher sollte die Auffors-
tung mit einem Mix an Baumarten erfolgen, die verschiedene Funktionen erfüllen können, d.
h. Pionierbaumarten, Zielbaumarten und Baumarten zur Phytomelioration (Pietrzykowski
2019). Zum Beispiel wirken sich Laubbaumarten wie Birke, Erle und Eiche positiver auf die
Entwicklung der bodenbiologischen Eigenschaften von Kippsubstraten aus als Nadelbaumar-
ten wie Kiefer und Lärche (Józefowska, Wos und Pietrzykowski 2016). Damit soll erreicht
werden, dass die Bäume die Eigenschaften des Kippsubstrats in der Hinsicht positiv beein-
flussen, dass später anspruchsvollere Baumarten am Standort gepflanzt werden und sich ent-
wickeln können. Dies schließt vor allem die verbesserte Versorgung mit Nährstoffen ein.
Die anfänglich stark verbreiteten Bestände mit Kiefernmonokulturen werden zunehmend mit
Laubbaumarten durchmischt, auch wenn Kiefern im Kippenboden genau so viel Kohlenstoff
anreichern wie im natürlichen Waldboden (Pietrzykowski und Krzaklewski 2010). Das Ziel
einer Durchmischung mit Laubbäumen ist nicht nur die Erhöhung der Diversität der Waldbe-
stände, sondern die Verbesserung der Nährstoffversorgung durch deutlich nährstoffreichere
Streu der Laubbäume. Mit steigendem Laubbaumanteil am Bestand verbessern sich nach-
weislich die Bodeneigenschaften (Nährstoffe, Textur, Säuregehalt, C/N-Verhältnis) auf Berg-
bauflächen (Pietrzykowski 2014).
3.5.7
TSCHECHISCHE REPUBLIK
Nicht nur deutsche Bergbauregionen durchliefen die obengenannte stufenweise Entwicklung
der forstlichen Rekultivierung, sondern auch die in der Tschechischen Republik (Wirth, Cernic
Mali und Fischer 2012). Von der anfänglichen Aufforstung mit Pionierbaumarten erfolgte eine
waldbauliche Entwicklung hin zu wirtschaftlich wertvollen Zielbaumarten. Neben der forstwirt-
schaftlichen und landwirtschaftlichen Rekultivierung tschechischer Bergbauflächen, tritt zu-
nehmend die Bedeutung der Bergbaufolgelandschaft als Areal mit potenziell hoher Biodiver-
sität in den Vordergrund. Naturnahe Habitate können besonders dann entstehen und erhalten
werden, wenn auf den Flächen die spontane Sukzession erlaubt wird. Die Aufforstung zielt
hauptsächlich auf die Holzproduktion ab. Oftmals werden auch noch nicht-einheimische oder
gar invasive Baumarten gepflanzt (Tropek und Prach 2012). Den größten Anteil an den auf-
geforsteten Flächen stellen Roteiche, Schwarzerle und Birke, während auf Sukzessionsflächen
Pionierarten wie Pappel, Birke und Weide auftreten. Insgesamt sind die Sukzessionsflächen
diverser als die aufgeforsteten Flächen (Šebelíková, Řehounková und Prach 2016). Da jedoch
gepflanzte Bäume zu einer höheren Produktqualität führen, empfehlen Vacek u. a. (2018)
eine Kombination aus beiden Flächenkategorien. Darüber hinaus hat die Baumartenwahl so-
wohl Einfluss auf die Entwicklung der mikrobiellen Diversität in der Humusschicht (Chodak,
Pietrzykowski und Sroka 2015) als auch auf die Zusammensetzung der Bodenvegetation
(Rawlik, Kasprowicz und Jagodzinski 2018).

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3.6 FORSTLICHE REKULTIVIERUNG IN SACHSEN
In Sachsen zählen die ältesten Waldbestände auf Kippen bereits mehr als 90 Jahre. Bei der
anfänglichen Aufforstungspraxis sollten Mischbestände mit Weiß-Erle, Robinie, Gemeiner
Birke, Trauben- und Rot-Eiche, Spitz- und Bergahorn, Gemeiner Esche, Winter-Linde, Hain-
buche, Rot-Buche, Wild-Birne, Gemeiner Kiefer, Weymouths-Kiefer und Weißdorn etabliert
werden. Großflächige Rekultivierungsmaßnahmen starteten in den 1950er Jahren, als die
Bergbautreibenden gesetzlich dazu verpflichtet wurden, die ausgekohlten Flächen wieder
nutzbar zu machen. In den 1950er und 1960er Jahren begann im Mitteldeutschen Revier die
großflächige Aufforstung mit Pappelhybriden, im Gegensatz zur Aufforstung mit Kiefer im
Lausitzer Revier. Trotz umfangreicher Untersuchungen und Kartierungen der Kippsubstrate
und des gewachsenen Bodens im Vorfeld des Abbaus und den damit gewonnenen neuen Er-
kenntnissen blieb die Rekultivierung in Form von Reinbeständen aus Pappel und Kiefer ein
politisches Ziel. Erst in den 1980er Jahren änderte sich in Sachsen das Leitbild hin zu einer
multifunktionalen Bergbaufolgelandschaft (Thomasius u. a. 1999).
Die Sanierung von Bergehalden des Uranbergbaus durch die Wismut GmbH unterscheidet sich
von der forstlichen Rekultivierung der Kippenstandorte hauptsächlich darin, dass die Berge-
halden mit einer Tonschicht, einer Speicherschicht aus Mineralboden und mit Kulturboden
abgedeckt werden. Eine Abdeckung ist erforderlich, um die Infiltration von Niederschlagswas-
ser in den Haldenkörper und damit die Bildung schadstoffhaltiger Haldenwasser zu minimie-
ren. Des Weiteren soll der direkte Kontakt mit dem Haldenmaterial unterbunden und die Um-
welt vor radioaktiver Strahlung geschützt werden. Das Bodenmaterial ist zudem die Basis für
die Begrünung. Da die Reduzierung des Haldensickerwassers durch die Abdeckschichten ge-
leistet werden soll, orientiert sich die Wahl der Begrünung vorrangig daran, die Abdeck- bzw.
Dichtschicht nicht zu beschädigen und die Halden in das bestehende Landschaftsbild einzu-
binden. Zahlreiche Untersuchungen von etablierten Forstbeständen auf Halden haben gezeigt,
dass die Ausprägung der baumartenspezifischen Wurzeltracht von den Bodenverhältnissen
abhängt. Bei der Erstaufforstung von Halden werden diese Erkenntnisse berücksichtigt. Häufig
erfolgt der Bewuchs mit Bäumen durch die natürliche Sukzession, beginnend mit Pionier-
baumarten wie Birke, Weiden, Pappeln und Erlen (Sänger 2016). Das Zusammenspiel von
Abdeckung und Begrünung ist für den Rückhalt von Schadstoffen deutlich effektiver als eine
Begrünung ohne Abdeckung. Untersuchungen auf sächsischen Halden zeigen Sulfat- und
Schwermetallrückhalt von mindestens 85 % im Vergleich zu Halden mit Begrünung aber ohne
Abdeckung (Willscher u. a. 2010).
Die Löslichkeit von Schwermetallen hängt wesentlich von den vorherrschenden bodenchemi-
schen Eigenschaften des Standortes ab. Ein niedriger pH-Wert fördert, ein hoher pH-Wert
hemmt die Löslichkeit von Schwermetallen. Zu diesem Zweck enthält die Abdeckung von
Uranhalden, wie z. B. in Ronneburg, Kalk zur Stabilisierung des pH-Werts des Sickerwassers.
Damit soll die Mobilisierung von Schwermetallen im Abraum unterbunden werden (Paul, Gen-
gnagel und Baacke 2006).
Der Steinkohlenbergbau in Sachsen wurde bereits Anfang des 20. Jahrhunderts eingestellt.
Die Rekultivierung der Bergehalden begann in den 1920er und 1930er Jahren vereinzelt an
wenigen Halden. Die Begrünung erfolgte bis dahin durch Sukzession, wobei die Erstbesiedlung
bereits mehrere Jahrzehnte dauerte. Aus diesem Grund begann der gezielte Lebendverbau,
was vor allem die Erosion an den Böschungen unterbinden sollte. Die Aufforstung im größeren
Umfang begann in den 1950er Jahren. Besonders gut eigneten sich Hänge-Birke, Rot-Eiche,

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- 3 KIPPEN UND HALDEN ALS EXTREMSTANDORTE FÜR WÄLDER -
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VITA-MIN
Pappel-Hybriden, Aspe, Schwarz-Erle, Robinie, Eberesche, Eschen-Ahorn, Gewöhnliche Trau-
benkirsche, Kolben-Sumach und Kartoffelrose. Die Auswahl der Baumarten erfolgte haupt-
sächlich nach deren Widerstandsfähigkeit gegenüber Trockenheit und Raucheinfluss, doch
auch das Haldensubstrat war von großer Bedeutung für den Anwuchs- und Etablierungserfolg
der Bäume (Hoth u. a. 2009b).
Auf ertragsarmen Standorten, wie z. B. frisch rekultivierten, sandigen Böden ist der Anbau
von schnellwachsenden Baumarten zur Nutzung als Kurzumtriebsplantage (KUP) möglich
(Landgraf u. a. 2018, 451). Versuche dazu wurden beispielsweise im Mitteldeutschen Revier
südlich von Leipzig durchgeführt. Im Vergleich dazu ist die Etablierung an steilen Haldenhän-
gen, wie denen der WISMUT GmbH, eher ungünstig und weniger praktikabel und wird daher
nicht praktiziert (Landgraf, Böcker und Marski 2007).
3.7 EINSATZ VON FORSTANBAUSYSTEMEN ENTLANG DER VORFLUTER
Den Oberflächengewässern zuströmendes Wasser, ob als Oberflächenabfluss, Zwischenab-
fluss oder Grundwasser, fließt in der Gewässeraue vergleichsweise oberflächennah. Hier be-
steht die Möglichkeit, durch Gehölzbestände Einfluss auf das Wasser zu nehmen, soweit die
Gehölze das Wasser mit ihren Wurzeln erreichen. Über die Verdunstung in diesen Beständen
kann somit auch die Menge des zufließenden Wassers reduziert werden.
Als Ansatz zur Verbesserung der Gewässerqualität können über die Gewässerrandstreifen
(§ 38 WHG) hinaus deshalb gezielt breitere Gehölzstreifen oder Feuchtgebiete angelegt wer-
den. Deren positive Wirkung auf die Wasserqualität vor allem in Hinblick auf die aus der
Landwirtschaft stammenden Nährstoffe Stickstoff und Phosphor sowie Aspekte zur effektiven
Gestaltung der Randstreifen (z.B. Mander u. a. 1997; Weissteiner, Bouraoui und Aloe 2013;
Chang u. a. 2010; Lowrance und Sheridan 2005; Newbold u. a. 2010; Kuglerová u. a. 2014)
sind gut untersucht. Hinweise zum Einsatz von mit Wald versehenen Gewässerrandstreifen
zur Reduzierung bergbaulich veränderter Wässer konnten nicht gefunden werden.
Die Gehölzbestände wirken auf unterschiedliche Weise auf das Wasser. Oftmals geht dies in
der Aue mit einer Verringerung des Gefälles einher, sodass durch die Abbremsung des Was-
serflusses partikuläres Material abgelagert werden kann. Durch die Verdunstung wird ein Teil
des Wassers entnommen und wieder der Atmosphäre zugeführt. Durch diesen Prozess werden
die Stoffkonzentrationen möglicherweise erhöht. Nährstoffe wie Stickstoff und Phosphor wer-
den von Gehölzen aufgenommen und in die Biomasse eingebaut. Auch können die mikrobio-
logischen Prozesse im Randstreifen dazu beitragen, dass Stickstoffverbindungen umgeformt
und so zurückgehalten werden.
Bei bergbaulich beeinflussten Gewässern sind es jedoch überwiegend Sulfat, Eisen und
Schwermetalle, die die Gewässer belasten. Diese werden von den Gehölzen meist nicht in
relevanten Mengen aufgenommen. Mit der Abbremsung des Wasserflusses können einige der
Stoffe möglicherweise im Boden selbst festgelegt werden. Mit der Verdunstung des zuströ-
menden Wassers kann sich dessen Stoffkonzentration jedoch auch erhöhen. Die Stofffrachten
in das Oberflächengewässer sind dann möglicherweise lediglich zeitlich verschoben, aber nicht
unbedingt in der Summe verringert. Hierfür müsste das Wasser durch künstliche Feuchtge-
biete geleitet werden, die etwa über gezielt herbeigeführte reduzierende Bedingungen eine
Festlegung der Stoffe (z. B. Eisen als Eisen(di)sulfid) ermöglichen.
Als Gehölzarten für gewässerbegleitende Forstanbausysteme können die in den natürlichen
Auen vorkommenden Arten verwendet werden. In den überwiegenden Fällen sind es die direkt

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- 3 KIPPEN UND HALDEN ALS EXTREMSTANDORTE FÜR WÄLDER -
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VITA-MIN
an die Gewässer angrenzenden Bereiche der Aue, in denen Schwarz- und Grauerle, aber auch
verschiedene Weiden- und Pappelarten und Eschen je nach den Standorteigenschaften zum
Einsatz kommen können.
3.8 KLIMAWANDEL UND BAUMARTENWAHL
Unter Berücksichtigung der im 3 Kapitel detailliert zusammengetragenen Informationen, zeigt
die folgende Tabelle 6 zusammenfassend Standortansprüche von 37 verschiedenen Baumar-
ten, die für Kippen- und Haldenstandorte, mit Blick auf das sächsische Waldentwicklungsziel,
forstliche Anbauoptionen darstellen können. Mithilfe der vier betrachteten Eigenschaften
(Spätfrost-Resistenz, Trockenheits-Toleranz, Nährstoffmangel-Toleranz und Kälte-Toleranz)
soll das komplexe Zusammenspiel zwischen Standortansprüchen einer Baumart (Kleinklima,
Witterung, bio-physiko-chemische Ausstattung des Bodens) und ihre genetisch physiologi-
schen Möglichkeiten bzw. Grenzen gesamtheitlich betrachtet werden. Anstatt anhand von
Grenzwerten einzelner Parameter wie z. B. Temperatur, Niederschlag, Evapotranspiration o-
der substratbedingtes Wasserhaltevermögen, die Überlebensfähigkeit von Baumarten fest zu
machen, ist mit Tabelle 6 eine praxisbezogene Aussage möglich (Härdtle, Ewald und Hölzel
2006).
Zusätzlich ist mit der KLimaArtenMatrix (KLAM) die Verwendbarkeit von Baumarten für
Waldökosysteme unter Bedingungen des Klimawandels bewertet worden (Roloff und Gillner
2009; Roloff und Grundmann 2008). Diese Daten beruhen auf bereits publizierten Analysen
zu den physiologischen und ökologischen Potentialen der Arten. Für die KLAM ist ebenfalls der
Ansatz über die Trockentoleranz (erster Wert) und Winterhärte (zweiter Wert; beinhaltet
Frostempfindlichkeit/-härte und Spätfrostgefährdung) verfolgt worden.
So ist beispielsweise die Gemeine Kiefer, als eine der Hauptwirtschaftsbaumarten, mit einem
KLAM-Wert von 1.1 nicht nur auf mäßig frischen bis mäßig trockenen bzw. trockenen bis sehr
trockenen Standorten (Einstufung gemäß ökologischer Feuchtestufe) sehr geeignet. Auch
zeigt sie sich im Punkt Winterhärte äußerst robust und gilt auch hier als sehr geeignet. Das
zeigen auch die weiteren Tabellenspalten mit dem Höchstwert 5.
Als ein weiteres Beispiel zeichnet sich die Weiß-Tanne zwar durch eine hohe Winterhärte mit
hoher Spätfrost- und Kälte-Toleranz aus, ihre Trockenheitstoleranz hingegen ist als proble-
matisch (KLAM) bzw. niedrig (Stufe 3) einzuschätzen. Auch die Fichte ist hinsichtlich ihrer
Trockentoleranz nach KLAM der Stufe drei zugeordnet. Die Weißtanne ist jedoch auf Stand-
orten, auf denen die Fichte durch Trockenheit ausfällt, aufgrund ihrer vergleichsweise tiefrei-
chenden Durchwurzelung durchaus eine Option, kommt für die hier betrachteten Flächen al-
lerdings nicht in Frage. Traubeneiche, Gemeine Birke, Hainbuche oder auch Winterlinde, Mehl-
beere und Feldahorn als Mischbaumarten, erscheinen für die Begrünung von Halden unter
Klimawandel als eher zielführend.
Es entsteht somit eine mehrdimensionale Eignungseinschätzung der verschiedenen Baumar-
ten. Es zeigt sich, dass die meisten der heimischen Arten unter Beachtung der geeigneten
Standortswahl ein hohes Potential haben, um auch in Zukunft stabile Wälder bilden zu können
(Roloff und Grundmann 2008).

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- 3 KIPPEN UND HALDEN ALS EXTREMSTANDORTE FÜR WÄLDER -
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Tabelle 6: Bewertung von Standortansprüchen, Eigenschaften und klimatischer Zukunfts-
tauglichkeit (KLAM) von 37, für die Rekultivierung von Kippen- und Haldenflächen, relevante
Baumarten. Hierbei gilt für die KLAM: erste Ziffer = Trockenheitstoleranz, zweite Ziffer =
Winterhärte, in der Abstufung 1 = sehr geeignet, 2 = geeignet, 3 = problematisch, 4 = sehr
eingeschränkte Eignung. Für die weiteren Spalten gilt: 1 = sehr niedrig, 2 = niedrig, 3 =
mittel, 4 = hoch, 5 = sehr hoch; verändert nach Roloff, A. und Gillner, S. 2009 (KLAM) und
Härdtle, W. u. a. 2006. * Werte wurden anhand verschiedener Quellen eigens eruiert.
Hauptwirt-
schafts-baum-
arten
Einstu-
fung
nach
KLAM
Spät-
frost-
Resis-
tenz
Trocken-
heits-Tole-
ranz
Nährstoffman-
gel- Toleranz
Kälte-
Tole-
ranz
Europ. Lärche
2.2*
4
4
4
5
Fichte
3.2
3
3
4
5
Gemeine Birke
2.1
5
4
5
5
Gemeine Esche
2.2
1
3
1
3
Gemeine Kiefer
1.1
5
5
5
5
Hainbuche
2.1
3
3
3
3
Rot-Buche
3.2
2
3
4
3
Schwarz-Erle
4.2
4
1
3
3
Silber-Weide
3.1
3
2
2
4
Stiel-Eiche
3.1
3
3
4
4
Trauben-Eiche
2.2
3
4
4
3
Weiß-Tanne
3.1*
4
2
4
4
Winter-Linde
2.1
4
3
3
4
Zirbel-Kiefer
1.3*
5
4
4
5
Mischbaumar-
ten
Aspe
2.1
5
3
5
5
Berg-Ahorn
4.1
4
2
2
4
Berg-Kiefer
2.1
5
4
5
5
Berg-Ulme
4.1
4
2
1
4
Eberesche
3.1
5
4
5
5
Eibe
2.2*
4
2
3
2
Elsbeere
1.2
5
4
3
1
Feld-Ahorn
1.1
3
4
2
2
Feld-Ulme
2.3*
4
2
1
4
Flatter-Ulme
2.3*
4
2
1
4
Grau-Erle
1.1
5
2
4
4
Mehlbeere
1.1
5
4
4
3
Moor-Birke
3.1
5
2
5
5
Sal-Weide
2.1
3
2
3
4
Sommer-Linde
3.2
3
3
2
3
Speierling
1.2
5
4
1
1
Spitz-Ahorn
2.1
4
2
2
3
Wild-Apfel
2.3
3
3
2
3
Wild-Birne
2.2
2
3
2
2
Wild-Kirsche
k.A.
4
4
2
1
Flaum-Eiche
1.2
3
5
2
3
Rot-Eiche
2.2
2
5
4
2
Robinie
1.1
k.A.
k.A.
k.A.
k.A.

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VITA-MIN
3.9 ZUSAMMENFASSUNG DES WISSENSSTANDES
Abschließend kann resümiert werden, dass sich in den letzten 30 Jahren die Forschungstätig-
keit im Bereich Rekultivierung nachbergbaulicher Flächen weltweit enorm erhöht hat (Rocha
Martins u. a. 2020). Die langjährigen Forschungserfahrungen im Bereich der Baumartenwahl
und deren Wirkung auf die Bodenentwicklung können in Zukunft miteinander kombiniert wer-
den. Trotz unterschiedlicher geförderter Rohstoffe weltweit und verschiedener Ausgangssitu-
ationen, wird auf Basis von Forschungsergebnissen bei der Rekultivierung bzw. der Auffors-
tung auf nachbergbaulichen Flächen oft auf ähnliche Weise vorgegangen. Dazu zählen vor
allem die Verwendung einheimischer bzw. gebietsheimischer Pflanzen und des ursprünglichen
Oberbodens. Mit der Pflanzenwahl sollen hauptsächlich eine Bodenverbesserung und die Auf-
nahme von und die Toleranz gegenüber toxischen Schwermetallen erreicht werden. Das Klein-
klima und die Eigenschaften des Bodenmaterials bzw. des Kippsubstrats bestimmen die Wahl
der Baumarten. Zudem steht die Einbindung in die umgebende Landschaft, die neuerliche
Etablierung biologischer Vielfalt und die wirtschaftliche Nutzung der nachbergbaulichen Fläche
im Fokus. Aufgrund der unterschiedlichen örtlichen Bedingungen sind bei gleichen Zielen in-
dividuelle Lösungen erforderlich. Die Umsetzung erfolgt entweder durch direkte Pflanzung,
die Aussaat oder einer Spontanbegrünung. Untersuchungen zu Anwuchs und Entwicklung
werden hauptsächlich in den ersten Jahren nach der Maßnahme durchgeführt. Wenig ist je-
doch über die langfristige Etablierung bekannt (Rocha Martins u. a. 2020).
Innerhalb kurzer Zeit nach Beginn der Rekultivierung können bereits die positiven Effekte von
Bäumen auf die Erhöhung der Versickerung und der Verdunstung sowie die Anreicherung von
organischer Substanz und Stickstoff im Boden beobachtet werden. Der Einsatz von Bäumen
zur Rekultivierung nachbergbaulicher Flächen setzt somit eine Standortsentwicklung hin zu
einem selbsterhaltenden Stoff- und Wasserhaushalt in Gang.
Die oben aufgeführte Literatur hat gezeigt, welchen Fokus bei der Rekultivierung weltweit
gelegt wird. Dabei wird ersichtlich, dass eine gezielte Baumartenwahl zur Minimierung der mit
dem Sickerwasser ausgewaschenen Schadstoffe nicht im Zentrum der Untersuchungen stand.
Ist die Reduzierung der Sickerwassermenge erforderlich, erfüllt meist eine Dichtschicht diese
Aufgabe (Nicholson u. a. 1989). Nur in Klimazonen mit niedrigem Jahresniederschlag ist die
Rekultivierungsschicht zum Rückhalt von Sickerwasser geeignet. Unter humiden Klimabedin-
gungen, wie in Mitteleuropa, ist dies nicht ausreichend (Power, Ramasamy und Mkandawire
2018). Mit der folgenden Modellierung des Sickerwassers für zwei nachbergbauliche Flächen
soll ein erster Versuch dahingehend gemacht werden.

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- 4 ERARBEITUNG VON FORSTANBAUSYSTEMEN FÜR BERGBAUFOLGELANDSCHAFTEN -
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VITA-MIN
4
ERARBEITUNG VON FORSTANBAUSYSTEMEN FÜR BERGBAUFOLGE-
LANDSCHAFTEN
4.1 ZUSAMMENSTELLUNG DER BERGBAULICH BEEINFLUSSTEN GEBIETE
Bei der Einschätzung der bergbaulich beeinflussten Gebiete im Freistaat Sachsen spielen so-
wohl der aktive Bergbau, der Sanierungsbergbau als auch der Altbergbau eine Rolle. Die
wichtigsten Bergbauregionen bzw. -aktivitäten sind:
das Lausitzer Braunkohlenrevier in Ostsachsen (aktiver und Sanierungsbergbau),
das mitteldeutsche Braunkohlenrevier in Westsachsen (aktiver und Sanierungsberg-
bau),
der Erz- und Spat-Bergbau überwiegend im Erzgebirge (Altbergbau, Erkundungs-
phase, aktiver Bergbau),
der Steinkohlenbergbau überwiegend im Erzgebirge (Altbergbau).
Abbildung 2 zeigt die Abbaustandorte und Halden des Steinkohlenbergbaus in Sachsen.
Abbildung 2: Steinkohlenaltbergbau in Sachsen und Reviere mit Bergehalden an der Tages-
oberfläche (nach Felix et al., 2008 in Hertwig et al., 2010, S. 105)

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- 4 ERARBEITUNG VON FORSTANBAUSYSTEMEN FÜR BERGBAUFOLGELANDSCHAFTEN -
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VITA-MIN
Hinzu kommt der Abbau von Kiesen und Sanden sowie Geothermie, die jedoch hinsichtlich
ihrer negativen Auswirkungen auf die Umwelt im Vergleich zu den o. g. nur wenig Relevanz
besitzen und daher nachfolgend nicht weiter betrachtet werden.
Das Hauptproblem der genannten Bergbaureviere ist die Entstehung saurer Grubenwässer
(Acid mine drainage, AMD) und den daraus resultierenden Belastungen der Grund- und Ober-
flächengewässer. Ursache sind belüftete Sedimente in den Kippen des Braunkohlenbergbaus
bzw. Halden des Erz- und Steinkohlenbergbaus als auch von der Grundwasserabsenkung be-
troffene Bereiche, die im Untergrund entsprechende Gehalte an Pyrit, Markasit oder Sphalerit
aufwiesen. Saure Wässer entstehen insbesondere dann, wenn sulfidhaltige Gesteine mit Sau-
erstoff in Kontakt kommen und Verwitterungsprozesse einsetzen. Von den Folgen sind Sicker-
und Grundwässer sowie Oberflächengewässer gleichermaßen betroffen. Bei der Verwitterung
des Pyrits werden sowohl Eisen als auch Sulfat und Protonen freigesetzt. Durch die sinkenden
pH-Werte werden zudem sonst stabil gebundene Metallionen und Metalloide mobilisiert. Nach
Becker (2003) resultiert insbesondere aus der Verwitterung der Sulfiderze, die Minerale wie
Sphalerit (ZnS), Galenit (PbS) und Arsenopyrit (FeAsS) enthalten, neben Eisen und Sulfat die
Freisetzung toxischer Schwermetalle wie Zink, Blei, Nickel, Cadmium, Kupfer, Uran oder Me-
talloiden wie Arsen. Je nach pH-Wert dominieren dabei unterschiedlich gelöste Metall(oid)spe-
zies. Das Eisen(II), Sulfat und die (Halb-)Metallionen werden mit dem Wasserfluss transpor-
tiert (z. B. bei Grundwasserwiederanstieg in den durch Pyritverwitterung geprägten Bergbau-
kippen und Grundwasserabsenkungsbereichen bzw. mit dem Sickerwasser in den Halden bis
ins Grundwasser) und gelangen entweder diffus über die Grundwasserpassage, mit dem Zwi-
schenabfluss oder oberflächig gefasst (gefasste Haldenabflüsse, Sümpfungswässer) schließ-
lich in die Oberflächengewässer. Abbildung 3 zeigt die bergbaubeeinflussten Oberflächenwas-
serkörper (OWK) Sachsens im Allgemeinen.
Abbildung 3: OWK in Sachsen mit Bergbaubeeinflussung (Weber und Bilek 2018, 11)

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- 4 ERARBEITUNG VON FORSTANBAUSYSTEMEN FÜR BERGBAUFOLGELANDSCHAFTEN -
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VITA-MIN
Aufgrund der Wechselwirkung zwischen Grund- und Oberflächenwässern sind die Bereiche
der bergbaubeeinflussten Grundwasserkörper annähernd identisch mit den bergbaubeein-
flussten Oberflächenwasserkörpern (siehe Schraffur in Abbildung 3). Nach Ausführungen von
Weber & Bilek (2018) werden Ionenkonzentrationen insbesondere von
Arsen,
Cadmium,
Blei und
Sulfat
im Grundwasser oberhalb der Schwellenwerte gemäß der Grundwasserverordnung (GrwV) als
Belastung betrachtet, die potenziell durch den Bergbau verursacht wurde oder wird. In Stol-
lenwässern wurden zudem erhöhte Konzentrationen an Nickel, Selen und Thallium gemessen
(Martin u. a. 2019). Stoffe wie Quecksilber, Stickstoffverbindungen, PSM oder organische
Schadstoffe sind eher anderen Verursachern zuzuordnen. Abbildung 4 zeigt farblich hervor-
gehoben die sächsischen Grundwasserkörper (GWK), die aufgrund der Belastung mit Arsen,
Cadmium, Sulfat und Blei einen schlechten chemischen Zustand nach WRRL im Bewirtschaf-
tungszeitraum 2015 besaßen (24 der 83 GWK). In Abbildung 5 sind die GWK mit Überschrei-
tung des Schwellenwertes der GrwV für Sulfat, Arsen, Blei, Cadmium in den langjährigen
Mittelwerten (1990–2017) dargestellt. Aus beiden Darstellungen lassen sich die vom Bergbau
beeinflussten GWK sehr deutlich den drei großen Bergbauregionen zuordnen (Weber und Bilek
2018):
Braunkohlenbergbau Westsachsen,
Braunkohlenbergbau Ostsachsen,
Altbergbau (Montanregion Erzgebirge, Erze und Steinkohle).
Abbildung 4: GWK in Sachsen – schlechter chemischer Zustand nach EU-WRRL im Bewirt-
schaftungszeitraum 2015 durch bergbaubeeinflusste Schadstoffe Sulfat, Cadmium, Arsen,
Blei. Überlagert mit der Lage bergbaubeeinflusster OWK (Weber und Bilek 2018)

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Abbildung 5: Belastungsgruppen bergbaubeeinflusster GWK in Sachsen: Kategorisierung
nach Überschreitung des Schwellenwertes der GrwV für Sulfat, Arsen, Blei, Cadmium in den
langjährigen Mittelwerten (1990–2017) der GWM (Weber und Bilek 2018)
Abbildung 6: Mengenmäßiger Zustand der sächsischen Grundwasserkörper (+ angrenzende
GWK der brandenburgischen Lausitz); grün = gut, rot = schlecht (LfULG, 2015)

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In Anlage 1 sind alle GWK im schlechten chemischen Zustand, unter Angabe der bewirkenden
Stoffe sowie die Zuordnung zu Bergbauregionen aufgelistet.
Ein weiteres Problem ergibt sich aus der Grundwasserabsenkung selbst, insbesondere in den
beiden Braunkohlenrevieren. Das während des Abbaubetriebs über Jahrzehnte entstandene
Wasserdefizit ist auch aktuell noch in weiten Bereichen vorherrschend und zeigt sich anhand
niedriger Grundwasserstände bzw. hoher Flurabstände, nicht erreichter Endwasserstände der
gefluteten Tagebaurestseen oder Fließgewässer temporär ohne Grundwasseranschluss (Tro-
ckenfallen während der Sommermonate). Sein Ausgleich wird durch die Klimaveränderungen
z. B. in der Lausitz noch zusätzlich verzögert bzw. erschwert.
Das Wasserdefizit gemäß Bewirtschaftungsplan (Stand Oktober 2015) lässt sich am besten
über die Grundwasserstände darstellen. Abbildung 6 zeigt den mengenmäßigen Zustand der
sächsischen Grundwasserkörper. Mit den roten Bereichen (GWK mit Wasserdefizit) treten die
beiden Braunkohlenreviere deutlich hervor.
4.2 EXEMPLARISCHE STECKBRIEFE FÜR ZWEI STANDORTE IN SÄCHSISCHEN
BERGBAUREGIONEN
4.2.1
VERTRAUEN-SCHACHT-HALDE IM LUGAU-OELSNITZER STEINKOHLENREVIER
4.2.1.1
GEOGRAFISCHE LAGE, SUBSTRATBESCHAFFENHEIT UND SICKER- SOWIE GRUNDWASSERQUALI-
TÄT DER VERTRAUEN-SCHACHT-HALDE
Das Lugau - Oelsnitzer Steinkohlenrevier (als ein Teil des Zwickau – Lugau – Oelsnitzer
Steinkohlereviers) befindet sich im westlichen Teil des Erzgebirgischen Beckens (Abbildung 7
und Abbildung 8). Es erstreckt sich auf einer Fläche von etwa 25 km² über die Städte Lugau,
Oelsnitz/Erzgeb. sowie die Gemeinden Niederwürschnitz, Hohndorf (beide Erzgebirgskreis)
und Gersdorf (Landkreis Zwickau) mit Höhenlagen zwischen 300 – 400 m NHN (Abbildung 8).
Abbildung 7: Regionalgeologische Übersicht im Raum Oelsnitz (Berger u. a. 2010, 15). Aus-
zug aus der geologischen Übersichtskarte des Freistaates Sachsen 1:400.000, 1995, rot um-
randet Blatt Stollberg/ Erzgebirge.

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Abbildung 8: Lage des Zwickau – Lugau – Oelsnitzer Steinkohlereviers
Die limnischen Steinkohlenlagerstätten des Zwickau – Lugau – Oelsnitzer Steinkohlereviers
bildeten sich im Siles/Oberkarbon (Abschnitt Westfal D) in einem Becken am Rand des varis-
zischen Orogens (Wünsche 1963). Die Schichten des Oberkarbons mit den 12 abbauwürdigen
Steinkohlenflözen (ca. bis 300 m mächtig; limnisch; Schiefertone, Sandsteine, Konglomerate)
überlagern diskordant paläozoische Phyllite des Erzgebirges (Wünsche 1963). Darüber lagern
die Gesteine des (Berger u. a. 2010; Wünsche 1963):
Rotliegenden (bis zu 1000 m mächtig, terrestrisch, Wechsel von Molassesedimenten
eines mäandrierenden Flusssystems und Gesteinen vulkanischer Aktivität): Konglo-
merate (z. B. „Graues Konglomerat“), Schluff- und Tonsteinabfolgen lokal schwach
palustrin („Wildes Kohlengebirge“), geringmächtige lakustrine Karbonate, basisch –
intermediäre Vulkanite als Tuffe oder in pyroklastischen Horizonten (Taupadel-Tuff,
Grüna-Tuff, Planitz-Melaphyr, Rochlitz-Ignimbrite, …), Arkosensandsteine und Schie-
ferletten mit lokalen Einschaltungen von Tuff und Tuffit, Pyroklastite, Karbonate
(Reinsdorf-Karbonathorizont), Fanglomerate (gradiert, zyklisch gestapelt) mit Ein-
schaltungen von Sand- und Schluffstein
Tertiär (T): bis 8 m geringmächtige Schichtenfolgen aus Kiesen und Sanden, unterge-
ordnet Tone
Quartär (Qu): pleistozäne Terrassen im Tal der Zwickauer Mulde und den Nebenbächen
der Lungwitz und lößlehmartige Gehängelehme (2 – 3 m mächtig) sowie holozäne Au-
enlehme an den Fluss- und Bachläufen.
Die heute weitestgehend erschöpften Lagerstätten des Reviers hinterließen Haldenaufschüt-
tungen der zwischen- bzw. überlagernden Schichten versetzt mit Industrieabfällen. Sie be-
stehen lt. Wünsche (1963) grob geschätzt zu:

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etwa 70 % aus karbonischen Schiefertonen (häufig in geschlossenen größeren Flä-
chen),
etwa 13 % aus Kohlenschlamm (großflächig auf Haldenkronen, nester- und streifen-
weise an den Mantelflächen),
etwa 12 % aus Kesselschlacke, Kesselasche (nur vereinzelt größere Mengen, örtlich
als Beimischung zw. rotgebrannten Schiefertonen) und Flugasche (kleinere geschlos-
senen Flächen),
etwa 4 % aus Lehm (größtenteils lößlehmartiger Gehängelehm aus den umliegenden
Ziegeleigruben; kleinere geschlossenen Flächen),
etwa 1 % aus sonstigem Material (karbonische Sandsteine, Konglomerate, Rotliegen-
des).
Das Haldenmaterial des Zwickau – Lugau – Oelsnitzer Steinkohlereviers unterscheidet sich
damit nicht nur deutlich von den gewachsenen Böden der Region, sondern auch sehr stark
von den Halden des Braunkohlentagebaus, wo tertiäre und quartäre Lockermassen verkippt
wurden.
Die Form der älteren Halden ist meist einem Tafelberg ähnlich, da das Material mit Kipploren
auf die Halde gebracht wurde (Wünsche 1963). Dadurch blieben die Halden relativ niedrig
(durchschnittlich 18 - 21 m), bedurften jedoch einer größeren Flächeninanspruchnahme
(Wünsche 1963). An allen Halden des Reviers wird ein beträchtlicher Teil der Haldenoberflä-
che von den Haldenflanken eingenommen (Wünsche 1963). Die Haldenflanken weisen lt.
Wünsche (1963) einen Schüttungswinkel von 35 ° auf. Sie wurden untertrassiert geschüttet
und waren somit stark der Erosion ausgesetzt. Aufgrund ihrer exponierten Lage besteht eine
beachtliche Windeinwirkung (bei fehlender Begrünung Ausblasung feiner Teilchen des Schüt-
tungsmaterials) und die Sonneneinstrahlung wirkt an ihren sonnseitigen Hanglagen sehr in-
tensiv (Wünsche 1963).
Die Halden des Lugau–Oelsnitzer Raums befinden sich vorwiegend an der Peripherie der Ort-
schaften. Nach Hertwig et al. (2010) bestehen im Gebiet 21 Halden mit einer Auflagefläche
von mehr als 100 ha.
Die Vertrauen-Schacht-Halde (Ident-Nr. Haldendatenbank: 210, rot gekennzeichnet in Abbil-
dung 9) wurde in der Zeit zwischen 1856 – 1936 westlich der Ortschaft Lugau zu einer Flä-
chengröße von 6,5 ha (Hertwig u. a. 2010; Wünsche 1963) aufgeschüttet.

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- 4 ERARBEITUNG VON FORSTANBAUSYSTEMEN FÜR BERGBAUFOLGELANDSCHAFTEN -
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VITA-MIN
Abbildung 9: Lage der Vertrauen-Schacht-Halde (Lugau/Erzgebirge)
Sie besteht überwiegend aus Schluff- und Tongesteinen, aber auch Phylliten und Rotliegen-
dem (Abbildung 10). Außerdem kommen Feuerungsaschen und -schlacken, Kohle- und Auf-
bereitungsschlämme sowie anthropogene Abfallstoffe vor. Das Substrat weist vor allem Grus
und Steine (55 - 65 %) auf, der Feinboden besteht v. a. aus Sand, aber auch aus Schluffen
und Tonen.
Abbildung 10: Substratzusammensetzung der Vertrauen-Schacht-Halde (Hertwig u. a. 2010,
109)

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- 4 ERARBEITUNG VON FORSTANBAUSYSTEMEN FÜR BERGBAUFOLGELANDSCHAFTEN -
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VITA-MIN
Aus dieser Zusammensetzung ergeben sich z. T. hohe Kohle- und Sulfidgehalte. Da die Sulfide
bei Luftzutritt exothermen Oxidationsreaktionen unterliegen, führte dies lt. Hertwig et al.
(2010) häufig zur Selbstentzündung der Halden und zu einem „vor sich hin-Schwelen“ teil-
weise über Jahrzehnte.
Die Brände waren entsprechend der Auswertungen (Hertwig u. a. 2010) bis 2010 weitestge-
hend abgeklungen, setzen sich auf einigen Halden jedoch bis heute fort (z. B. Deutschland-
Schacht-I-Halde). Obwohl im Umfeld der Vertrauen-Schacht-Halde 2010 keine aktuellen
Haldenbrände registriert wurden, lagen nach Angaben von Hertwig et al. (2010) die Tempe-
raturen im Haldeninneren mit Werten zwischen 14 - 16 °C (grundwassererfüllter Bereich:
12,8 °C) noch deutlich über den Normalwerten um 10 °C. In Abbildung 11 sind die in der
Vertrauen-Schacht-Halde abgelaufenen Haldenbrände anhand der Farben des untersuchten
Materials abgeschätzt worden.
schwarz: kohlehaltiges, nur wenig verwittertes
Material, nicht gebrannt
schwarz/rot gefärbt: Mischung aus gebranntem
und ungebranntem Material
gelb, weiß: gebranntes, stark kalkhaltiges Material
rot, ziegelrot: durchgebranntes Material; thermi-
sche Umsetzung des Kohlematerials bspw. zu Hä-
matit (Rotfärbung), Oxidationsgrad > 90 %
Abbildung 11: Farben der Haldenmaterialien der Vertrauen-Schacht-Halde mit Deutung der
abgelaufenen Haldenbrände entsprechend Legende rechts (Hertwig u. a. 2010, 109).
Während des Haldenbrandprozesses erfolgt nach Hertwig et al. (2010) eine Oxidation der in
der Kohle vorliegenden Sulfide in Sulfate. Die Sulfate und die bei der Oxidation aus den Sul-
fiden freigesetzten (Schwer)Metalle unterliegen einer leichteren Auslaugung als die Sulfide in
den ungebrannten Haldenbereichen und sind damit Voraussetzung zur rezenten Bildung hoher
Sulfat- und Schwermetallfrachten im Grund- und Sickerwasser (Tabelle 7, Tabelle 8). Die
ungebrannten Haldenbereiche in der Vertrauen-Schacht-Halde (schwarz in Abbildung 11) wei-
sen andererseits wegen ihrer hohen Disulfidschwefelgehalte (0,8 – 2,3 %) ein sehr hohes
Versauerungspotential auf (Hertwig u. a. 2010).
Hertwig et al. (2010) unterteilten die Vertrauen-Schacht-Halde entsprechend ihrer Erkun-
dungsergebnisse in zwei größere Einheiten (Abbildung 12 und Abbildung 13). Im Norden be-
findet sich die Althalde, die vollständig aus gebranntem Grobbergematerial aufgebaut ist,
wobei häufig Feuerungsaschen und -schlacken auftreten (rosa in Abbildung 12), rotschwarz
gemischte Substrate sind hingegen sehr selten (Hertwig u. a. 2010). Im größeren Hauptteil
der Halde kommen flächig bindige Abdeckschichten (blau in Abbildung 12 und Abbildung 13;
Mischung aus roten und grauen / schwarzen Grobbergematerialien) auf roten und schwarzen
Bergematerialien (rot schraffiert in Abbildung 12, Abbildung 13) vor (Hertwig u. a. 2010).

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- 4 ERARBEITUNG VON FORSTANBAUSYSTEMEN FÜR BERGBAUFOLGELANDSCHAFTEN -
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VITA-MIN
Abbildung 12: N-S-Längsschnitt der Vertrauen-Schacht-Halde als Querschnitt mit Schüt-
tungsniveaus und Bohrungen/GWM . Überhöhung 1:5 (Hertwig u. a. 2010, 109)

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- 4 ERARBEITUNG VON FORSTANBAUSYSTEMEN FÜR BERGBAUFOLGELANDSCHAFTEN -
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VITA-MIN
W
E
Abbildung 13: W-E-Querschnitt der Vertrauen-Schacht-Halde mit Schüttungsniveaus und
GWM. Überhöhung 1:5 (Hertwig u. a. 2010, 109)
Tabelle 7: Feststoffgehalte (arithmetische Mittelwerte) in den Haldensubstraten bzw. dem
Liegenden (Hertwig u. a. 2010, 111)
N
TR
As
Pb
Cd
Cr
Cu
Ni
Mo
Hg
Zn
GV
[%]
[mg/
kg]
[mg/
kg]
[mg/
kg]
[mg/
kg]
[mg/
kg]
[mg/
kg]
[mg/
kg]
[mg/
kg]
[mg/
kg]
[%]
Grobberge
110
88,3
249,9
892,5
7,27
46,2
66,0
64,2
6,17
2,32
1097
14,6
Grobberge,
K=3
28
89,1
253,5
1163,2
13,20
36,4
74,9
53,1
6,29
4,13
1600
31,7
Phyllit
4
91,5
71,3
252,5
1,53
35,3
53,5
42,8
2,05
1,63
225
12,3
Spülberge
4
75,5
44,3
222,5
4,58
27,5
79,8
51,0
3,95
1,08
750
23,6
Asche/
Schlacke
15
86,0
191,3
769,5
4,17
49,4
87,3
77,3
8,51
5,23
564
15,2
Müll
4
64,6
49,0
279,0
1,77
34,3
53,3
36,8
2,38
1,66
475
18,5
Ober-ste
Proben
22
83,6
120,0
437,0
2,71
38,6
62,0
46,9
5,12
5,67
431
18,1
Auensedi-
ment
4
80,7
35,5
61,5
0,91
37,0
19,0
33,8
0,84
0,18
195
6,5
Hang-
schutt
3
88,3
21,7
32,3
1,95
31,7
14,7
36,7
0,40
0,05
339
3,8
Rotliegen-
des
15
89,5
29,3
31,1
0,93
35,3
18,7
39,3
0,50
0,10
172
3,7
schwarz
18
88,5
233,5
998,1
12,24
37,0
74,9
50,5
6,19
2,88
1435
27,2
rot/schwarz
35
87,8
236,8
919,3
7,45
41,1
69,6
58,3
6,19
3,55
1005
21,1
rot
55
88,4
271,0
870,0
5,76
52,8
61,8
73,2
6,29
1,43
1077
6,7
weiß/gelb
1
92,5
45,0
120,0
1,60
41,0
38,0
45,0
3,20
0,03
210
1,9
PW Boden
125,0
1000,0
50,00
1000,0
350,0
50,00
PW Direktpfad Boden: Mensch, Flächennutzung als Park- und Freizeitanlage, nach BBodSchV und LfUG 11/2008

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- 4 ERARBEITUNG VON FORSTANBAUSYSTEMEN FÜR BERGBAUFOLGELANDSCHAFTEN -
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VITA-MIN
Tabelle 8: Eluatgehalte (Medianwerte M der Spurenelemente sowie arithmetische Mittel von
pH-Wert, Leitfähigkeit und ausgewählten Makrokomponenten) in den Haldensubstraten bzw.
dem Liegenden (Hertwig u. a. 2010, 112)
n
pH
LF
Cl
SO
4
Ca
As
Pb
Cd
Ni
Zn
[μS/cm]
[mg/L]
[mg/L]
[mg/L]
[μg/L]
M
[μg/L]
M
[μg/L]
M
[μg/L]
M
[μg/L]
M
Grobberge
110
5,8
799
4,1
475,0
114,2
1,0
1,0
15,0
10
552
Grobberge, K=3
28
5,3
995
6,75
586,7
150,1
3,0
18,0
32,0
140
2265
Phyllit
4
7,1
101
3,0
14,3
8,7
3,0
0,5
0,5
5
26
Spülberge
4
6,9
108
3,3
15,5
7,7
4,0
0,5
0,5
5
50
Asche/ Schlacke
15
6,0
470
4,1
246,9
70,6
0,5
1,0
3,0
10
140
Müll
4
7,1
1590
25,0
542,5
118,3
3,0
1,8
2,5
30
165
Auensediment
4
6,5
217
3,4
83,0
8,3
0,8
1,3
7,0
27,5
513
Hangschutt
3
5,7
296
1,3
140,3
6,3
0,5
0,5
24,0
70
2890
Rotliegendes
15
6,8
157
2,4
58,4
5,3
0,5
0,5
0,5
5
68
schwarz
18
5,7
740
4,4
445,0
120,0
1,5
9,0
21,5
30
1650
rot/ schwarz
35
5,4
854
5,9
289,0
69,2
2,0
4,0
16,0
50
889
rot/ schwarz
55
6,0
806
2,9
220,0
70,0
0,5
0,5
8,0
5
483
weiß/ gelb
1
6,4
170
3,0
60,0
13,0
0,5
0,5
1,0
5
76
Nach Hertwig et al. (2010) ergeben sich für den direkten Wirkungspfad Boden-Mensch Über-
schreitungen der Prüfwerte für As, Pb und Cd bei Nutzung als Park- und Freizeitfläche (gemäß
BBodSchG und BBodSchV). In Abhängigkeit von der Nutzungsart kann eine Gefährdung ge-
geben sein (Einzelfallprüfung). Kritisch ist nach derzeitigem Kenntnisstand vor allem die klein-
gärtnerische Nutzung der Halden (Wirkungspfad Boden-Nutzpflanze-Mensch) zu bewerten.
Die Haldensickerwässer weisen lt. den Untersuchungen von Hertwig et al. (2010) niedrige
pH-Werte auf (SWH10/SWH10a in Tabelle 8) und werden aufgrund ihrer hohen Magnesium-
(Halde: 1.710 mg/l; SW-Haldenfuß: 664 mg/l) und Sulfatkonzentrationen (Halde: 8.538
mg/l; SW-Haldenfuß: 2.845 mg/l) als Mg-SO
4
-Wässer charakterisiert.
Auf der Vertrauen-Schacht-Halde wurden sechs Grundwassermessstellen (GWM) in den ver-
schiedenen Haldenbereichen installiert. Die oberstromigen Messstellen präsentieren unbelas-
tetes Grundwasser (GWM4, GWM5 in Tabelle 9). Im Vergleich dazu sind die Grundwässer in
der Halde, unterhalb der Halde sowie im Abstrom der Halde deutlich sickerwasserbeeinflusst
(Tabelle 9). Ihre Wässer sind bis zu 30fach höher mineralisiert als das unbelastete Grund-
wasser (Sickerwasser:
70mal höhere Mineralisation; Hertwig et al., 2010). Besonders prob-
lematisch bezogen auf Grund- und Oberflächenwasser sind die Gehalte der Schwermetalle
Cd, Ni und Zn (Tabelle 10). Berechnungen ergaben einen jährlichen Austrag von 6 t Zn und
33 kg Cd aus dem Haldenkörper in das Grund-/Oberflächenwasser (Hertwig u. a. 2010).
Die Vertrauen-Schacht-Halde liegt auf dem Grundwasserkörper (GWK) Lungwitzbach, DESN-
ZM 2-2 (BWP 2015). Als Belastungen werden sowohl landwirtschaftliche Quellen (Nährstoff-
belastung) als auch die diffusen Quellen der bergbaulichen Hinterlassenschaften (Schadstoff-
belastung) aufgeführt. Dennoch wird der Zustand des GWK hinsichtlich Menge und chemi-
scher Güte als gut eingestuft.

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- 4 ERARBEITUNG VON FORSTANBAUSYSTEMEN FÜR BERGBAUFOLGELANDSCHAFTEN -
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VITA-MIN
Tabelle 9: Vor-Ort- und im Labor bestimmte (pH, LF) Parameter in den Grund- und Haldensi-
ckerwässern der Vertrauen-Schacht-Halde, arithmetische Mittelwerte (Hertwig u. a. 2010,
117).
Bezeich-
nung
n
Temp.
pH
VO
pH
LF
VO
LF
O
2 VO
Re-
dOx
VO
Lage zur
Halde
[°C]
[μS/cm] [μS/cm]
[mg/L]
[mV]
GWM4
1
9,3
5,7 5,8
293
299
5,5
477 oberstromig
GWM5
1
8,0
6,3 6,2
239
295
8,3
458 oberstromig
GWM2
2
15,3
4,5 4,7
843
930
4,7
519 in der Halde
GWM7
1
17,7
4,0 4,0
3960
4060
1,7
631 in der Halde
GWM3
2
12,6
5,1 5,1
4415
4590
4,3
542 unterstromig
SWH10
12
14,8
3,7 3,7
9613
10054
4,1
616 Westfuß
SWH10a
11
11,7
4,8 4,7
4303
4381
2,6
432 Südwestfuß
GWM6
1
8,3
4,3 4,3
5090
5320
7,4
609 westlich seitlich
Sehr niedrige bzw. sehr hohe Werte farblich untersetzt; Sickerwassermessstellen violett umrahmt.
Tabelle 10: Spurenelemente in den Grund- und Haldensickerwässern der Vertrauen-Schacht-
Halde, arithmetische Mittelwerte (Hertwig u. a. 2010, 118).
Bezeich-
nung
n
As
Pb
Cd
Cr
Cu
Ni
Zn
AOX
[μg/L]
[μg/L]
[μg/L]
[μg/L]
[μg/L]
[μg/L]
[μg/L] [μg/L]
GWM4
1
1,5
1,0
1,7
1,0
15
88
250
16
GWM5
1
0,5
1,0
0,6
1,0
23
19
88
24
GWM2
2
11,1
18,4
124,5
22,0
52
390
20500
11
GWM7
1
1,6
1,0
1100,0
13,0
190
3200
170000
11
GWM3
2
3,6
5,1
490,0
5,2
68
1700
84000
33
SWH10
12
0,6
1,0
1950,0
5,9
118
7358
336667
29
SWH10a
11
7,5
19,0
80,8
2,5
49
1615
40727
51
GWM6
1
0,5
1,0
260,0
3,1
63
1700
37000
33
PW SiWa
1
10,0
25,0
5,0
50,0
50
50
500
GFS
10,0
7,0
0,5
7,0
14
14
580
B GW
10,0
10,0
5,0
50,0
50
20
500
D GW
60,0
50,0
20,0
250,0
250
100
3500
PW SiWa
Prüfwert für Schadstoffgehalte im Sickerwasser nach LfUG 6/2002 (BbodSchV)
GFS
Geringfügigkeitsschwellen für Schadstoffgehalte im Grundwasser nach LAWA 12/2004
B GW
Besorgniswerte für Grundwasser – Mensch, LfUG
D GW
Dringlichkeitswerte für Grundwasser, Wirkungspfade Boden – Grundwasser – Mensch, LfUG
Sickerwassermessstellen violett umrahmt, Überschreitungen der Dringlichkeitswerte braun hinterlegt.
4.2.1.2
AKTUELLE WALDBESTANDSSITUATION AUF DER VERTRAUEN-SCHACHT-HALDE
Die natürliche Waldgesellschaft der Region wird vom Übergang von Stieleichen-Birken-Lin-
den-Mischwäldern zum ostherzynischen Bergmischwald charakterisiert (Schultze 1955). Eine
wald- und vegetationskundliche Untersuchung von 2007 erbrachte auf der Vertrauen-
Schacht-Halde 22 Baum-, 13 Strauch-, 88 krautige Pflanzenarten und 7 verschiedene Moose
(Neef 2010). 85 % der vorhandenen Baumarten sind demnach Birken und 5 % Stiel-Eichen.
Die Naturverjüngung, die sich unter dem Oberstand von selbst eingefunden hat, wird als von
Berg-Ahorn (23 %), Gemeiner Esche (18 %) und Vogelkirsche (18 %) sowie Stiel-Eiche
(15 %) dominiert angegeben. Es kommen weiterhin vor: Rot-Eiche (7%), Eberesche (5 %),
Hainbuche (4 %) und Spitz-Ahorn (3 %). Die Verjüngungsdichte wird mit N = 2420/ha bezif-

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- 4 ERARBEITUNG VON FORSTANBAUSYSTEMEN FÜR BERGBAUFOLGELANDSCHAFTEN -
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VITA-MIN
fert. Nadelgehölze fehlten völlig. Dies deutet auf einen Trend hin zu einem Eichen-Hainbu-
chen-Wald mit hohem Edellaubbaumanteil. Bereits Wünsche (1963) stellte fest, dass auf den
Steinkohle-Halden von der Naturverjüngung Stiel-Eichen häufiger auf Lehmüberzug und eher
auf rotem als auf grauem Schieferton vorkommt. Gleichzeitig bewirke das Vorhandensein von
Lehmüberzug den Rückgang des Birkenanteils zugunsten von Stiel-Eichen, die hier zudem
gegenüber der Trauben-Eiche dominiere.
Als forstliche Standortsformen wurden kartiert:
M1 (mäßig nährstoffhaltig, frisch): 28 % der Fläche,
M2 (mäßig nährstoffhaltig, mittelfrisch): 50 % der Fläche,
M3 (mäßig nährstoffhaltig, trocken): 22 % der Fläche.
Es handelt sich somit um eine wärmebegünstigte Waldgesellschaft des Tief- und Hügellands
mit besser nährstoffversorgten Böden. Zum Erreichen stabiler und standortangepasster Be-
stände empfahl Wünsche (1963) aus waldbaulicher Sicht deshalb die Verwendung von Eichen-
und Edellaubbaumarten. Seine Kartierung dokumentiert jedoch zunächst das Vorkommen von
Birkenvorwäldern unterschiedlicher Ausprägung und Vorwaldgebüschen mit Holunder und
Salweide (Abbildung 14).
Die forstliche Nutzbarkeit ist nach Neef (2010) uneingeschränkt auf über 78 % der Fläche
gegeben, auf 3 % der Fläche kommt eine geschützte Pflanzen-Art vor (Breitblättrige Stendel-
wurz,
Epipactis helleborine
). 19 % sind durch die Hanglagen nur erschwert forstlich nutzbar.
Die Hang-Expositionen sind: NW, NO, SO, SW. Laut Wünsche (1963) hat sich der Neigungs-
winkel auf einen natürlichen Schüttungswinkel von etwa 35° eingestellt.
Abbildung 14: Verteilung der forstlichen Standortsformen (links) sowie der forstlichen Nutz-
barkeitszonen (rechts) auf der Vertrauen-Schacht-Halde (Neef 2010, 151, 153)
Ab 1959 wurden die Halden des Lugau-Oelsnitzer-Reviers begrünt. Dazu wurden an den Hän-
gen im (horizontalen) Abstand von 2 m 50 cm tiefe Riefen angelegt (terrassiert, also quer
zum Hang), was die Wasserversorgung der Pflanzen verbessern sollte (Wünsche 1963). Die

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- 4 ERARBEITUNG VON FORSTANBAUSYSTEMEN FÜR BERGBAUFOLGELANDSCHAFTEN -
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VITA-MIN
Plateaus wurden streifenweise durchgehackt. Zur Aufforstung wurden zunächst bis zu 30 ver-
schiedene Gehölzarten versuchsweise verwendet (Robinie, Berg-, Spitz- und Feldahorn, Eber-
esche, Roteiche, Grauesche, Birke, Scharzerle, Aspe und sonstige Pappelarten, Salweide und
andere Weidenarten, Kiefer, Schwarzkiefer, Stieleiche, Hainbuche, Wildobst, Weichselkirsche,
Weißdorn, Bocksdorn, Hartriegel, Erbsenstrauch, Hirschkolbensumach, Schlehe, Wildrosen,
Holunder, Besenginster, Goldregen und Liguster (Wünsche 1963)). Nach den ersten Erfah-
rungen wurde ab 1956/57 vor allem der Anbau von Birke, Roteiche, Schwarzerle und
Schwarzkiefer, tlw. auch Weiden und Pappeln, empfohlen (Wünsche 1963). 2007 betrug der
mittlere Holzvorrat etwa 230 Vfm/ha, wobei der größte Vorrat auf dem Plateau mit ge-
schwemmten Haldenmaterial steht (ca. 300 Vfm/ha), der niedrigste auf den westlichen Hän-
gen und auf dem Plateau mit geschüttetem Haldenmaterial (Neef 2010).
Um den Wasserhaushalt für die aktuelle Waldbestandssituation zu modellieren, wurden in
dieser Studie eigene forstliche Bestandesaufnahmen durchgeführt (Kap. 5.1.2).
4.2.1.3
ALTERNATIVES FORSTANBAUSYSTEM FÜR DIE VERTRAUEN-SCHACHT-HALDE
Nach dem Leitbild des sächsischen Waldentwicklungszieltyps, welcher naturnahen Waldbau
mit gebietsheimischen und standortsbezogenen Baumarten vorsieht, wird mit der in Kapitel
3.7 bereits erläuterten Tabelle 6, ein Traubeneichen-Hainbuchen-Mischwald für den Großteil
der Haldenfläche empfohlen (Hydrotop H1-H3 u. H5).
Die Traubeneiche wird oftmals als eine der Hauptbaumarten angesehen, welche angesichts
des Klimawandels und des zukünftig erhöhten Anteils an Trockenstandorten profitieren kann
(Möhring 2007). Mit ihrer tiefreichenden Pfahlwurzel ist sie prädestiniert für die Trockenstand-
orte im Nordostdeutschen Tiefland. Besonders im Süden Brandenburgs und Norden Sachsens,
wo es zukünftig für die Buche teilweise zu trocken wird, kann die Traubeneiche in Mischung
mit Nebenbaumarten stabile Mischwälder bilden (Roloff und Grundmann 2008). Die Standort-
samplitude, auf denen die Traubeneiche sehr gut geeignet ist, reicht weit von ziemlich frisch
bis frisch, über mäßig frisch bis mäßig trocken, zu trockenen bis sehr trockenen Standorten.
Aufgrund ihrer genetischen Anpassungsstrategie (K-Stratege) ist die Eiche allerdings bei den
sich zu rasant verändernden Klimabedingungen gegenüber den r-Strategen (wie z. B. Ge-
meine Birke oder Gemeine Kiefer) im Nachteil. Daher sollte bei der Wahl des auszubringenden
Saatguts schon frühzeitig auf die
Herkünfte jener Verbreitungsgebiete heimischer Baumarten
geachtet werden, die aus Regionen stammen, in denen bereits jetzt Klimabedingungen herr-
schen, die für diesen Teil Deutschlands prognostiziert werden
(Kätzel 2009)
.
Die Hainbuche ist wie die Traubeneiche auf mäßig frischen bis mäßig trocken, sowie auf tro-
cken bis sehr trocken Standorten sehr gut geeignet und damit gegenüber anderen Baumarten
konkurrenzfähig. Gegenüber der Traubeneiche gilt sie generell als feuchtigkeits- und nähr-
stoffbedürftiger. Ihre Wärmeansprüche sind aber mindestens ebenso hoch. In der Literatur
wird ihre Anpassungsfähigkeit in Bezug zum sich wandelnden Klima positiv bewertet (Kätzel
2009; Roloff und Grundmann 2008). In der KLAM als winterhart ausgewiesen, ist die Hainbu-
che dennoch etwas spätfrostgefährdet (Härdtle, Ewald und Hölzel 2006; Noack, M. 2020).
Beide Gehölze gelten als Klimaxbaumarten einer langfristigen Dauerwaldstrategie. Ihre wär-
meliebenden Eigenschaften und relative Toleranz gegenüber knappen Wasserressourcen stel-
len günstige Voraussetzungen für stabile Waldbausysteme im untersuchten Klimaraum dar.
Als Mischbaumarten kommen Gemeine Birke, Winterlinde, Berg-, Feld- und Spitzahorn, Rot-
buche und Gemeine Esche in Frage, die sich an kleinstandörtliche Wuchsbedingungen dyna-
misch anpassen können.

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- 4 ERARBEITUNG VON FORSTANBAUSYSTEMEN FÜR BERGBAUFOLGELANDSCHAFTEN -
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VITA-MIN
Die Sicherung aller Waldfunktionen ist oberstes Ziel, damit einher geht die Reduzierung der
Sickerwasserausträge des Waldökosystems auf ein Minimum. Es wird maximal eine extensive
Waldbewirtschaftung vorgeschlagen, bei der einzelstammweise wertvolle Baumindividuen sel-
ten entnommen werden. Flächige Nutzungsformen (Saumschläge, Großschirmschläge, Kahl-
schläge) müssen vermieden werden.
Im süd- bis südwestlichen Hangbereich (Hydrotop H4) wird die Traubeneiche eine dominie-
rende Hauptbaumart sein. Eine höhere Wind- und Sonnenexposition führen zu höheren Luft-
temperaturen und einem angespannteren Wasserhaushalt. Daher ist davon auszugehen, dass
die Hainbuche als Mischbaumart hier konkurrenzschwächer ist. Weitere natürlich vorkom-
mende Mischbaumarten sind zu fördern, da sie das Bestandsrisiko bei Störungen minimieren.
4.2.1.4
KOSTENSCHÄTZUNG FÜR DIE FORSTLICHE PFLEGE DER VERTRAUEN-SCHACHT-HALDE
Die Halde ist bereits mit über 20 Baum- und Strauchgehölzen, üppiger Bodenvegetation, so-
wie reicher Naturverjüngung äußerst divers und vielschichtig! Es fallen keine Begründungs-
kosten an. Ein den Klimaänderungen angepasster Waldumbau ist nicht nötig. Der Artenreich-
tum und die vital kräftige Naturverjüngung machen auch Ergänzungspflanzungen nach Pfle-
geeingriffen überflüssig. Es fallen lediglich Kosten für Pflegemaßnahmen an, welche motor-
manuell stattfinden sollten. Diese ist allerdings die teuerste Pflegevariante, die wahrscheinlich
über 200 €/ha hinausgeht. Die Verkaufserlöse von hiebsreifen Birkenstammholz (überwie-
gend als Brennholz genutzt) werden die Pflegekosten nicht decken können.
4.2.2
STANDORT BRAUNKOHLENKIPPE NOCHTEN
4.2.2.1
GEOGRAFISCHE LAGE UND SUBSTRATBESCHAFFENHEIT DES KIPPENSTANDORTS IN NOCHTEN
Neben den Halden des Steinkohle- und Erzbergbaus besitzen die großflächigen Kippen des
Braunkohlenbergbaus einen wichtigen bergbaulichen Einfluss auf die Wasserqualität, vor al-
lem durch die Pyritverwitterung und damit verbundene Stoffausträge. Deshalb betrachten wir
als zweiten Standort eine Teilfläche der Kippe Nochten. Kriterien für die Auswahl waren, dass
diese für die forstliche Nutzung vorgesehen ist und aktuell noch nicht aufgeforstet ist.
Für die beispielhafte Modellierung einer Kippe des Braunkohlenbergbaus wurde seitens der
Lausitz Energie Bergbau (LE-B) AG die Fläche WN 314 im Tagebau Nochten vorgeschlagen.
Für diese Fläche liegen ein Bodengeologischer Kartierungsbericht aus dem Jahr 2018 sowie
die Aufforstungsplanung der LEAG vor. Aus dem Kartierungsbericht lässt sich entnehmen:
die mittels Absetzer über eine Brückenkippe verstürzten Materialien stammen aus dem
Vorschnitt des Tagebaues Nochten;
kartiert wurden vorwiegend Lehmsande, die tertiären, fluviatilen Ursprungs sind sowie
marine, sehr schwach kohlehaltige bis kohlehaltige Rein-, Lehm- und Schluffsanden;
den Substraten sind häufig bindige Materialien (Flaschentone, untergeordnet kohle-
haltige Tone) in Form von Brocken bis kleinen Bröckchen und Klumpen beigemengt;
es handelt sich um einen grundwasserfernen Standort
Laut LE-B-Aufforstungsplanung soll auf dem Kippenstandort im Jahr 2020 zwei Waldflächen
aufgeforstet werden, eine im Nordteil (etwa 15 ha) und eine im Südteil (etwa 25 ha). Für die
weitere Bearbeitung wurde die nördliche Teilfläche ausgewählt (Abbildung 15). Diese ist hin-
sichtlich der Standortbedingungen wie folgt charakterisiert:
Die Bodenarten der Kippsubstrate variieren zwischen Reinsand und lehmigem Ton,

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- 4 ERARBEITUNG VON FORSTANBAUSYSTEMEN FÜR BERGBAUFOLGELANDSCHAFTEN -
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VITA-MIN
der Anteil an Tonklumpen beträgt 5-25 %,
die Spannbreite der pH-Werte reicht von sehr stark sauer bis schwach sauer (Abbil-
dung 16)
die Versorgung mit Nährstoffen ist mittelmäßig.
Abbildung 15: Lage der ausgewählten nördlichen Teilfläche (rot markiert) im Tagebau Noch-
ten, südlich von Weißwasser.
Die Kalkdüngung erfolgte im Jahr 2018, wobei v. a. im Südbereich eine Nachkalkung erfor-
derlich war (LE-B AG, per. Komm.). Die Auswirkungen dieses spezifischen Haldenstandortes
auf die Sickerwasserqualität sind aufgrund seines geringen Alters bisher nicht betrachtet wur-
den. Weitere Daten zum geochemischen Zustand des Materials sowie zu Sickerwassermengen
und Stoffausträgen existieren nicht.

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- 4 ERARBEITUNG VON FORSTANBAUSYSTEMEN FÜR BERGBAUFOLGELANDSCHAFTEN -
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VITA-MIN
Abbildung 16: pH-Werte des Bodens in 60 cm Tiefe für die Untersuchungsfläche.
Der Standort liegt auf dem Grundwasserkörper (GWK) Lohsa-Nochten, DESN-SP 3-1 (BWP
2015), der durch die diffusen Belastungen und die Grundwasserentnahmen des Tagebaus
belastet ist. Der Zustand des GWK wird hinsichtlich der Menge (Entnahme überschreitet zur
Verfügung stehende Grundwasserressource) und der Güte (Schadstoffbelastung) als mäßig
eingestuft (BWP 2015). In Bezug auf Menge und Güte wird die Ausnahmeregelung der WRRL
in Anspruch genommen, weil durch die so starke menschliche Beeinträchtigung des Wasser-
körpers das Erreichen der Ziele als technisch unmöglich eingestuft wurde.
4.2.2.2
GEPLANTE AUFFORSTUNG DES KIPPENSTANDORTS IN NOCHTEN
Da die Aufforstung erst im Jahr 2020 stattfindet, ist die Fläche aktuell mit Waldstaudenroggen
als Zwischenbegrünung zum Erosionsschutz bedeckt. Insgesamt 12,5 ha der Gesamtfläche
sollen aufgeforstet werden, die verbleibenden 2,5 ha sind entweder mit Gebüschen gesäum-
ten Wegen oder Naturschutzzwecken vorbehalten. Von der Lausitz Energie Bergbau AG sind
ausschließlich Reinbestände für die Aufforstung vorgesehen, und zwar (Abbildung 17):
Roteiche im nordöstlichen Teil
Gemeine Kiefer auf Teilflächen im Norden sowie im Süden der Fläche
Gemeine Birke im Mittelteil

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- 4 ERARBEITUNG VON FORSTANBAUSYSTEMEN FÜR BERGBAUFOLGELANDSCHAFTEN -
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VITA-MIN
Abbildung 17: Von der Lausitz Energie Bergbau AG vorgesehene Aufforstung der Fläche, die
im weiteren als aktuelles Forstanbausystem modelliert wird. Die roten Linien sind Grenzen
der für die Modellierung ausgeschiedenen Hydrotope (Kap. 5.2), während die verschiedenen
Schraffuren sechs Teilflächen anzeigen, auf welche sich die Interpretation der Modellergeb-
nisse bezieht (Kap. 6.2.2)
4.2.2.3
ALTERNATIVES FORSTANBAUSYSTEM FÜR DEN KIPPENSTANDORT NOCHTEN
Wie bereits in den vorangegangenen Kapiteln erläutert wurde, sind Mischbestände aufgrund
ihrer geringeren Schadanfälligkeit und höheren Klimaplastizität den Reinbeständen vorzuzie-
hen. In Abhängigkeit von den Standorteigenschaften schlagen wir demnach Mischbestände
der Baumarten Kiefer, Traubeneiche und Birke in verschiedenen Mischungsanteilen als Alter-
native zur Aufforstungsplanung der LE-B AG vor (Tabelle 6 und Abbildung 18).
Trotz scheinbarer Anfälligkeit gegenüber außergewöhnlich heißen Tagen mit Temperaturspit-
zen (>35 °C), welche zum Teil zur Einstellung des Jahrringwachstums und verursachen mehr-
jähriger Wuchsdepressionen führen kann (Knoche und Ertle 2014; Knoche u. a. 2014), gilt
die Kiefer aufgrund fehlender Optionen, als einzig sinnvolle Anbaumöglichkeit auf allen armen
Sandsandorten des nordostdeutschen und sächsischen Raums. Allerdings ist mit dem An-
spruch eines naturnahen Waldbaus als Waldentwicklungsziel, zum einen an klimatisch stabi-
leren Mischbeständen und höherer biologischer Vielfalt gelegen. Zum anderen soll die
Anpas-
sungsfähigkeit der vorhandenen Wälder mit überwiegend heimischen Baumarten zunächst
gesichert werden,
bevor auf
ökophysiologisch unbekannte, fremdländische Baumarten ge-
setzt wird (Roteiche).

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- 4 ERARBEITUNG VON FORSTANBAUSYSTEMEN FÜR BERGBAUFOLGELANDSCHAFTEN -
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VITA-MIN
Abbildung 18: Vorgeschlagenes alternatives Forstanbausystem für die exemplarische Fläche
auf der Kippe Nochten
Daher wird für die durch Sand dominierten Bereiche (Bodenarten Ss, St2) ein Mischbestand
mit 70 % Kiefer, 20 % Birke und 10 % Traubeneiche vorgeschlagen. Kiefer und Birke sind
Baumarten mit zeitiger, häufiger und hoher Fruktifikationsrate (r-Strategen). Individuenrei-
che Populationen mit einer hohen genetischen Vielfalt
steigern die Wahrscheinlichkeit der
genetischen Anpassung im Klimawandel für diese Arten über neue Genotypen. Birke und
Traubeneiche tragen durch die Beimischung zum standortgerechten und landesfunktionellen
Anspruch bei. Biologischer Artenreichtum und Erfüllung der landeskulturellen Leistung gehen
dabei vor wirtschaftlicher Beforstung und Holzertrag. Nicht nur sind Mischwälder biologisch
diverser, auch neigen sie weniger zur Versauerung in den oberen Bodenschichten.
Die Laub-
streu verbessert die Benetzbarkeit des Bodens, was verhindern kann, dass der Waldboden
über einen Schwellenwert hinweg austrocknet und hydrophobe Eigenschaften ausbildet (Ro-
loff und Grundmann 2008). Besonders auf sandigen Substraten ist dies ein äußerst essenti-
eller Faktor.
Für die etwas bindigeren Teilflächen mit den Bodenarten St3, Lts und Tl dominiert die Trau-
beneiche mit 70 %, während Kiefer und Birke jeweils 15 % der Fläche einnehmen sollen.
Einzige Ausnahme bildet eine Teilfläche im Nordosten, die zwar als Bodenart St3 aufweist,
aber aufgrund ihrer geringen Größe der benachbarten Kiefern-dominierten Teilfläche zuge-
ordnet wird. Die Prozente sind das Ergebnis aus Betrachtung der Substrathauptbodenarten
kleinräumiger Flächenanteile. Die Traubeneiche wird der gebietsfremden Roteiche vorgezo-
gen. Zwar zeigt die Roteiche eine etwas bessere Säure- als auch Trockentoleranz, diese Fak-
toren spielen für die bindigeren Teilflächen allerdings eine eher untergeordnete Rolle. Nicht
nur ist die Wüchsigkeit beider Arten vergleichbar, auch ist die biologische Vielfalt in den von
Traubeneichen dominierten Wäldern höher.

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- 4 ERARBEITUNG VON FORSTANBAUSYSTEMEN FÜR BERGBAUFOLGELANDSCHAFTEN -
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VITA-MIN
4.2.2.4
KOSTENSCHÄTZUNG FÜR DIE FORSTLICHE PFLEGE DER KIPPE NOCHTEN
Da die Begründung und Gehölzentwicklung bis zu einem Bestandesalter von 15 Jahren vom
Bergbau-Betreiber betreut bzw. bewirtschaftet wird, entstehen keine Begründungskosten.
Anschließend wird sich ein defizitäres (vollmaschinelles) Wirtschaften bis zu einem Bestan-
desalter von 60 Jahren anschließen, bei geschätzten Kosten von 200 €/ha aller 5 Jahre (=Zeit-
raum zwischen zwei Eingriffen). Erst nach 60 Jahren werden sich positive holzerntekostenfreie
Erlöse einstellen. Dabei ist das Baumartenmischungsverhältnis irrelevant. Lediglich das Ni-
veau des Erlöses zum Ende der Umtriebszeit unterscheidet sich (Birke/Kiefer nach ca. 80
Jahren, Eiche nach ca. 200 Jahren).

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- 5 DATENGRUNDLAGE FÜR DIE MODELLIERUNG MÖGLICHER FORSTANBAUSYSTEME -
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VITA-MIN
5
DATENGRUNDLAGE FÜR DIE MODELLIERUNG MÖGLICHER FORSTAN-
BAUSYSTEME
5.1 DATENGRUNDLAGE FÜR DIE MODELLIERUNG - VERTRAUEN-SCHACHT-
HALDE
5.1.1
HYDROTOPAUSWEISUNG UND STANDORTEIGENSCHAFTEN DER HYDROTOPE
Neben den bereits beschriebenen Ausarbeitungen beispielsweise aus dem Jahr 1963 von Wün-
sche (1963) standen Geodaten u. a. zu Bodeneigenschaften, den Haldensubstraten und zur
Forstlichen Standortkartierung zur Verfügung (Quelle LfULG). Allerdings enthalten diese
Grundlagen nicht alle für eine Wasserhaushaltsmodellierung relevanten Daten und Parameter
wie Bodenart, Skelettanteil und Durchwurzelbarkeit. Daher hat das FIB im Rahmen dieses
Projektes bodenkundliche Geländeansprachen, in-situ-Messungen der gesättigten Wasserleit-
fähigkeit sowie forstliche Bestandesaufnahmen an mehreren Haldenstandorten durchgeführt.
Vor der Auswahl der Untersuchungsstandorte wurde die Halde in Hydrotope unterteilt, wobei
ein Hydrotop als eine hinsichtlich der hydrologischen Eigenschaften in sich homogene Flä-
cheneinheit definiert ist. Die für den Fall der Vertrauen-Schacht-Halde wesentlichen Parame-
ter eines Hydrotops sind Gelände- und Bodeneigenschaften sowie die Vegetationsbedeckung.
Als Vorinformation dienten neben den bereits erwähnten Geodaten auch ein hochaufgelöstes
digitales Geländemodell des Staatsbetriebes Geobasisinformation und Vermessung Sachsen.
Auf diesen Grundlagen wurden fünf Hydrotope abgeleitet, von denen sich zwei auf dem Pla-
teau der Halde befinden, während die verbleibenden drei sich auf die Hänge verteilen (Abbil-
dung 19). Als Abgrenzungskriterien dienten die Haldensubstrate, die Lage im Gelände sowie
die Exposition, welche auf die Höhe der Verdunstung einen entscheidenden Einfluss ausüben.
Tabelle 11 fasst die grundlegenden Eigenschaften der Hydrotope zusammen.
Tabelle 11: Allgemeine Beschreibung der Hydrotope
Hydro-
top
Beschreibung
Größe
(m²)
Auswahl-kri-
terien
Quelle
n
Boden
1
I
Plateau, Kohleschlamm 22502
Lage, Substrat
DGM, Layer Haldensub-
strate
7
II
Plateau, Schieferton
16408
Lage, Substrat
DGM, Layer Haldensub-
strate
5
III
Südost-Hang
4326
Lage, Exposition DGM
2
IV
Südwest-Hang
13418
Lage, Exposition DGM
5
V
Nordwest-Hang
10296
Lage, Exposition DGM
4
1
Stichprobenumfang für die Erfassung von Bodeneigenschaften

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- 5 DATENGRUNDLAGE FÜR DIE MODELLIERUNG MÖGLICHER FORSTANBAUSYSTEME -
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VITA-MIN
Abbildung 19: Hydrotope und Beprobungspunkte auf der Vertrauen-Schacht-Halde. Der
Haldenumring wurde in Anlehnung an das Geländemodell sowie unter Heranziehung der vor-
handenen Geodaten gebildet.
Die Auswahl der Beprobungspunkte für die Erfassung von Bodeneigenschaften innerhalb eines
jeden Hydrotops erfolgte mit der einfachen Zufallsstichprobe. Dem Gesamtstichprobenum-
fang wurde der maximal mögliche Stichprobenumfang unter Berücksichtigung der logistischen
Zwänge zugrunde gelegt (n
gesamt
= 23). Die Aufteilung der Stichprobenumfänge auf die Hyd-
rotope erfolgte proportional zu deren relativer Größe (Tabelle 11). An jedem Beprobungs-
punkt wurde eine Tastgrube mit einer Tiefe von 60 cm angelegt, in der in drei Tiefenstufen
(0-10 cm, 10-30 cm und 30-60 cm) feldbodenkundliche Ansprachen erfolgten. Die Wahl die-
ser einheitlichen Tiefeninkremente anstelle von horizontbezogenen Grenzen erfolgte im Hin-
blick auf die hydrologische Modellierung, welche die verschiedenen Standorte in einheitlicher
Weise berücksichtigen soll. Da dem Oberboden als Grenzschicht zwischen Atmosphäre und
Pedosphäre eine besondere Rolle bei der Aufteilung der Fließwege des den Boden erreichen-
den Wassers zukommt, wurde die höhere Auflösung in diesem Bereich gewählt.
In jedem Tiefeninkrement erfolgten feldbodenkundliche Aufnahmen u. a. von Lagerungs-
dichte, Bodenart, Grobboden und Durchwurzelung (Anlage 3). In direkter Nachbarschaft jeder
Tastgrube erfolgte eine in-situ-Messung der gesättigten Wasserleitfähigkeit mit dem Amooze-
meter, einem constant-head-Permeameter (Amoozegar 1989) in 20 cm Bodentiefe, um die-
sen für die Modellierung der Fließpfade im Boden sehr wichtigen Parameter direkt zu erfassen.

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- 5 DATENGRUNDLAGE FÜR DIE MODELLIERUNG MÖGLICHER FORSTANBAUSYSTEME -
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VITA-MIN
Die feldbodenkundlichen Ansprachen haben die aus den Voruntersuchungen bekannte hohe
räumliche Variabilität der Bodeneigenschaften, v. a. bedingt durch die Unterschiede in
Haldenaufbau und -abdeckung, bestätigt (Anlage 3). Die Bodenarten variieren zwischen gro-
bem Sand und reinem Schluff, mit einer zu erwartenden Bandbreite im Wasserspeicherver-
mögen des Feinbodens zwischen 60 mm und 140 mm in den oberen 60 cm des Bodens (Er-
mittlung nach KA5, S. 340f). Gemittelt über alle Punkte in einem Hydrotop hat H3 das ge-
ringste Wasserspeichervermögen (ca. 90 mm) und H4 das höchste (130 mm), gefolgt von H1
mit 120 mm, dazwischen liegen die Hydrotope H2 und H5 mit 100-110 mm. Hinzu kommt,
dass die Tiefenverteilung der Bodenart für jeden Punkt sehr unterschiedlich ist (Tabelle 12):
während es bei einigen Punkten keine Änderung mit der Tiefe gibt (z. B. Punkt H1-1), treten
auch Standorte mit stark geschichteten Profilen auf (z. B. Punkt H2-1).
Tabelle 12: Bodeneigenschaften und Durchwurzelung, Beprobungspunkte Vertrauen-
Schacht-Halde
Hydro-
top
Punk
t
Tiefe-
ninkrement
Bo-
denart
Kf
(mm/d)
1
Skelet-
tanteil
Wurzel-
tiefe
(cm)
Wurzel-
dichte
H1
H1-1
1 Su2
2854
0
100
0.16
2 Su2
0.01
0.42
3 Su2
0
0.42
H1-2
1 Su3
5933
0.12
100
0.56
2 gS
0.38
0.29
3 Su3
0.18
0.15
H1-3
1 Us
2607
0.06
100
0.33
2 Us
0.18
0.33
3 Us
0.18
0.33
H1-4
1 Ut2
984
0
80
0.59
2 Ut2
0.8
0.30
3 Ut2
0.8
0.11
H1-5
1 Us
2990
0
80
0.73
2 Us
0
0.14
3 Us
0
0.14
H1-6
1 Us
1774
0
100
0.33
2 Us
0
0.33
3 Su3
0
0.33
H1-7
1 Su2
1109
0
80
0.59
2 Uu
0
0.30
3 Uu
0
0.11
H2
H2-1
1 Uu
2801
0.01
80
0.46
2 gS
0.38
0.46
3 gS
0.38
0.09
H2-2
1 Su2
12223
0.25
100
0.35
2 Us
0.5
0.49
3 Uu
0.75
0.17
H2-3
1 fS
3852
0.2
80
0.33
2 Tu2
0.6
0.33
3 Tu2
0.8
0.33
H2-4
1 fS
2750
0.06
100
0.40
2 fS
0.6
0.40
3 fS
0.8
0.20
H2-5
1 Su2
11002
0.01
120
0.49
2 Us
0.8
0.25

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- 5 DATENGRUNDLAGE FÜR DIE MODELLIERUNG MÖGLICHER FORSTANBAUSYSTEME -
Seite | 52
VITA-MIN
3 Us
0.8
0.25
H3
H3-1
1 fSms
12562
0.5
80
0.62
2 gS
0.8
0.32
3 gS
0.8
0.06
H3-2
1 mS
6372
0.5
120
0.25
2 Sl2
0.85
0.25
3 Us
0.85
0.50
H4
H4-1
1 fSms
2935
0.25
120
0.45
2 Us
0.65
0.45
3 Su3
0.65
0.10
H4-2
1 Su2
9877
0.3
100
0.50
2 Us
0.5
0.33
3 Us
0.85
0.17
H4-3
1 Uu
9877
0.8
100
0.40
2 Uu
0.8
0.40
3 Uu
0.88
0.20
H4-4
1 Us
13778
0.25
120
0.33
2 Uu
0.85
0.33
3 Uu
0.85
0.33
H4-5
1 Su2
12917
0.3
100
0.40
2 Uu
0.8
0.40
3 Uu
0.88
0.20
H5
H5-1
1 Sl2
8693
0.2
80
0.21
2 Sl2
0.55
0.57
3 Sl3
0.88
0.21
H5-2
1 Su2
7980
0.1
80
0.59
2 Sl3
0.1
0.30
3 Sl3
0.4
0.11
H5-3
1 Su2
14638
0.3
120
0.33
2 Uu
0.75
0.33
3 Uu
0.88
0.33
H5-4
1 gS
3936
0.15
100
0.74
2 Su2
0.2
0.07
3 Su2
0.2
0.19
1
Einheitlicher Wert für alle Bodentiefen, hydrologisch relevante Tiefenvariation
dieser Kenngröße ist nicht zu erwarten (überall sehr hohe Versickerung)
Die gesättigte Wasserleitfähigkeit ist an allen Profilstandorten hoch bis sehr hoch und schließt
das Vorkommen von Oberflächenabfluss aus (Abbildung 20, Tabelle 12).

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- 5 DATENGRUNDLAGE FÜR DIE MODELLIERUNG MÖGLICHER FORSTANBAUSYSTEME -
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VITA-MIN
Abbildung 20: Gesättigte Wasserleitfähigkeit der beiden Haldenstandorte in 20 cm Boden-
tiefe
Auch der Skelettanteil unterscheidet sich stark zwischen den einzelnen Aufnahmepunkten und
zum Teil auch zwischen den Tiefenstufen (Tabelle 12). Gemittelt über die drei erfassten Tie-
feninkremente und alle Beprobungspunkte pro Hydrotop hat H1 mit Abstand den geringsten
Skelettanteil (knapp über 10 %) und H3 den höchsten (> 60 %), eng gefolgt von H4 mit
knapp 60 %. H2 und H5 nehmen wiederum die Mittelposition ein mit einem Grobbodenanteil
von 40 bis 50 % (Abbildung 21). Je höher der Skelettanteil eines Horizontes oder Profils ist,
umso weniger Wasser kann der Boden dort speichern. Betrachtet man also das Wasserspei-
chervermögen des Feinbodens zusammen mit dem Grobbodenanteilen und - für die Hänge -
mit der Lage im Relief, lassen sich folgende Aussagen treffen:
H1 hat sowohl ein recht hohes Wasserspeichervermögen des Feinbodens als auch den
geringsten Skelettanteil
H2 hat ein mittleres Wasserspeichervermögen und einen mittleren Skelettanteil
H3 hat das geringste Wasserspeichervermögen und den höchsten Skelettanteil,
schneidet nach diesen Kriterien von allen Hydrotopen also am schlechtesten ab; hinzu
kommt die Südost-Ausrichtung mit einer hohen Einstrahlung
H4 hat das höchste Wasserspeichervermögen, aber auch einen hohen Skelettanteil
und blickt in Richtung Südwest
H5 nimmt insgesamt eine Mittelstellung ein und ist Nordwest-exponiert

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- 5 DATENGRUNDLAGE FÜR DIE MODELLIERUNG MÖGLICHER FORSTANBAUSYSTEME -
Seite | 54
VITA-MIN
Abbildung 21: Gesamter Skelettanteil für die Probepunkte auf der Vertrauen-Schacht-Halde
Lässt man Unterschiede in der Durchwurzelung und Vegetationsbedeckung beiseite, sollte H1
daher eine geringere Sickerwassermenge aufweisen als H2, da H1 ein höheres Wasserspei-
chervermögen aufweist. Die Hanghydrotope sind in Bezug auf ihre Sickerwasserbildung im
Vorfeld nicht einzuschätzen, da sich Effekte der Bodenwasserspeicherung und Exposition (und
damit Verdunstung) wahrscheinlich überlagern.
Die Durchwurzelungstiefe wurde aus den feldbodenkundlichen Erhebungen abgeleitet: Bei ei-
ner sehr schwachen Durchwurzelungsintensität in 60 cm Bodentiefe wurde sie auf 80 cm, bei
einer schwachen auf 100 cm und bei einer mittleren auf 120 cm festgelegt (Tabelle 12; die
Durchwurzelungsintensitäten für die Beprobungspunkte enthält Anlage 3). Die Verteilung der
Feinwurzeldichten mit der Tiefe, die direkt im Gelände in den drei Tiefenstufen erfasst wurde,
ist sehr unterschiedlich. Es gibt Standorte mit über das gesamte Profil gleichbleibender Wur-
zeldichte als auch solche, in denen die Wurzeldichte mit der Tiefe zu- oder abnimmt (Abbil-
dung 22). Der Einfluss der Wurzeltiefe bzw. -dichte auf den Wasserhaushalt der Hydrotope
lässt sich aufgrund der geschilderten Heterogenität nicht abschätzen. In jedem Fall beeinflusst
speziell jedoch die Wurzeldichte das Modellergebnis maßgeblich (P. Schmidt-Walter, Entwick-
ler der Bibliothek LWFBrook90r, pers. Komm.).
Alle Standortparameter, d. h. die Boden- und Geländeeigenschaften sowie die Wurzelpara-
meter, wurden für die Modellierung des aktuellen und des alternativen Forstanbausystems
verwendet. Es kann zwar nicht ausgeschlossen werden, dass sich die Durchwurzelung bei
einem alternativen Anbausystem ändert, jedoch fehlen die Informationen, wie sich diese Än-

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- 5 DATENGRUNDLAGE FÜR DIE MODELLIERUNG MÖGLICHER FORSTANBAUSYSTEME -
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VITA-MIN
derung auf dem Haldenstandort ausprägen könnte. Eine Quantifizierung der daraus resultie-
renden Unsicherheit wäre nur über eine Sensitivitätsanalyse möglich und kann daher in dieser
Studie nicht berücksichtigt werden.
Abbildung 22: Ermittelte Wurzeldichten für die Probepunkte der Vertrauen-Schacht-Halde.
Unterhalb von 60 cm Bodentiefe (Erfassungsgrenze) wurde der Wert von 60 cm bis zur ma-
ximalen Durchwurzelung extrapoliert.

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- 5 DATENGRUNDLAGE FÜR DIE MODELLIERUNG MÖGLICHER FORSTANBAUSYSTEME -
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VITA-MIN
5.1.2
FORSTLICHE BESTANDESAUFNAHMEN UND VEGETATIONSPARAMETRIERUNG
Die forstlichen Bestandesaufnahmen wurden an repräsentativen Stellen jedes ausgewiesenen
Hydrotops durchgeführt. Aufgrund ihrer teilweise sehr schmalen Formen wurden auch die
Probeflächen rechteckig angelegt und in ihren Ausdehnungen an das jeweilige Gelände ange-
passt. Alle Flächen haben aber eine gleichbleibende Größe von ca. 600 m² (0,06 ha). Die Lage
und Anzahl der Aufnahmeflächen orientierten sich an der Größe der Hydrotope und der Be-
stockungssituation vor Ort. Da es sich bei der Halde um eine Sukzessionsfläche mit einer
Vielzahl an Baumarten und Strukturen handelt, wurde darauf geachtet, dass sich die Baum-
artenanteile des jeweiligen Hydrotops in der Probeflächenauswahl widerspiegeln.
Erfasst wurden die Parameter Brusthöhendurchmesser (BHD), Höhe (H), Baumart und
Stammzahl auf insgesamt sieben Aufnahmeflächen. Davon befinden sich aufgrund ihrer Größe
jeweils zwei im Hydrotop H1 und H2. In den drei anderen Hydrotopen wurde nur jeweils eine
Aufnahmefläche aufgenommen. Erfasst wurde der Durchmesser aller Individuen in den Auf-
nahmeflächen mit einem BHD > 7 cm (Derbholzgrenze). Dünnere Bäume gelten als Verjün-
gung, deren Bedeckungsgrad wie jener der Bodenvegetation zur Abschätzung des Blattflä-
chenindex (BFI) grob geschätzt wurde. Die Höhen jeder Baumart mit einem BHD oberhalb
der Derbholzgrenze wurden stichprobenweise aufgenommen, sodass das Spektrum der
Durchmesserklassen repräsentativ vertreten war.
Insgesamt wurden in den Hydrotopen H1 bis H5 repräsentative Inventuren der Gehölzbesto-
ckung durchgeführt. Nachfolgend sind für jede Untersuchungsfläche charakteristische Kenn-
zahlen in einer Tabelle zusammengefasst.
H1 ist östlich auf dem Haldenplateau gelegen. Die Zahl der Baumarten, die bereits die Derb-
holzgrenze (> 7 cm) erreichten, setzte sich aus 9 Laubgehölzen zusammen und war damit
sehr divers (Tabelle 13). Dabei bilden Birken und Pappeln mit ca. 30 cm Durchmesser und
über 20 m Höhe die erste Baumschicht. Darunter kommen Gemeine Esche, Traubeneiche,
Winterlinde und verschiedene Weiden vor. Bergahorn, Spitzahorn und Vogelkirsche stocken
mit ca. 7-8 m Höhe oberhalb der Bodenvegetation. Insgesamt sind mit allen Baumarten bisher
231 m
3
Holz herangewachsen. Der Blattflächenindex beträgt 0,439 für die Hauptbaumart
Birke.
H2 ist westlich auf dem Plateau der Halde gelegen. Im Vergleich zu H1 zeigt sich dieser mehr-
schichtige Waldbereich mit 5 Laubgehölzarten etwas weniger vielfältig (Tabelle 13). Auch hier
dominieren Birken und Pappeln die obere Baumschicht. Traubeneiche, verschiedene Weiden-
arten aber auch die Vogelkirsche erreichen Höhen zwischen 12-15 m. Dabei ist die Trauben-
eiche am individuenreichsten und verdeutlicht die künftige Waldgeneration eindrucksvoll. Ent-
sprechend zeigen 318 m
3
Holzvorrat wüchsigere Bedingungen an als bei H1. Der Blattflächen-
index liegt mit 0,413 für die Birke in einem vergleichbaren Größenrahmen, Traubeneiche be-
sitzt den größten Blattflächenindex mit 1,127.

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- 5 DATENGRUNDLAGE FÜR DIE MODELLIERUNG MÖGLICHER FORSTANBAUSYSTEME -
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VITA-MIN
Tabelle 13: Parameter des Waldbestandes für das Hydrotop H1 bis H5 (Baumarten: ASP –
Zitterpappel, BAH – Bergahorn, GBI – Gemeine Birke, GES – Gemeine Esche, HASEL – Hasel-
nuss, HBU – Hainbuche, RBU – Rotbuche, REI – Roteiche, ROB – Robinie, SAH – Spitzahorn,
SER – Schwarzerle, TEI – Traubeneiche , VKI – Vogelkirsche, WIE – Weide, WLI – Winter-
linde).
Hydrotop H1
Baumart
Durch-
messer
[cm]
Höhe
[m]
Stamm-
zahl
[Stck./h
a]
Grund-
fläche
[m
2
]
Vorrat
[m
3
/ ha]
BFI
[m²/m²]
GBI
29
20,1
88
6,02
231
0,439
ASP
29,2
21,6
32
2,19
0,161
BAH
7,1
7,3
16
0,06
0,020
SAH
8,5
8,7
8
0,04
0,012
VKI
7,8
8,2
24
0,11
0,032
GES
16,7
14,6
24
0,61
0,069
TEI
26
17,3
8
0,42
0,036
WLI
26,8
13,2
8
0,45
0,037
WEI
23,7
15,4
88
4,32
0,359
Hydrotop H2
GBI
31,9
21,3
75
5,75
318
0,413
ASP
26,4
17,5
37
4,22
0,167
VKI
13,7
12,1
75
1,24
0,177
TEI
17,5
13,6
374
9,69
1,127
WEI
13,8
14,2
6
0,20
0,015
Hydrotop H3
GBI
29,6
22,1
96
7,08
319
0,489
ROB
21,5
12,9
32
0,34
0,063
VKI
16,5
12,2
16
0,34
0,045
GES
9,1
10
64
0,43
0,100
HBU
15,4
12,1
128
2,82
0,339
RBU
23,4
17,1
32
1,42
0,129
TEI
18,6
13,2
64
2
0,205
REI
20,1
14,9
176
7,26
0,608
Hydrotop H4
GBI
23,1
17,9
288
12,62
238
1,144
VKI
8,3
8,5
16
0,08
0,023
HASEL
9,3
8,6
48
0,33
0,077
GES
7,2
9,1
16
0,06
0,020
HBU
9
7,7
32
0,21
0,050
RBU
10,9
10,9
32
0,3
0,060
TEI
11,6
8,5
128
1,82
0,255
REI
12,6
11,9
176
2,72
0,381
SER
7,2
5,6
16
0,07
0,020
WEI
11,7
9,2
48
0,52
0,097
Hydrotop H5
GBI
22,4
18,9
288
12,13
301
1,110
GES
8,1
9,1
64
0,33
0,089
HBU
13,9
10,9
64
1,15
0,153
TEI
11,1
8,5
80
0,79
0,153
REI
13,3
12,9
448
7,13
1,025
Auf der ganz im Osten an einem schmalen Hang gelegenen Fläche H3 ist die Baumartenvielfalt
so hoch wie bei H1 (Tabelle 13). Allerdings kommen hier neben der Gemeinen Birke, Robinie,

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- 5 DATENGRUNDLAGE FÜR DIE MODELLIERUNG MÖGLICHER FORSTANBAUSYSTEME -
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VITA-MIN
Hain- und Rotbuche sowie Roteiche vor. Die zuletzt genannte ist vermutlich aus einer Pflan-
zung hervorgegangen. Neben den über 20 m hohen Birken im Oberstand, befinden sich die
anderen Gehölzarten in der 2. Baumschicht mit Höhen zwischen 10 und 13 m, Roteiche und
Rotbuche sogar bei 15 m und 17 m. Vor allem Hainbuche und Roteiche waren auf diesem
Flächenabschnitt sehr stammzahlreich vertreten. Mit 319 m
3
Holzvorrat ist diese Fläche ge-
nauso wüchsig wie H2. Der Blattflächenindex für die dominierende Roteiche ist hier allerdings
mit 0,608 deutlich größer.
H4 befindet sich auf der süd- bis südwestlich und sonnenexponierten Hangseite der Halde.
Die Baumartenzahl ist wie bisher ähnlich hoch (Tabelle 13). Neben den vielen stammzahlrei-
cheren überschirmenden Birken in der ersten Baumschicht liegen alle anderen Arten mit ca.
7 m bis 12 m darunter. Nur auf dieser Fläche vertreten ist die Schwarzerle mit der geringsten
Höhe. Neu in der 2. Baumschicht vertreten ist auch der Hasel. Hektarbezogen wurden 238 m
3
Holzvorrat gebildet. Der Blattflächenindex ist mit 1,144 für Birke am höchsten.
Als H5 wurde der westliche Hang der Halde bezeichnet. Wie die gesamte Haldenfläche ist auch
dieser Hang laubholzdominiert (Tabelle 13). Besonders Birke und Roteiche sind mit hohen
Individuenzahlen vertreten. Auch hier ist die Birke mit mindestens 5 m Höhendifferenz zu den
anderen Baumarten überschirmend. Hektarbezogen wurden 301 m
3
Holzvorrat gebildet. Der
Blattflächenindex ist mit 1,110 für Birke ähnlich hoch wie bei H4.
Die bei der forstlichen Bestandesaufnahme ermittelten Variablen wie Stammzahl, Bestandes-
grundfläche oder Baumhöhe der einzelnen Baumarten wurden für jedes Hydrotop zunächst
gemittelt, sofern es mehr als eine Teilfläche gab. Die für die Wasserhaushaltsmodellierung
sehr wichtigen Vegetationsparameter maximaler Blattflächenindex sowie Stammflächenindex
(SFI) wurden daraufhin ebenfalls separat für jede Baumart abgeleitet. Beim Blattflächenindex
wurde dafür die in einer durch das FIB für Sachsenforst angefertigten Analyse (Küchenmeister
u. a. 2017, unveröffentlicht) ermittelte Beziehung des BFI zum Produkt aus Stammzahl und
Mitteldurchmesser genutzt. Um zunächst die Stammfläche zu ermitteln, sind publizierte Be-
ziehungen zum Brusthöhendurchmesser verwendet worden, welche zwischen glattrindigen
und raurindigen Baumarten unterscheiden (Hörmann u. a. 2003). Daraufhin ist die Stamm-
fläche mit der Stammzahl, welche für die jeweilige Baumart in einem Hydrotop ermittelt
wurde, multipliziert und auf die Fläche bezogen worden (der SFI wird wie der BFI in m²/m²
angegeben).
Im letzten Schritt wurden die Baumhöhen der Einzelbaumarten gemittelt bzw. die Blatt- und
Stammflächenindizes aufsummiert, um die Mischbestände zu parametrieren. Um auch die
Blattflächen der Bodenvegetation sowie der Verjüngungsschicht zu berücksichtigen, wurde
der Blattflächenindex für die Bodenvegetation auf 1 gesetzt und zum BFI der Bäume dazu
gerechnet, sofern der Bedeckungsgrad 100 % betrug. Bei geringeren Bedeckungsgraden er-
folgte ein entsprechender prozentualer Abzug. Der BFI der Verjüngungsschicht wurde im Ge-
lände abgeschätzt und ebenfalls dazu gerechnet. Der Gesamt-BFI des aktuellen Haldenwaldes
setzt sich damit aus dem BFI der Bäume, der Bodenvegetation sowie der Verjüngungsschicht
zusammen (Tabelle 14).
Die alternative Bestockung der Vertrauen-Schacht-Halde wurde für die Hydrotope 1, 2, 3 und
5 (TEI-HBU-Mischbestand) parametriert, indem die Parameter für die Traubeneiche und die
Hainbuche, entsprechend ihrem jeweilig zugewiesenen Flächenanteil, gewichtet gemittelt
wurden (Tabelle 14). Für Hydrotop 4 (Reinbestand wird vorgeschlagen) werden in Abhängig-

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- 5 DATENGRUNDLAGE FÜR DIE MODELLIERUNG MÖGLICHER FORSTANBAUSYSTEME -
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VITA-MIN
keit von der zugewiesenen Stammzahl und Bestandesgrundfläche die Parameter für die Trau-
beneiche abgeleitet (Tabelle 14). Die Parameterwerte für den aktuellen Bestand und das al-
ternative Forstanbausystem enthält Tabelle 14.
Tabelle 14: Vegetationsparametrierung für das aktuelle und das alternative Forstanbausys-
tem, Vertrauen-Schacht-Halde
Hydro- Hauptbaumart
Baumhöhe (m) maximaler BFI
(m²/m²)
SFI (m²/m²)
top
aktu-
ell
alterna-
tiv
aktu-
ell
alterna-
tiv
aktuell
alternativ
aktu-
ell
alternativ
1 GBI
TEI
16,2
13,1
3,6
4,2
0,5
1,4
2 GBI
TEI
15,0
13,1
3,1
4,2
0,6
1,4
3 GBI
TEI
14,7
13,1
3,1
4,2
0,6
1,4
4 GBI
TEI
12,7
8,8
3,7
6,6
0,6
1,2
5 GBI
TEI
14,0
13,1
4,7
4,2
0,6
1,4
5.2 DATENGRUNDLAGE FÜR DIE MODELLIERUNG – KIPPE NOCHTEN
Eigene Geländearbeiten auf dem Kippenstandort Nochten beschränkten sich auf die Feldmes-
sung der gesättigten Wasserleitfähigkeit, die wie auf der Vertrauen-Schacht-Halde mit dem
Amoozemeter vorgenommen wurde. Ansonsten konnte die Parametrierung des Bodens auf
der Grundlage des Kartierungsberichts vorgenommen werden. Die Messergebnisse der Was-
serleitfähigkeit zeigen klar, dass unabhängig von der Bodenart jegliche Niederschläge versi-
ckern können, ohne dass es zu Oberflächen- oder Zwischenabfluss kommt (Abbildung 18).
Die Bodenart und der Skelettgehalt, aus denen die für die Modellierung benötigten Parameter
der Wasserretentionsfunktion abgeleitet werden (Kap. 4.2.2.1), können aus den Angaben im
Kartierungsbericht entnommen werden. Da die im Kartierungsbericht erfassten substratsys-
tematischen Einheiten zum Teil mehrere Bodenarten beinhalten und zudem durch wechselnde
Skelett- und Tongehalte gekennzeichnet sind, wurde die mittlere Bodenart und der Skelett-
gehalt jeder kartierten Flächeneinheit wie folgt abgeleitet:
Wenn ein Kippsubstrat mehrere Bodenarten beinhaltet, wurde eine mittlere Bodenart
festgelegt, die aus den Mittelwerten der Sand-, Schluff- und Tonanteile der einzelnen
Bodenarten abgeleitet wurde. Zum Beispiel sind im Kippsubstrat oj-(k)ls+lt (qt+t) die
Bodenarten St2, Ts2 und Tu2 vertreten, woraus sich durch dieses Vorgehen die mitt-
lere Bodenart Lts ergibt.
Der separat kartierte Tonanteil wurde einbezogen, indem der Mittelwert aus den im
ersten Schritt ermittelten Sand-, Schluff- und Tonanteilen und dem Sand-, Schluff-
und Tonanteil der Bodenart lehmiger Ton (Lehmtonklumpen gemäß Kartierungsbe-
richt, aus denen der Tonanteil abgeschätzt wurde) gebildet wurde. Diese Mittelwert-
bildung erfolgte gewichtet in Abhängigkeit vom Anteil an Lehmtonklumpen. Daraus
ergibt sich u. U. eine neue, stärker bindige Bodenart.
Die Angaben zum Skelettanteil aus dem Kartierungsbericht (z. B. kiesführend) wurden
gemäß der Kartieranleitung KA5 (Boden 2006) in mittlere Skelettanteile übersetzt.
Dieser mittlere Skelettanteil beträgt in allen Fällen zwischen ca. 5 und ca. 15 %.
Im letzten Schritt wurden Bodenteilflächen gebildet, die hinsichtlich Bodenart und Ske-
lettanteil in sich homogen sind.

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- 5 DATENGRUNDLAGE FÜR DIE MODELLIERUNG MÖGLICHER FORSTANBAUSYSTEME -
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VITA-MIN
Eine Aufforstung der Kippenfläche ist im Jahr 2020 geplant. Die Ableitung der Parameter
Baumhöhe, Blattflächen- und Stammflächenindex basierte auf den zu erwartenden Bestan-
deseigenschaften wie Stammzahl und Brusthöhendurchmesser für die von der LE-B AG ge-
planten Reinbestände sowie die von uns alternativ vorgeschlagenen Mischbestände. Die ver-
wendeten Ansätze z. B. zur Ableitung des Blattflächenindex aus der Stammzahl und dem
Brusthöhendurchmesser sind dieselben, die auch auf der Vertrauen-Schacht-Halde zum Ein-
satz kamen. Die im Jahr 2019 vorliegende Vegetationsbedeckung (Waldstaudenroggen)
wurde ebenfalls simuliert. Da keine Messdaten vorlagen, wurde die Parametrierung des Rog-
gens in Anlehnung an einen veröffentlichten Datensatz zu Winterroggen vorgenommen
(Scherzer u. a. 2006), wobei jedoch aufgrund der sehr viel geringeren Saatdichte des Wald-
stauden- gegenüber dem Winterroggen der maximale Blattflächenindex um 85 % reduziert
wurde. Der Jahresgang des Blattflächenindex wurde ebenfalls an den des Winterroggens an-
geglichen.
Im letzten Schritt wurden durch Verschneidung der Bodenteilflächen und der Teilflächen, die
sich durch die Forstanbauplanung ergeben, insgesamt 12 Hydrotope gebildet (Abbildung 23,
Tabelle 12). Diese wurden separat modelliert, und zwar sowohl für den aktuellen Bestand mit
Waldstaudenroggen, die geplanten Reinbestände und die alternativ von uns vorgeschlagenen
Mischbestände. Um die Auswertung der Modellergebnisse überschaubar zu halten, wurden die
simulierten Wasserhaushaltsgrößen für Hydrotope mit gleicher Vegetation und ähnlicher Bo-
denart gemittelt, zum Beispiel die Ergebnisse für die Bodenarten St2 und St3, Baumart Kiefer.
Daraus ergeben sich sechs neue Teilflächen, die wie folgt charakterisiert sind (
Tabelle 16):
Die größte Teilfläche, Teilfläche 1 im Nordosten des gewählten Kippenareals (Abbil-
dung 23), befindet sich mit den Bodenarten St2 und St3 im sandigen Spektrum. Der
geplante Roteichenbestand wird im alternativen Forstanbausystem durch den Kiefern-
dominierten Mischbestand ersetzt, welcher einen etwas höheren Blatt- und Stammflä-
chenindex als der Roteichenreinbestand aufweist.
Die ebenfalls sandige Teilfläche 2 schließt sich größtenteils westlich an Teilfläche 1 an.
Hydrotop 12 jedoch, welches ebenfalls zu dieser Teilfläche gehört, befindet sich aller-
dings ganz im Süden (Abbildung 23). Der geplante Kiefernreinbestand wird alternativ
durch den Kieferndominierten Mischbestand ersetzt, wobei Letzterer durch den Laub-
holzanteil insgesamt etwas geringere Blatt- und Stammflächenindizes aufweist.
Die nur 0,17 ha große Teilfläche 3 unterscheidet sich von Teilfläche 2 lediglich hin-
sichtlich ihrer Bodenart (Tabelle 16). Da zu erwarten ist, dass der Wasserhaushalt
eines Lehmstandorts sich von dem eines Sandstandortes unterscheidet, wird diese
Teilfläche dennoch separat betrachtet.
Teilfläche 4 ist der Sandstandort mit dem höchsten Tonanteil (Bodenart St3). Statt
des geplanten Birkenreinbestandes haben wir daher den traubeneichendominierten
Mischbestand für diese Fläche vorgeschlagen. Im Vergleich zur Birke hat der Mischbe-
stand einen fast doppelt so hohen Blattflächenindex, der Stammflächenindex ist eben-
falls etwas höher (Tabelle 17).
Teilfläche 5 ist ein Sandstandort, der ebenfalls als Birkenreinbestand geplant ist. Al-
ternativ stockt hier der Kieferndominierte Mischbestand mit deutlich höherem Blatt-
und Stammflächenindex (Tabelle 17).
Teilfläche 6 ist der einzige stark bindige Standort (
Tabelle 16). Wie für die lehmige Teilfläche 4 stellt hier der Traubeneichendominierte
Mischbestand die Alternative zum geplanten Birkenreinbestand dar.

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- 5 DATENGRUNDLAGE FÜR DIE MODELLIERUNG MÖGLICHER FORSTANBAUSYSTEME -
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VITA-MIN
Tabelle 15: Bodeneigenschaften und Durchwurzelung, Hydrotope Kippe Nochten
Hydro-
top
Tiefen-
inkrement
Boden-
art
k
f
(mm/d)
*2
Skelett-
anteil
Wurzel-
tiefe (cm)
Wurzel-
dichte
H1
1
St2
3545
0,135
60
0,8
2
St2
0,135
0,1
H2
1
St2
3545
0,135
60
0,8
2
St2
0,135
0,1
H3
1
Ss
3545
0,135
60
0,8
2
Ss
0,135
0,1
H4
1
St3
3545
0,135
60
0,8
2
St3
0,135
0,1
H5
1
St3
3545
0,135
60
0,8
2
St3
0,135
0,1
H6
1
Lts
2671
0,135
60
0,8
2
Lts
0,135
0,1
H7
1
St3
3545
0,135
60
0,8
2
St3
0,135
0,1
H8
1
St2
3545
0,135
60
0,8
2
St2
0,135
0,1
H9
1
Tl
2671
0,135
60
0,8
2
Tl
0,135
0,1
H10
1
Tl
2671
0,0675
60
0,8
2
Tl
0,0675
0,1
H11
1
Ss
3545
0,135
60
0,8
2
Ss
0,135
0,1
H12
1
St2
3545
0,135
60
0,8
2
St2
0,135
0,1
*1
: 0-20 cm, 2: 20-60 cm
*2
Werte für die Gruppen "Sand" und "Lts/Tl" wurden gemittelt; einheitlicher Wert für alle
Bodentiefen

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VITA-MIN
Abbildung 23: Aufteilung der Fläche in Hydrotope, die für die Modellierung in sechs Teilflä-
chen zusammengefasst wurden.
Tabelle 16: Standorteigenschaften, Kippenstandort Nochten
Teilfläche Teilflächengröße
(ha)
Enthaltene(s)
Hydrotop(e)
Bodenart(en) Exposition
1
4,00 H1, H5
St2, St3
Süd
2
2,40 H2, H3, H4,
H12
Ss, St2, St3
Süd, Ost
3
0,17 H6
Lts
Nord
4
2,01 H7
St3
Süd
5
2,86 H8, H11
Ss, St2
Süd
6
1,04 H9, H10
Tl
Süd

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VITA-MIN
Tabelle 17: Vegetationsparametrierung für das aktuelle und das alternative Forstanbausys-
tem, Kippenstandort Nochten
Teil- Hauptbaumart
Baumhöhe (m) maximaler BFI
(m²/m²)
SFI (m²/m²)
flä-
che
aktu-
ell
alterna-
tiv
aktu-
ell
alterna-
tiv
aktuell
alternativ
aktu-
ell
alternativ
1 REI
GKI
16,5
17,0
2,3
2,7
1,0
2,3
2 GKI
GKI
11,6
17,0
3,3
2,7
2,5
2,3
3 GKI
GKI
11,6
17,0
3,3
2,7
2,5
2,3
4 GBI
TEI
20,5
16,9
1,8
3,2
1,1
1,5
5 GBI
GKI
20,5
17,0
1,8
2,7
1,1
2,3
6 GBI
TEI
20,5
16,9
1,8
3,2
1,1
1,5
Die für die modellhafte Beschreibung des Wasserhaushalts ebenfalls wichtige Parametrierung
der Wurzelverteilung kann mangels der Möglichkeit einer Datenerhebung vor Ort nur pauschal
vorgenommen werden. Aus gutachterlichen hausinternen Erfahrungen leiten wir aus der Tat-
sache, dass es sich beim gewählten Kippenstandort um ein melioriertes saures Kippsubstrat
handelt, folgende Durchwurzelungsannahmen ab (Tabelle 12):
Die Wurzeltiefe ist auf 60 cm beschränkt.
Die Wurzeldichte ist dadurch charakterisiert, dass sich 80 % der Feinwurzeln in den
oberen 20 cm des Bodens befinden.
5.3 DATENGRUNDLAGE FÜR DIE MODELLIERUNG – METEOROLOGISCHE ZEIT-
REIHEN
5.3.1
BESCHREIBUNG DER AUSGEWÄHLTEN DATENGRUNDLAGEN
Von Seiten des Auftraggebers wurden regionalisierte meteorologische Zeitreihen der Klimas-
zenarien RCP2.6 (moderater Strahlungsantrieb von 2,6 W/m²) und RCP8.5 (starker Strah-
lungsantrieb von 8,5 W/m²) der Jahre 1961 bis 2100 zur Verfügung gestellt (zur Dokumena-
tion siehe Bernhofer u. a. 2016). Die Daten selbst wurden seitens des Auftraggebers extra
für den hier vorliegenden Bericht gerechnet. Die Interpolation auf die beiden Beispielstandorte
erfolgte von Seiten des Auftraggebers mit der Methode des Inverse Distance Weighting
(IDW).
Für die Modellierung wurden die in Tabelle 18 aufgeführten Variablen auf Tagesbasis verwen-
det.
Das den Klimaszenarien zugrundeliegende Globalmodell MPI-ESM basiert auf dem Atmosphä-
renmodell ECHAM6 und dem Ozeanmodell MPIOM sowie Modellkomponenten zur Abbildung
der Grenzschicht zwischen Landoberfläche und Atmosphäre (Modell JSBACH) sowie der bio-
geochemischen Vorgänge im Ozean (Modell HAMMOCC). Von den drei verfügbaren Modellläu-
fen wurden für diese Studie der Lauf 1 und 3 des RCP2.6-Szenarios und alle drei Läufe des
RCP8.5-Szenarios verwendet.

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- 5 DATENGRUNDLAGE FÜR DIE MODELLIERUNG MÖGLICHER FORSTANBAUSYSTEME -
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Tabelle 18: Meteorologische Variablen, die für die Modellierung genutzt wurden.
Variable
Einheit Bezeichnung im Modell
Datum
-
dates
Minimum der Tagestemperaturen
°C
tmin
Maximum der Tagestemperaturen
°C
tmax
Mittelwert der Tagestemperaturen
°C
tmean
Niederschlagssumme
mm
prec
Relative Luftfeuchte
%
relhum
Tagessumme der Globalstrahlung
MJ/m²
globrad
Tagesmittelwert der Windgeschwindigkeit m/s
wind
Tagesmittelwert des Luftdrucks
kPa
vappres
Aus den mit WEREX VI für Sachsen regionalisierten Globalmodellen (Spekat und Enke 2020)
wurden pro Lauf zwei Regionalisierungen ausgewählt, welche sich hinsichtlich des Nieder-
schlags jeweils am unteren bzw. oberen Rand bewegen (Tabelle 19). In der Darstellung der
Ergebnisse werden die Szenarien und Läufe separat betrachtet, während aus Gründen der
Übersichtlichkeit zwischen den Realisationen gemittelt wird.
Tabelle 19: Verwendete Modellläufe und Realisierungen für die zwei Haldenstandorte.
Kippe Nochten
Vertrauen-Schacht-Halde
Szenario Lauf Realisierung
1
Lauf Realisierung
RCP2.6
1
1 (feucht), 2 (trocken) RCP2.6 1
2 (feucht), 3 (trocken)
3
3 (trocken), 8 (feucht)
3
7 (trocken), 8 (feucht)
RCP8.5
1
1 (feucht), 6 (trocken) RCP8.5 1
1 (feucht), 6 (trocken)
2
4 (feucht), 8 (trocken)
2
4 (feucht), 8 (trocken)
3
2 (feucht), 9 (trocken)
3
7 (feucht), 9 (trocken)
1
Auswahl der „feuchten“ bzw. „trockenen“ Realisation anhand der maximalen bzw. minimalen
Niederschlagsmengen für den Gesamtzeitraum (1961-2100)
Ein Eintreten des mit dem moderaten Szenario RCP2.6 berechneten Klimawandels bedeutete
für Sachsen eine Temperaturerhöhung von 1 bis 1,5 °C zwischen der Referenzperiode 1971
bis 2000 und der Periode 2071 bis 2100. Im selben Zeitraum würden sich die Niederschläge
kaum verändern (Spekat und Enke 2020). Tritt jedoch eine Änderung gemäß Szenario RCP8.5
ein, wäre mit einer Temperaturerhöhung von ca. 3,5 °C im selben hundertjährigen Zeitraum
zu rechnen. Hinsichtlich der Niederschläge prognostiziert RCP8.5 eine sachsenweite Abnahme
der Jahresniederschläge von 15 bis 35 %, wobei v. a. die Sommerniederschläge um bis zu
45 % zurückgingen (Spekat und Enke 2020).
5.3.2
VERGLEICH DER MODELLLÄUFE UND REALISIERUNGEN
Für die Modellierung wurden sowohl für die Referenzperiode 1971-2000 als auch für die Zu-
kunft die aus der Klimamodellierung stammenden Daten verwendet. Um einen Eindruck zu
erhalten, wie sich die verschiedenen Modellläufe und Realisierungen voneinander unterschei-
den sowie welche Unterschiede zu den realen Daten für die Referenzperiode 1971-2000 be-
stehen, wurden für die mittlere Temperatur und die Jahresniederschläge die Verteilungen
berechnet und in Form von Boxplots dargestellt. Datengrundlage für die gemessenen (aber
räumlich interpolierten) Niederschläge und Temperaturen sind die im ReKIS (https://re-
kis.hydro.tu-dresden.de/) als Rasterdaten zur Verfügung gestellten Datensätze (RaKliDa).

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Abbildung 24: Boxplots der mittleren Temperatur für die Referenzperiode (1971-2000) für
die Vertrauen-Schacht-Halde. Dargestellt sind die Ergebnisse der verschiedenen Realisatio-
nen (RCP2.6 bzw. RCP8.5), der verwendeten Läufe (R) und Realisationen (r).
Abbildung 25: Boxplots der mittleren Temperatur für die ferne Zukunft (2071-2100) für die
Vertrauen-Schacht-Halde.

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Die mittlere Temperatur der ersten Referenzperiode am Standort der Vertrauen-Schacht-
Halde zeigt Abbildung 24. Danach gibt es im Vergleich zu den auf Messungen (aber räumlich
auch interpolierten) beruhenden Daten mehr oder weniger große Abweichungen. So liegen
die Medianwerte der Temperaturen im Modelllauf RCP2.6r1 recht nahe an den Messwerten,
während die im RCP2.6r3 modellierten Temperaturen in beiden Realisationen etwas kühler
sind. In den Ergebnissen der Modellierung RCP8.5 fällt vor allem Lauf 1, Realisierung 1 mit
einer höheren mittleren Temperatur auf; beide Realisierung im Lauf 1 weisen zudem eine
deutlich gestrecktere Verteilung als z.B. die beiden anderen Modellläufe im RCP8.5.
In der fernen Zukunft (2071-2100) zeigen die alle Realisierungen von RCP2.6 ähnliche Medi-
anwerte auf, die gegenüber der ersten Referenzperiode um etwa knapp einen Grad höher
liegen (Abbildung 25). Ganz anders hingegen liegen die im Szenarion RCP8.5 modellierten
mittleren Temperaturen mit um 12°C oder darüber deutlich höher, wobei die beiden Realisie-
rungen des RCP8.5R3 die höchsten Temperaturen aufweisen.
Auch die Niederschläge sind in der Referenzperiode 1971-2000 an der Vertrauen-Schacht-
Halde keineswegs gleich (Abbildung 26). So fällt etwa das RCP2.6r3 in der Realisierung 3 als
besonders trockenes und das RCP8.5R1 in der Realisierung 6 als besonders niederschlagsrei-
che Modellierung auf. Die Spannweite zwischen Maxima und Minima ist bei den realen Mess-
werten höher als bei den modellierten Daten.
Die Modellergebnisse der fernen Zukunft zeigen vor allem Unterschiede zwischen den beiden
Szenarien, wobei das Szenarion RCP2.6 im Vergleich zu den realen Messwerten der Referenz-
periode nur moderate Abnahmen zeigen (Abbildung 27). Alle Realisierungen des Szenarios
RCP8.5 hingegen weisen auf deutlich niedrigere Jahresniederschläge hin.
Abbildung 26: Boxplots des Jahresniederschlags für die Referenzperiode (1971-2000) für die
Vertrauen-Schacht-Halde.

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Abbildung 27: Boxplots des Jahresniederschlags für die ferne Zukunft (2071-2100) für die
Vertrauen-Schacht-Halde.
Abbildung 28: Boxplots der mittleren Temperatur für die Referenzperiode (1971-2000) für
die Kippe Nochten.

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VITA-MIN
Für den Standort der Kippe Nochten liegen der Median der gemessenen Temperaturen der
Referenzperiode (1971-2000) deutlich niedriger als die Medianwerte der Modellergebnisse
(Abbildung 28). Auch das Szenario RCP2.6 weist hier im Fall des Laufes 1 in der zweiten
Realisierung fast ein Grad höhere Temperaturen auf. Im Szenario RCP8.5 sind die Median-
werte ähnlich. Vor allem der Modellauf RCP8.5r2 weist eine sehr enge Verteilung im Vergleich
zu den realen Daten als auch des RCP8.5r1 auf.
Die Modellergebnisse zu den Medianwerten der Temperaturen in der fernen Zukunft (2071-
2100) sind am Standort Nochten gegenüber der Referenzperiode deutlich erhöht (Abbildung
29). Besonders auffällig ist dies für alle Realisierungen des RCP8.5, deren Medianwerte um
oder über 13°C liegen.
Abbildung 29: Boxplots der mittleren Temperatur für die ferne Zukunft (2071-2100) für die
Kippe Nochten.
Die Jahressummen der Niederschläge werden hingegen im Vergleich zu den realen Daten für
die Referenzperiode (1971-2000) mit nicht so großen anteiligen Abweichungen wie bei der
mittleren Temperatur abgebildet (Abbildung 30). Wie schon an der Vertrauen-Schacht-Halde
ist die Spannweite zwischen Maxima und Minima ist bei den realen Messwerten höher als bei
den modellierten Daten. Möglicherweise weist dies auf Einschränkungen in den Modellen hin.
Für die ferne Zukunft (2071-2100) sind die Verteilungen der Jahresniederschläge in Abbildung
31 dargestellt. Im RCP2.6 liegen dieser bereits unter den Werten der Referenzperiode. Die
Realisierungen des Szenarios RCP8.5 weisen durchgängig über alle Realisierungen auf im
Vergleich dazu nochmals reduzierten Jahresniederschläge hin.

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Abbildung 30: Boxplots des Jahresniederschlags für die Referenzperiode (1971-2000) für die
Kippe Nochten.
Abbildung 31: Boxplots des Jahresniederschlags für die ferne Zukunft (2071-2100) für die
Kippe Nochten.

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VITA-MIN
Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass der Vergleich der realen (aber räumlich
interpolierten) Messdaten mit den Verteilungen der verschiedenen Realisierungen innerhalb
der Referenzperiode 1971-2000 teilweise durchaus deutliche Abweichungen aufweist. Dies
weist darauf hin, dass die Modelle die Referenzperiode nicht exakt nachbilden können. Den-
noch ist davon auszugehen, dass die Abweichungen der vorliegenden Modelldaten von den
Messdaten nicht so gravierend sind, als dass diese für die hier anstehende Fragestellung,
welchen Effekt verschiedene Forstanbausysteme auf den Wasserhaushalt einer Halde bzw.
Kippe haben, nicht verwendet werden könnten. Dennoch sind diese immer nur als Näherung
an die Realität zu betrachten. Eine weitergehende, vertiefte Analyse der Unterschiede zwi-
schen realen Daten und Modellergebnissen ist nicht die Aufgabe der hier vorliegenden Studie.
Weiter zeigen die Unterschiede zwischen den Realisierungen innerhalb der Modellläufe sowie
zwischen den Modellläufen, dass mit den ausgewählten Daten jeweils eine größere Spann-
weite abgedeckt wird und so die daraus hier abgeleiteten Modellergebnisse vermuten lassen,
dass die spätere tatsächliche Entwicklung darin eingeschlossen sein wird.

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VITA-MIN
6
BEISPIELHAFTE MODELLIERUNG DES WASSERHAUSHALTES
6.1 METHODIK
6.1.1
MODELLWAHL UND -KONZEPT
Der Einfluss der Forstanbausysteme auf den Wasserhaushalt der Haldenstandorte wird mittels
der Simulation von Evapotranspiration und Sickerwasserbildung bewertet.
Als Modellansatz wird das eindimensionale hydrologische Modell LWFbrook90 verwendet, wel-
ches auf dem Modell Brook90 von Federer (2002) basiert und von der Bayerischen Landes-
anstalt für Wald und Forstwirtschaft weiter qualifiziert wurde (Hammel und Kennel 2001). Es
handelt sich um ein physikalisch basiertes Speichermodell, mit dem im Tageszeitschritt die
Evapotranspiration (Pflanzenverdunstung, Interzeption, Bodenverdunstung) und Bodenwas-
serflüsse inklusive Bodenwassergehalten und Druckhöhen eines mit Vegetation bedeckten
Bodenprofils modelliert werden. Der Bodenwasserhaushalt wird auf Basis der Richards-Glei-
chung abgebildet, womit Brook90 deutlich prozessorientierter ist als einfache Speichermo-
delle. Dem Nutzer stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung, um den Bodenwasser-
rückhalt und -transport zu parametrieren. Brook90 ist zur detaillierten Simulation des Was-
serhaushaltes von Waldbeständen geeignet (Hörmann u. a. 2003). Die für die modellhafte
Abbildung eines Waldbestandes besonders wichtigen Parameter wie Blattflächenindizes,
Stammzahlen, Bestandeshöhen etc. können vom Nutzer in das Modell eingegeben werden,
wobei auch die phänologische Entwicklung mittels wählbarer Schätzfunktionen vom Modell
nachvollzogen wird. Die nachgewiesene Eignung des Modells zur Wasserhaushaltssimulation
von Waldbeständen, die prozessorientierte Abbildung des Bodenwasserhaushalts, die vielfäl-
tigen Möglichkeiten der Parameterbelegung durch den Nutzer sowie die freie Verfügbarkeit
des Modellcodes gaben den Ausschlag zur Wahl des Modells LWFbrook90 für diese Studie.
Der LWFbrook90-Modellcode steht dem Anwender in verschiedenen Umgebungen zur Verfü-
gung. In dieser Studie haben wir die R-Bibliothek (R Core Team 2017) LWFBrook90R
(Schmidt-Walter u. a., o. J.) genutzt, welche von der Entwickler-Plattform GitHub bezogen
werden kann (https://github.com/pschmidtwalter/LWFBrook90R). Zur Funktionsweise des
Modells möchten wir auf die Homepage des Modellentwicklers verweisen
(http://www.ecos-
hift.net/brook/b90doc.html). Ein Modellschema, welches die simulierten Teilprozesse visuali-
siert, ist unter https://github.com/rkronen/Brook90_R zu finden. Die Parametrierung des Mo-
dells, die wir nutzerseitig vorgenommen haben, ist in den Kapiteln 5.2 und 5.3 beschrieben.
Die von uns vorgenommene Parametrierung beruht auf unseren eigenen Erhebungen, den
verfügbaren Daten und Vorinformationen sowie den angebotenen Voreinstellungen und ist in
Anlage 21 zusammengefasst.
6.1.2
HORIZONTALE UND VERTIKALE DISKRETISIERUNG
Die Kippe und Halde wurde, wie bereits beschrieben, in Hydrotope unterteilt (Kap. 5). Im Fall
der Vertrauen-Schacht-Halde sind die Standortbedingungen kleinräumig sehr variabel (Kap.
5.2), weshalb jeder Profilstandort (= Beprobungspunkt) einzeln modelliert wurde. Dies ist
kein Problem, da es sich beim Modell LWFBrook90R nicht um ein räumlich verteiltes Modell
handelt, d. h. die Größe des modellierten Standorts ist unerheblich. Für die Auswertung wer-

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VITA-MIN
den die Modellergebnisse der Profilstandorte innerhalb der Hydrotope gemittelt (ungewichte-
ter Stichprobenmittelwert, welcher für die einfache Zufallsstichprobe eine unverzerrte Schät-
zung der Zielvariablen gewährleistet), womit die Wasserhaushaltsgrößen auf die Hydrotope
bezogen werden können. Für die Kippe Nochten wurde die Modellierung auf Ebene der Hyd-
rotope vorgenommen. Die Modellergebnisse der 12 Hydrotope wurden auf Basis ähnlicher
Standorteigenschaften bzw. identischer Vegetationsbedeckung vor der Auswertung zu sechs
Teilflächen durch Mittelwertbildung zusammengefasst (Kap. 5.3).
Hinsichtlich der vertikalen Untergliederung der Standorte bzw. Hydrotope in die einzelnen
Modellbodenschichten haben wir für die oberen 10 cm des Bodens eine sehr hohe Auflösung
von 0,5 cm gewählt. Damit folgen wir der Empfehlung von Downer und Ogden (2003), für
eindimensionale Simulationen der Regeninfiltration in trockene Böden mit Hilfe der Richards-
Gleichung eine hohe räumliche Diskretisierung von < 1 cm nahe der Landoberfläche zu wählen
(Downer und Ogden 2003). Diese Empfehlung verbessert die Modellnumerik und gilt unab-
hängig von den für die einzelnen Schichten verfügbaren Eingangsdaten. Für die weiteren Mo-
dellbodenschichten unterhalb 10 cm bis 200 cm Bodentiefe sind wir in 5-cm-Schritten vorge-
gangen. Da unsere Daten nur bis 60 cm (Vertrauen-Schacht-Halde) bzw. 100 cm (Kippe
Nochten) vorliegen, wurden die Parameter Bodenart und Skelettgehalt aus diesen Tiefen in
die darunterliegenden Schichten übertragen. Damit ergaben sich insgesamt 58 Modellboden-
schichten.
6.1.3
MODELLABLAUF
Die Modellierung erfolgt in Tageszeitschritten. Ein Teil der Berechnungen für einen Modelllauf
ist jedoch nur einmal erforderlich und wird dann für jeden Berechnungstag erneut übernom-
men. Dazu gehört z. B. die Ableitung von Parametern der Bodenwasserretentionsfunktion aus
den Bodendaten. Des Weiteren ermitteln tägliche Teilrechnungen die Variablen, die mit dem
Tag des Jahres standortabhängig variieren. Hierzu zählt u. a. die Ableitung von Kronendach-
strukturparametern wie der Blattflächenindex, die sich im Verlaufe der Vegetationsperiode
ändern. Inter-annuelle Variationen müssen nicht berücksichtigt werden, da der simulierte
Wald nicht wächst, sondern auf den Zustand seines maximalen Zuwachses fixiert wird.
Schließlich erfolgen die Simulationen der Teilprozesse Interzeption, Verdunstung, Versicke-
rung und Abfluss. Anlage 3 beschreibt die einzelnen Teilrechnungen im Detail.
Jedes Hydrotop (Kippe Nochten) bzw. jeder Bodenprofilstandort (Vertrauen-Schacht-Halde)
wurde mit jeder der zehn meteorologischen Zeitreihen (Tabelle 19) simuliert, und zwar jeweils
für das aktuelle und das alternative Forstanbausystem. Daraus ergeben sich für die Kippe
Nochten mit ihren 12 Hydrotopen insgesamt 240 Simulationen und für die 23 Profilstandorte
auf der Vertrauen-Schacht-Halde 460 Simulationen.
Ein Modelllauf läuft dabei folgendermaßen ab:
Zunächst werden die Eingangsdaten eingelesen. Dazu gehören die meteorologischen
Daten, die Boden- und Standortdaten (Bodenart, Skelettgehalt, Wurzeltiefe, Wurzel-
dichte, Hangneigung, Hanglänge, Exposition) sowie die Vegetationsdaten (Baumart,
Baumhöhe, maximaler Blattflächenindex, Stammflächenindex).
Aus den Eingangsdaten werden, sofern notwendig, Modellparameter abgeleitet. Für
die Ableitung der Parameter der Wasserretentionsfunktion (Mualem-van Genuchten-
Parameter) stellt LWFBrook90R verschiedene Pedotransferfunktionen (PTF) zur Verfü-
gung. Für unsere Eingangsdaten eignen sich die tabellierten Werte von Wessolek et
al. (Wessolek, Duijnisveld und Trinks 2009). Des Weiteren werden Beginn und Ende

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VITA-MIN
der Vegetationsperiode für die jeweilige Hauptbaumart aus der Tagesmitteltemperatur
und dem Tag des Jahres für jedes Simulationsjahr abgeleitet. Schließlich erfolgt die
Zuweisung des Blattflächenindexwertes für jeden Simulationstag auf Basis des im vor-
herigen Schritt ermittelten Beginns und Endes der Vegetationsperiode sowie des ma-
ximalen Blattflächenindex. Hier geht zudem die Information ein, ob es sich bei dem
simulierten Waldbestand um (hauptsächlich) Nadel- oder Laubbäume handelt. Im Fall
von Laubbäumen wird der BFI im Winter auf 0 gesetzt, bei Nadelbäumen beträgt der
minimale BFI im Winter 60 % des maximalen BFI im Sommer.
Es werden Listen definiert, welche weitere Modellkontrolloptionen und -parameter ent-
halten, z. B. die Übernahme von Hanglänge und Hangneigung aus den Eingangsdaten.
Die benötigten Ausgaben und ihre zeitliche Auflösung werden festgelegt. Das heißt,
aus allen verfügbaren Ausgaben werden diejenigen ausgewählt, die für die Interpre-
tation der Ergebnisse relevant sind. In unserem Fall waren das die Wasserhaushalts-
größen Evapotranspiration, Interzeption, potenzielle und aktuelle Transpiration sowie
Sickerwassermenge auf Jahresbasis sowie der Bodenwassergehalt auf Tagesbasis.
Die zentrale Funktion, um den LWFbrook90-Modellcode innerhalb von R auszuführen,
wird aufgerufen.
6.1.4
LIMITATIONEN
Die Ergebnisse dieser Studie sind als Orientierung zu verstehen im Hinblick darauf, welche
Entwicklung der Bestandswasserhaushalt auf den beiden Haldenstandorten für die simulierten
Forstanbausysteme unter Klimawandel vollziehen könnte. Unser Hauptaugenmerk liegt auf
den Vergleichen zwischen Standorten, Anbausystemen und Klimaszenarien. In Ermangelung
von Daten zur Validierung der Modellergebnisse sind die absoluten Werte generell nur einge-
schränkt interpretierbar, da nicht überprüft werden kann, ob und wie stark sie von realen
Werten differieren. Da die Parametrierung auf der Grundlage aller verfügbaren Daten und
Informationen vorgenommen wurde (z. B. erhobene Boden- und Vegetationsdaten), sollte
der Vergleich zwischen den Forstanbausystemen bzw. einzelnen Zeiträumen dennoch plau-
sible Ergebnisse liefern.
Eine weitere Limitation besteht in dem teilweise unvollständigen oder nur lückenhaft doku-
mentierten allgemeinen Kenntnisstand z. B. zum Einfluss von Baumarten bzw. Waldbestände
auf den Humusgehalt, zur Wurzelverteilung in Abhängigkeit von Baumart und Standort etc.
Hinzu kommt, dass auch der Einfluss des Klimawandels nur bedingt wiedergegeben werden
kann, da z. B. pflanzenphysiologische Reaktionen auf Hitzestress wie das Schließen der Sto-
mata lediglich in Form von Richtwerten in die Modellierung einfließen. Sofern entsprechende
Messergebnisse vorliegen würden, wäre LWFbrook90 aufgrund seiner zahlreichen Parameter
jedoch geeignet, derartige Prozesse abzubilden.
Aufgrund der genannten Limitationen können Unterschiede in den Modellergebnissen zwi-
schen Hydrotopen bzw. Teilflächen sowie jeweils zwischen den beiden Forstanbausystemen
ausschließlich auf Unterschiede im standortspezifischen Bodenwasserhaushalt, den oberirdi-
schen Pflanzeneigenschaften sowie der Dauer der Vegetationsperiode, welche in Abhängigkeit
von der jeweiligen Hauptbaumart modellintern für jedes Jahr ermittelt wird, zurückgeführt
werden.

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VITA-MIN
6.2 ERGEBNISSE DER MODELLIERUNG
6.2.1
ERGEBNISSE DER MODELLLÄUFE FÜR DIE VERTRAUEN-SCHACHT-HALDE
6.2.1.1
ENTWICKLUNG DER NIEDERSCHLÄGE
Für die Interpretation der Modellläufe ist die Entwicklung der Niederschläge neben dem an-
genommenen Strahlungsantrieb (radiative forcing) eine wesentliche Eingangsgröße. Die be-
trachteten Niederschläge sind den verschiedenen Modellläufen der regionalisierten Klimamo-
dellierung entnommen (Kap. 5.3). Die Entwicklung für den Standort der Vertrauen-Schacht-
Halde ist in Abbildung 32 dargestellt. Im Szenario RCP2.6r1 liegt das Gesamtmittel bei 818
mm/a. Die Werte schwanken ohne klare Tendenz um diesen Mittelwert. Die Niederschläge
zwischen den Jahren 2000 und 2100 weisen nur eine schwache Verringerung auf, die am Ende
der Reihe um 27-35 mm/a unter den Werten der Referenzperiode liegen. Im Szenario
RCP2.6r3 bewegen sich die Werte um den Mittelwert. Im Szenario RCP8.5r1 liegt nicht nur
der Mittelwert bei nur noch 770 mm/a, sondern die Kurve zeigt auch nach dem Jahr 1995
einen stetigen Abfall. Das Szenario RCP8.5r2 ähnelt dem weitgehend. Dem gegenüber liegt
der Mittelwert im Szenario RCP8.5r3 nur noch bei 737 mm/a. Der Verlauf zeigt ebenfalls einen
stetigen Abfall mit einer konstanten Phase zwischen den Jahren 2020 und 2050. Die Abnahme
fällt im Szenario RCP8.5 und besonders im Modellablauf 3 besonders stark aus. Die Mittel-
werte des Niederschlags liegen hier zum Ende der Zeitreihe ab 2070 um mehr als 200 mm/a
geringer als in der ersten Referenzperiode (1971-2000), im Falle des Lauf 3 sogar um mehr
als 230 mm/a.
Auffällig ist, dass im Szenario RCP2.6 trockene und feuchtere Jahre verteilt über den gesam-
ten Zeitraum zu beobachten sind, während im Szenario RCP8.5 die fünf feuchteren Jahre zu
Beginn auftreten und später im Vergleich hierzu die fünf trockeneren Jahre alle im späteren
Teil der Zeitreihe zu finden sind. Das heißt, dass ein Ausgleich besonders trockener Jahre
durch ein besonders feuchtes Jahr kaum mehr zu erwarten ist, wie die Verläufe der Kurven
zeigen.
Saisonale Schwankungen innerhalb der Jahre sind bekannt. So nehmen generell die Sommer-
niederschläge ab, während die Winterniederschläge in geringerem Maße zunehmen (Spekat
& Enke 2020). Das Szenario RCP2.6 zeigt gering zunehmende Winterniederschläge, während
die Niederschläge im Frühjahr und Herbst leicht rückgängig sind. Im Szenario RCP8.5 sind die
Veränderungen im Winter nur gering, zu allen anderen Jahreszeiten gehen die Niederschläge
über den Gesamtzeitraum jedoch deutlich zurück.
Für die Haldenforstsysteme führt dies zusammen mit den höheren Verdunstungsraten zu
niedrigeren Bodenwassergehalten (zu deren jahreszeitlichen Verlauf siehe Kap. 6.2.1.3.5,
6.2.1.4.5). Differenziert nach Jahreszeiten sind die Niederschlagswerte in Tabelle 20 darge-
stellt.

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VITA-MIN
Abbildung 32: Entwicklung der modellierten Niederschläge zwischen den Jahren 2001 und
2100 absolut (oben) und als Abweichung zur Referenzperiode 1970 bis 2000 (unten) in
mm/a für den Standort der Vertrauen-Schacht-Halde. Die Zeitreihen sind als geglättete zehn-
jährige Mittel dargestellt.

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VITA-MIN
Tabelle 20: Differenzierung der modellierten Niederschläge innerhalb der Jahre für jeweils
30-jährige Perioden für den Standort Vertrauen-Schacht-Halde. Für das Frühjahr wurden die
Monate März bis Mai, für Sommer Juni bis August, Herbst September bis November und Win-
ter Dezember bis Februar verwendet.
Lauf
Periode
Frühjahr
Sommer
Herbst
Winter
Jahr
R26r1
1971-
2000
183,8
276,6
180,5
196,7
837,6
R26r1
2021-
2050
152,7
273,3
175,4
211,2
812,6
R26r1
2071-
2100
172,9
253,7
178,8
204,9
810,3
R26r3
1971-
2000
192,8
258,4
194,3
192,6
838,1
R26r3
2021-
2050
149,9
260,9
176,9
209,2
796,9
R26r3
2071-
2100
163,9
264,6
167,0
207,5
803,1
R85r1
1971-
2000
181,2
303,4
189,8
199,3
873,8
R85r1
2021-
2050
146,8
235,7
166,8
201,7
751,0
R85r1
2071-
2100
128,0
188,3
138,9
209,9
665,1
R85r2
1971-
2000
184,1
286,4
187,1
200,4
858,0
R85r2
2021-
2050
158,2
237,9
166,7
203,3
766,2
R85r2
2071-
2100
106,5
191,8
142,2
206,0
646,5
R85r3
1971-
2000
167,7
283,5
193,9
199,2
844,2
R85r3
2021-
2050
129,1
248,1
153,1
198,3
728,6
R85r3
2071-
2100
107,0
172,6
130,8
197,6
608,0
Für die Vegetation ist eine durchgängige Wasserversorgung wähend der Vegetationsperiode
entscheidend. Problematisch sind längere trockene Perioden, in denen kein Niederschlag fällt.
Der tatsächliche Wasserstress ergibt sich erst aus dem Wechselspiel zwischen verfügbarem
Wasserspeicher, Temperatur und Verdunstung und ist im Kap. 6.2.1.3.5 dargestellt. Die Aus-
wertung der Trockenperioden zeigt hingegen standortunabhängig die Veränderungen, die die
verschiedenen Modellrechnungen und Modellläufe annehmen. Hierzu wurde für das Sommer-
halbjahr in den Monaten März bis August ausgewertet, wie lang die längste Dürreperiode für
jedes Jahr war. Dazu wurden die Tage ohne bzw. bis zu einem Niederschlag von 2 mm in
Folge gezählt. Die geringfügigen Niederschläge bis zu 2 mm wurden mit hinzugenommen, da
der Neiderschlag dabei ohnehin kaum den Boden erreicht, sondern direkt von den Blattober-
flächen als Interzeption wieder verdunstet. Betrachtet wird die längste Periode ohne nennens-
werten Niederschlag, da diese am ehesten zu irreversiblen Trockenschäden bei der Vegetation
führen kann. Zusätzlich wurde die Anzahl der Tage in solchen Trockenperioden im Jahr ins-
gesamt gezählt, wobei diese mindestens länger als eine Woche (7 Tage) andauern musste,
um berücksichtigt zu werden.

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- 6 BEISPIELHAFTE MODELLIERUNG DES WASSERHAUSHALTES -
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VITA-MIN
Tabelle 21: Auswertung der Dürreperioden für die Vertrauen-Schacht-Halde für die beiden
Vergleichszeiträume 1971-2000 und 2071-2100. Dargestellt ist das Mittel der längsten Tro-
ckenperiode (in Tagen) sowie die Minima und Maxima für die einzelnen Modellläufe und Re-
alisationen. Gezählt wurden Tage in Serie mit bis zu 2 mm Niederschlag. Bei der Anzahl der
Tage mit bis zu 2 mm Niederschlag/Tag wurden nur die berücksichtigt, bei denen dies mehr
als 7 Tage in Folge gegeben war.
Modelllauf
1971-2000
2071-2100
und
Längste Dürreperiode
Anzahl Tage/Jahr
Längste Dürreperio.
Anzahl Tage/Jahr
Realisation
Mittel
Min Max
Mittel
Min
Max
Mittel
Min
Max
Mittel
Min
Max
RCP2.6R1r1
18,0
10
43
24,5
10
43
19,3
8
55
32,7
8
80
RCP2.6R1r2
20,8
8
41
32,0
8
56
21,6
10
49
32,1
15
53
RCP2.6R3r1
19,9
9
39
32,3
10
52
18,4
11
41
27,1
14
51
RCP2.6R1r8
18,8
10
32
27,8
10
51
19,6
12
46
31,5
12
66
RCP8.5R1r1
19,1
9
44
27,3
9
56
22,2
11
38
36,6
11
71
RCP8.5R1r6
20,5
8
45
30,2
8
68
23,5
12
49
39,2
12
71
RCP8.5R2r1
18,7
10
35
27,4
11
56
23,4
13
45
42,1
13
82
RCP8.5R2r4
19,5
11
44
27,0
12
44
23,8
16
43
42,7
16
70
RCP8.5R3r2
20,4
10
47
29,5
10
59
26,0
11
48
44,8
13
83
RCP8.5R3r9
21,2
10
41
32,5
10
63
28,1
16
50
44,7
16
88
Die Ergebnisse zur Ermittlung der Dürreperioden sind in Tabelle 21 für die beiden Vergleichs-
perioden 1971-2000 und 2071-2100 dargestellt. Die Modellergebnisse für das Szenarion
RCP2.5 zeigen, dass die Länge der Trockenperioden nur wenig zunimmt, die Anazhl der Tage
in Dürreperioden aber um etwa 8 %. Die Maxima sowohl der Länge der längsten Periode ohne
Niederschlag als auch die Gesamtzahl der Tage ohne Niederschlag nehmen jedoch deutlicher
zu (24 bzw. 27%). Das Szenario RCP2.6 nimmt also bereits Phasen längerer Trockenheit an,
die für die Vegetation kritisch werden können.
Die RCP8.5-Szenarioen hingegen zeigen eine deutliche Zunahme der Länge der nieder-
schlagsfreien Perioden um im Mittel 23 %, die Anzahl der Tage ohne Niederschlag um im
Mittel 44%. Damit steigt die Wahrscheinlichkeit, dass die Vegetation unter Trockenstress ge-
rät, erheblich. Bei der Länge der längsten Trockenperiode nehmen die Minima um im Mittel
36% zu, die Maxima nur um 8 %. D.h. es sind nicht einzelne Extremjahre, die besonders die
modellierte Klimaänderung ausmachen, sondern es ist mit durchgängig längeren Perioden
ohne nennenswerten Niederschlag zu rechnen.
6.2.1.2
ENTWICKLUNG DER TAGESHÖCHSTTEMPERATUREN
Besonders heiße Tage wirken sich nachteilig auf einige Baumarten auf. Hier ist vor allem die
Kiefer zu nennen, die bei Tageshöchsttemperaturen über 35 °C unter starken Stress gerät
(Kätzel 2009). Analog zu der Betrachtung für den Standort Nochten (Kap. 6.2.2.2) stellt sich
die Frage, ob auch an der Vertrauen-Schacht-Halde mit Tageshöchsttemperaturen über 35
°C zu rechnen ist. Die Auswertung der Daten zeigt, dass auch in den Szenarien RCP8.5 die
Anzahl so heißer Tage sehr gering bleibt, nur selten auftritt und auch erst nach dem Jahr
2070. Auch wenn die Kiefer bislang an der Vertrauen-Schacht-Halde keine Rolle spielt, könnte
diese Baumart oder andere wärmeempfindliche Baumarten hier noch zum Einsatz gelangen.
Ergänzend wurde auch die Länge solcher Hitzeperioden im Vergleich der Perioden 1971-2000
und 2071-2100 ausgewertet. Das Ereignis „Tage über 35°C insgesamt“ tritt zwischen 1971
und 2000 nur sehr selten auf und wenn überhaupt dann mit nur einem Tag im Jahr (Tabelle

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- 6 BEISPIELHAFTE MODELLIERUNG DES WASSERHAUSHALTES -
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VITA-MIN
22). In den Modellläufen des Szenario RCP2.6 für die Jahre 2071-2100 werden diese Ereig-
nisse bereits deutlich häufiger. Im Szenario RCP8.5 ergeben die Modellläufe bis zu 7 Tage
über 35°C.
Tabelle 22: Auswertung der Hitzeperioden mit täglichen Maximaltemperaturen über 35°C für
den Standort der Vertrauenschacht-Halde. Betrachtet wurden die verschiedenen Modellläufe
und Realisationen. Jeweils wurde die Anzahl der aufeinander folgenden Hitzetage ermittelt,
dargestellt sowohl als Mittel über die 30jährige Periode als auch die Minima und Maxima.
Zusätzlich ist die absolute Anzahl der Tage über 35 °C mit angegeben.
1971-2000
2071-2100
Modellauf/
Längste Hitzeper.
Anzahl Tage/Jahr
Längste Hitzeper.
Anzahl Tage/Jahr
Realisierung Mittel
Min Max
Mittel Min Max Mittel Min
Max
Mittel
Min
Max
RCP2.6R1r1
0,03
0
1
0,03
0
1
0,13
0
1
0,17
0
2
RCP2.6R1r2
0,00
0
0
0,00
0
0
0,23
0
3
0,23
0
3
RCP2.6R3r1
0,07
0
1
0,07
0
1
0,10
0
1
0,10
0
1
RCP2.6R1r8
0,07
0
1
0,07
0
1
0,03
0
1
0,03
0
1
RCP8.5R1r1
0,10
0
1
0,10
0
1
0,90
0
3
1,20
0
5
RCP8.5R1r6
0,07
0
1
0,07
0
1
0,90
0
3
1,30
0
5
RCP8.5R2r1
0,07
0
1
0,07
0
1
1,00
0
3
1,23
0
7
RCP8.5R2r4
0,03
0
1
0,03
0
1
1,07
0
3
1,40
0
4
RCP8.5R3r2
0,03
0
1
0,03
0
1
0,83
0
3
1,27
0
6
RCP8.5R3r9
0,03
0
1
0,03
0
1
1,07
0
3
1,50
0
7
Die Länge dieser Hitzeperioden, die für die Jahre 1971-2000 mit höchstens einem Tag pro
Jahr angegeben wird, ändert sich vor allem im Szenario RCP8.5 in den Jahren 2071-2100. In
letzterem beträgt bereits der Durchschnitt der längsten Periode über das Jahr fast einen Tag,
d.h. die Ereignisse treten fast jährlich auf - etwa 17-mal so häufig wie in der Referenzperiode
1971-2000. Unter diesen Bedingungen sind Schäden bei empfindlichen Baumarten wie der
Kiefer nicht auszuschließen.
6.2.1.3
WASSERHAUSHALTSKOMPONENTEN, AKTUELLES FORSTANBAUSYSTEM FÜR DIE VERTRAUEN-
SCHACHT-HALDE
6.2.1.3.1
Entwicklung der Evapotranspiration
Die Evapotranspiration im Szenario RCP2.6r1 (Abbildung 33, Anlage 13) im Hydroptop 1 (H1)
beträgt im Mittel 362 mm/a und schwankt über die Zeitreihe um diesen Mittelwert. Im Ver-
gleich dazu weisen alle anderen Hydrotope zunächst einen Anstieg der ET, der bis etwa 2070
wieder abfällt und dann erneut ansteigt, auf. In allen Fällen liegt die ET im letzten 30-jährigen
Mittel im Vergleich zum ersten 30-jährigen Mittel niedriger als im H1. Offenbar profitiert hier
das H1 von der Kombination eines hohen Wasserspeichers mit der ebenen Lage. Die geringste
ET zeigt das H3 mit im Mittel nur 285 mm/a ET. Hier wirkt sich die im Vergleich zu den
anderen Standorten geringste Wasserspeicherfähigkeit aus. Die Ergebnisse für das Szenario
RCP2.6r3 weichen hiervon nicht wesentlich ab (Abbildung 33, Anlage 13).
Im Szenario RCP8.5r1 ist die ET aller Hydrotope geringer als im Szenario RCP2.6r1 (Abbildung
33, Anlage 13). Die Spannweite der Mittelwerte beträgt hier zwischen 363 mm/a (H1) und
278 mm/a (H3), die gleichen Hydrotope, die schon im Szenario RCP2.6r1 die beiden Extrem-
werte aufwiesen. Im H1 steigt die ET zunächst an und fällt dann zum Ende hin auf den Aus-
gangswert zurück. Anders hingegen jedoch auf den anderen vier Hydrotopen, wo nach einem
Anstieg bis etwa 1990 die ET relativ stetig absinkt bis auf 244 mm/a (H3, letzte 30-jährige

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Periode). Im Szenario RCP8.5r2 ist die ET nochmals etwas geringer und der Verlauf zeigt eine
etwas höhere Varianz.
Im Szenario RCP8.5r3 (Abbildung 33, Anlage 13) wird für das H1 eine mittlere ET von 351
mm/a angegeben, die bis 2040 leicht ansteigt, um dann stetig abzufallen. Die anderen vier