Wald und Trinkwasser

Wasserspeicher Wald

In Zeiten des Klimawandels wächst das Interesse an der Wasserversorgung für Mensch und Natur. Dem Wald kommt dabei eine doppelte Rolle zu. Zum einen brauchen Bäume und alle anderen Tiere und Pflanzen im Wald Wasser zum Leben und Gedeihen, andererseits ist die Sickerwasserspende des Waldes für Grund- und Quellwasser von großer Bedeutung. Die Wasserversorgung von Mensch und Wald sind damit eng miteinander verknüpft.

Der Klimawandel verändert auch im Wald den Wasserhaushalt mit Konsequenzen für die Wasserversorgung der Bäume wie auch für das Grundwasser als wichtigste Trinkwasserressource des Menschen.

Für die Waldbäume ist vor allem das Wasserangebot während der Vegetationszeit von Bedeutung. Dabei kommt es nicht nur auf die aktuellen Niederschläge an, sondern in erster Linie auf das den Wurzeln im Boden zur Verfügung stehende Wasser, das natürlich seinerseits wieder vom Niederschlag gespeist wird. Der Boden stellt aber mit seinem Bodenwasserspeicher quasi einen Puffer dar, der die Wasserversorgung der Bäume auch über eine gewisse Zeit ohne Niederschläge gewährleistet.

Waldboden als Filter

Ein großer Teil der Niederschläge versickert im Boden und ergänzt die unterirdischen Wasservorräte, das Grundwasser.

Gleichzeitig "filtert" der Boden das Wasser

Auf seinem Weg zur Erde nimmt der Wassertropfen zahlreiche Stoffe auf, die sich in der Luft befinden. Er reinigt somit die Luft, wird aber selbst mit Staub, Biozidrückständen und Abgasen wie Schwefeldioxid oder Stickoxiden und anderen Stoffen angereichert. Wenn ein Tropfen versickert, so hängt es von der Beschaffenheit des Bodens ab, wie sauber er im Grundwasser ankommt. Beim Durchströmen des Bodens wird das Wasser mechanisch gefiltert. Je feiner die Poren des Untergrunds sind und je länger das Wasser im Boden fließt, desto gründlicher wird es gereinigt. Ein Teil der Stoffe, die im Sickerwasser enthalten sind, wird biologisch abgebaut: Pflanzen nehmen sie über ihre Wurzeln als Nahrung auf und die zahlreichen Mikroorganismen im Boden bauen organische Stoffe, auch Schadstoffe, ab.

Unter nur einem Quadratmeter Waldboden leben bis zu 100.000 Milben, circa 50.000 Springschwänze, mehrere 100 Regenwürmer, Spinnen, Asseln, Tausendfüßer, Käfer und Insektenlarven sowie schätzungsweise 100 Billionen (100.000.000.000.000) Bakterien und 100 Milliarden (100.000.000.000) Pilzsporen. Sie alle sind verantwortlich für den Abbau organischer Abfälle.

Das Wasser wird auf seinem Weg durch den Boden auch auf chemischem Wege gereinigt, indem zum Beispiel die gelösten Salze (Ionen) zurückgehalten und gegen andere Ionen ausgetauscht werden. Dies geschieht insbesondere an den Tonmineralien, die durch diesen Ionenaustausch verhindern können, dass schädliche Stoffe ins Grundwasser gelangen.

Wie groß dieser Wasserspeicher des Bodens ist, hängt maßgeblich von seiner Porenzusammensetzung ab. In sehr feinen Poren (Durchmesser unter 0,2 μm) wird das Wasser aufgrund der Kapillarkräfte der Bodenmatrix sehr stark gebunden.

Damit kann es von den Wurzeln, die Saugkräfte bis 15.000 hPa (15 bar) aufbringen können, nicht mehr aufgenommen werden. Man bezeichnet diesen Restwasseranteil im Boden als „Totwasser“. Bis zu einer Porengröße von 50 μm ist das Wasser dann in Mittel- und engen Grobporen im Boden immerhin noch so stark gebunden, dass es gegen die Schwerkraft gehalten wird.

Das heißt, in diesen Poren erfolgt keine nennenswerte Sickerwasserbewegung, es kann aber von den Wurzeln aufgenommen/genutzt werden. Man spricht von der „nutzbaren Feldkapazität“.

Erst in noch größeren Poren wird das Wasser nur noch mit Kräften unter 60 hPa (0,06 bar) gehalten, so dass es im Boden der Schwerkraft folgend versickern und letztlich zur Grundwasserneubildung beitragen kann.

Eine nennenswerte Tiefensickerung findet daher erst statt, wenn die Böden soweit aufgesättigt sind, dass alle Fein-, Mittel- und engen Grobporen aufgefüllt sind und die „Feldkapazität“ .überschritten wird.

Die regelmäßige Auffüllung der für uns Menschen wichtigen Grundwasservorräte erfolgt daher hauptsächlich im Winterhalbjahr von November bis April, während der Vegetationsruhe.

Die öffentliche Wasserversorgung stützt sich in Bayern zu mehr als 90 % auf Grund- und Quellwasser (Statistisches Bundesamt 2019).

Als Folge der zumeist unterdurchschnittlichen Winterniederschläge seit 2003 ist die Grundwasserneubildung in Süddeutschland gegenüber dem Referenzzeitraum (1971–2000) bereits deutlich zurückgegangen

Ab einem Füllstand von weniger als 40 % der nutzbaren Feldkapazität kommt es zu Trockenstress für die Pflanzen, ab weniger als 30 % zu starkem Trockenstress.

Niederschläge

Abnehmende Niederschläge im Winterhalbjahr führten in den letzten Jahren zu einer abnehmenden Grundwasserneubildung.

Für die Waldbäume ist neben der Wiederbefüllung der Bodenwasserspeicher im Winter vor allem das Wasserangebot während der Vegetationszeit von Bedeutung.

So kann es noch ein Defizit im Grundwasser geben, selbst wenn die Bodenwasservorräte im Wald längst wieder gefüllt sind. Das Bodenwasser reagiert als Speicher vergleichsweise schnell auf Niederschläge, während die Regeneration des Grundwassers zeitlich verzögert erfolgt und ihre Höhe stark von der Niederschlagsmenge im Winterhalbjahr abhängt.

Auf diese Weise kann sich im Grundwasser über mehrere Jahre ein erheblich größeres Defizit als im Bereich des Bodenspeichers aufbauen. Niedrige Grundwasserstände erlauben daher keine direkten Rückschlüsse auf die Wasserversorgung der Bäume und ersetzen keine aktuelle Betrachtung des Bodenwasserhaushalts im Wald.

Die Häufung von Trockenperioden in den vergangenen Jahren zeigte sich aber in einem Absinken des bayernweiten Durchschnitts von 970,6 mm in den Jahren 1981 bis 2010 auf 873 mm für die Jahre 2011–2020.

Hohe Temperaturen und geringe Niederschläge treffen dabei vor allem in den tiefliegenden Gebieten Unter- und Mittelfrankens aufeinander.

So lagen in Langenzenn 2021 die Niederschläge bei 656,4 l/qm /Jahr, sowie 2020 bei 514,9 l/qm / Jahr deutlich unter dem bayernweiten Durchschnitt.

Der Boden als Wasserspeicher

Den Wasserspeicher des Bodens darf man sich nicht als unterirdischen See vorstellen. Das Wasser, das auf die Bodenoberfläche trifft, wird in einem Netz von Hohlräumen aufgefangen. Es sickert nicht einfach durch den Boden in Richtung Grundwasser, sondern wird dank der Oberflächenspannung des Wassers in den Poren des Bodens gehalten.
Das Vermögen eines Bodens, Wasser zu speichern, hängt vom Anteil an feinen Poren ab. In der Regel bestehen 30 bis 60 Prozent des Bodens aus unterschiedlich grossen Hohlräumen. In Hochmoorböden können es sogar 90 Prozent sein. Sind die Poren zu gross, wie in einem sandigen Boden, fliesst das Wasser rasch in die Tiefe. Böden mit höherem Lehmanteil speichern dagegen mehr Wasser. Auch die Tiefe des Bodens bestimmt sein Vermögen, Regenwasser zurückzuhalten.

Der Boden – ein Schwamm

Der Anteil an Poren hängt auch von den Pflanzenwurzeln und den Bodenlebewesen ab. Vor allem Regenwürmer mit ihrem weit verzweigten Netz aus Röhren sind wichtige Helfer beim Schutz vor Hochwasser.
Bei Regen füllen sich zunächst die kleinen Poren. Diejenigen mit einem Durchmesser von über einem Zehntelmillimeter sind für den Abfluss des Regens besonders wichtig. Hält der Niederschlag an, füllen sich auch die Regenwurmröhren. Ist der Speicher voll, landen die weiteren Regentropfen über den Oberflächenabfluss im nächstgelegenen Gewässer und lassen Bäche und Flüsse anschwellen.

Bodenverdichtung

Wird der Boden mit schweren Forsterntemaschinen wie Harvester befahren, werden die Bodenporen zusammengedrückt. Dies stört den Luft- und Wasserhaushalt und damit das Bodenleben, die Bodenfruchtbarkeit sinkt. Verdichtete Böden verfügen über eine eingeschränkte Speicher- und Versickerungsleistung.
Wasser kann nicht eindringen und sucht sich seinen Weg über die Bodenoberfläche. Dies begünstigt die Bodenerosion und erhöht das Hochwasserrisiko.

Kohlenstoffspeicher im Waldboden

Wie viel Kohlenstoff im Boden gespeichert ist, hängt von der Temperatur, der Bodenfeuchtigkeit und der Menge sowie der Art der abgestorbenen Pflanzenteile ab. Verändert sich das Klima oder die Nutzung des Bodens, wirkt sich dies auf den Austausch von Kohlenstoff zwischen Pflanzen, Boden und Atmosphäre aus.
Werden Moorböden trockengelegt und landwirtschaftlich genutzt, wird eine Wiese in einen Acker umgewandelt oder werden Ackerböden zu intensiv bewirtschaftet, sinkt der Humusgehalt im Boden; beim Abbau des Humus wird CO2 in grossen Mengen freigesetzt. Weltweit sind die Umwandlung von natürlichen Ökosystemen in Acker-
und Weideland und die Übernutzung des Bodens – bis hin zur Wüstenbildung – die Hauptursachen für das Entweichen von CO2 aus dem Boden. Während langer Zeit gelangte dadurch sogar mehr Kohlenstoff in die Atmosphäre als durch die Verbrennung fossiler Energieträger.

Das Waldökosystem ist zusätzlich ein gigantisches Reservoir an Kohlenstoff, der über Jahrzehnte oder sogar Jahrhunderte gebunden wird. Deutschlandweit speichert der Wald insgesamt rund 3,1 Milliarden Tonnen Kohlenstoff – das entspricht umgerechnet 11,5 Milliarden Tonnen CO2. Im Jahr 2018 waren es noch 11,4 Milliarden Tonnen

Der Wald ist Lebensraum für Tiere und Pflanzen, Erholungsraum für Menschen - und er bindet Kohlenstoff. Wie das Statistische Bundesamt (Destatis) mitteilt, speicherten die deutschen Wälder mit ihrem gesamten Ökosystem im Jahr 2019 rund 8,3 Millionen Tonnen Kohlenstoff mehr als im Vorjahr. Das entspricht rund 30,6 Millionen Tonnen Kohlenstoffdioxid CO2. Die privaten Haushalte und die Produktionsbereiche wie beispielsweise die Industrie, Dienstleistungen oder die Landwirtschaft sorgten demgegenüber für einen Ausstoß von rund 879,2 Millionen Tonnen. Damit deckte die Zunahme der Kohlenstoffspeicherung des Waldökosystems im Jahr 2019 rechnerisch nur 3 % der jährlichen CO2-Emissionen in Deutschland ab.

2019 nahm der Kohlenstoffspeicher des Waldökosystems um knapp ein Drittel weniger zu als noch im Vorjahr, als die Zunahme umgerechnet 44,3 Millionen Tonnen CO2 betrug. Ein Grund des geringeren Anstiegs könnten die durch Trockenheit und Insektenbefall entstandenen Waldschäden sein. So fand der Großteil der zusätzlichen Speicherung mit rund 8,4 Millionen Tonnen Kohlenstoff in den Waldböden statt, während im stehenden Holz und der sonstigen Holzbiomasse sogar knapp 90 000 Tonnen weniger Kohlenstoff gespeichert war als im Vorjahr. Bei dieser Betrachtung wird der Kohlenstoff nicht mitbetrachtet, der trotzdem langfristig aus dem Wald entnommenen Holz gespeichert bleibt – zum Beispiel als Bauholz.

Die Bedeutung des Waldes spiegelt sich auch in der Fläche wider. Deutschland hatte im Jahr 2020 rund 10,7 Millionen Hektar Wald – das entsprach rund 30 % der Landfläche. In den vergangenen Jahrzehnten ist die Waldfläche leicht gewachsen – um 1,3 % gegenüber dem Jahr 2000 und um 2,0 % gegenüber 1992.

Um die Leistung des Waldes besser greifbar machen zu können hier einige Werte:

Auf 1 Hektar Wald werden 600 to. CO2 in der Baummasse und nochmals 600 to. CO2 im Waldboden gebunden. Die aktuellen Ausgleichzahlungen für CO2 Emissionen (2022) liegen bei  EUR 30,00/to. somit wird ein Gegenwert von 36.000 Euro je  Hektar Wald gebunden.

Die Filterleistung vom Regenwasser je  Quadratmeder  Waldboden beträgt durchschnittlich 223 Liter/Jahr ;  somit 2.230 m³ Wasser je Hektar, dies entspricht einem Verbrauch von ca. 50 Familien.  

Methodischer Hinweis:

Die Angaben zur Kohlenstoffspeicherung des Waldes stammen aus der Waldgesamtrechnung, die als Teil der Umweltökonomischen Gesamtrechnungen (UGR) seit 2006 vom Thünen-Institut für Internationale Waldwirtschaft und Forstökonomie im Auftrag des Statistischen Bundesamtes erstellt wird.

Die Angaben zum CO2-Ausstoß beruhen auf Berechnungen der Umweltökonomischen Gesamtrechnungen (UGR) nach dem Inländerkonzept. Zu den Inländern zählen neben Privatpersonen, die in Deutschland gemeldet sind, auch die Produktionsbereiche mit Sitz in Deutschland sowie weitere wirtschaftliche Akteure wie etwa staatliche Einrichtungen.

Die Angaben zur Waldfläche beruhen auf Angaben der Flächenstatistik und damit auf Katasterdaten.

Hier wird grundsätzliche Flächennutzung als "Wald" nachgewiesen – aktuelle Entwicklungen, wie Dürreschäden in den Wäldern, werden hier nicht abgebildet.

Des Weiteren ist zu beachten, dass die Position "Gehölz" seit 2016 nicht mehr zu den Waldflächen zugeordnet ist, sondern als eigene Position nachgewiesen wird.

Bilder wurden vom AELF bereitgestellt.

www.flohreus.de