Forschungseinheiten Waldböden und Biogeochemie Schwerpunkte Standortskunde Rhizosphaere Bodenwasser Mikrobielle Ökologie Kohlenstoff in Böden Wurzeln Bodenschutz Projekte Produkte Mitarbeitende Bachelor / Master

Bodenschutz

Abb. 1: Spuren eines schweren Forstfahrzeuges auf einer Rückegasse nach mehrmaliger Durchfahrt. Foto: Marco Walser (WSL)

Abb. 2: Kartierung der Spurtypen (unterschiedlicher Verformungsgrad) und des Verdichtungsrisikos als Grundlage für die Einsatzplanung der Forstmaschinen. Graphik: Peter Lüscher (WSL) / Stéphane Sciacca

Abb. 3: Kleiner Versuchsplot mit Holzascheausbringung zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Bodenbiologie (entspricht 8t Holzasche pro ha). Foto: Stephan Zimmermann (WSL)

Böden erfüllen zahlreiche Funktionen. Sie sind Lebensraum von Pflanzen, Tieren, Mikroorganismen und Pilzen und bilden somit auch eine wichtige Lebensgrundlage für den Menschen. Böden regeln als Speicher, Puffer und Filter den Durchfluss von Stoffen (Wasser und darin gelöste Substanzen) und sind somit auch zentrale Schaltstelle in wichtigen Stoffkreisläufen (aktuell: C-Kreislauf). Durch Bewirtschaftungseinflüsse und durch Schadstoffbelastungen aus unterschiedlichsten Quellen sind diese Bodenfunktionen gefährdet. Im Schwerpunktthema Bodenschutz befassen wir uns mit den hauptsächlichen Gefährdungen, deren Auswirkungen auf die Bodenfunktionen und damit auf die Bodenfruchtbarkeit.

Bodenfunktionen und Bodenbelastungen

Im schweizerischen Umweltschutzgesetz wird der Bodenschutz über die Erhaltung der Bodenfruchtbarkeit festgeschrieben. Auf den Wald bezogen heisst dies, dass die Selbsterhaltung der standorttypischen Lebensgemeinschaft Wald mit Naturverjüngung nachhaltig gewährleistet sein muss. Das Wurzelwachstum der standortgerechten Baumarten darf nur durch natürliche Limiten beeinträchtigt sein und die biologische Bodenaktivität muss den ungehemmten Abbau der Vegetationsrückstände unter den gegebenen standörtlichen Verhältnissen ermöglichen. Die hauptsächlichen Einflüsse, welche die Erhaltung der für den Wald definierten Bodenfruchtbarkeit gefährden und im Schwerpunktthema Bodenschutz behandelt werden, sind Verdichtungen durch schwere Maschinen, Kontamination durch Schadstoffe, Klimaänderungen und deren Einfluss auf die organische Bodensubstanz sowie Bodenveränderungen durch Landnutzungsänderungen.

Laufende und zukünftige Forschungsaktivitäten umfassen Feld- und Laboruntersuchungen zum Einfluss von schweren Holzerntemaschinen auf Bodeneigenschaften und –funktionen sowie deren Regeneration. Zudem werden Untersuchungen zur Kartierung von Erosions- und Hangrutschungsrisiken, zur Quantifizierung ökologischer Risiken (Bsp. Hochwasserschutzfunktion), zum Zusammenhang zwischen Porenraum und Wurzelverteilung, zur Abhängigkeit von Landnutzungsänderungen (Bsp. Aufforstungen, Streunutzung, Ausbringung von Holzasche) und bodenchemischen Eigenschaften sowie zum Gasaustausch zwischen dem Boden und der Atmosphäre in Abhängigkeit der Bodenverdichtung durchgeführt.

Weiter gehört der Ausbau und der Unterhalt der Bodendatenbank mit chemischen und physikalischen Daten zum Aufgabengebiet des Bodenschutzes. Die Bodendatenbank dient als wichtiges Instrument für die Entwicklung von Indikatoren für den Zustand und die Funktion von Böden.

Aktuelle Projekte

Bodenverdichtung

• Physikalischer Bodenschutz im Wald
• Regenerationsfähigkeit von Bodenschäden mit und ohne Sanierungsmassnahmen
• Charakterisierung von verschiedenen verdichteten Fahrspuren in Wäldern durch mikrobielle Eigenschaften

Wurzelverteilung

• Wurzelverteilung und Wasserhaushaltseigenschaften im Boden

Holzasche

• Einfluss der Holzascheausbringung auf Nährstoffhaushalt und Pufferwirkung des Bodens

Streunutzung

• Auswirkungen der Streunutzung auf Nährstoff- und Kohlenstoffhaushalt des Bodens

Schwermetalle

• Schwermetalle in Schweizer Waldböden

• Critical limits und Effekt-orientierte Vorgehensweisen für Schwermetalle

Bodenversauerung

• Bodenversauerung und Baumwurzelvitalität

Kohlenstoff

• Abbau von Streu und Feinwurzeln, mikrobielle Biomasse und Aktivität auf LWF-Flächen

Stickstoff

• Auswirkungen von Stickstoffdepositionen auf die organische Bodensubsanz

Monitoring

• Kartierung, Erhebung und Analyse der Böden auf LWF-Flächen
• Chemie und Verfügbarkeit von Bodenwasser auf LWF-Flächen
• Waldböden der Schweiz

Publikationen

• Blaser, P.; Zimmermann, S.; Luster, J.; Shotyk, W. 2000. Critical examination of trace element enrichments and depletions in soils: As, Cr, Cu, Ni, Pb, and Zn in Swiss forest soils. - Sci. Total Environ. 249: 257-280.
• Blaser, P.; Zimmermann, S.; Luster, J.; Walthert, L.; Lüscher, P. 2005. Waldböden der Schweiz. Band 2. Region Alpen und Alpensüdseite. - Birmensdorf, Eidg. Forschungsanstalt WSL, Bern, Hep Verlag. 920 pp.
• Brunner I, Luster J, Günthardt-Goerg MS, Frey B. 2007. Heavy metal accumulation and phytostabilisation potential of tree fine roots in a contaminated soil. Environmental Pollution (in press).
• Ernst G., Frey B. 2007. The effect of feeding behaviour on Hg accumulation in the ecophysiologically different earthworms Lumbricus terrestris and Octolaseon cyaneum: a microcosm experiment. Soil Biology and Biochemistry 39: 386-390.
• Frey B., Hagedorn F., Giudici F. 2006. Girdling of a sweet chestnut forest: Carbon allocation to roots drives soil respiration but has little effect on microbial biomass. Forest, Ecology and Management 225: 271-277.
• Frey B., Stemmer M., Widmer F., Luster J., Sperisen C. 2006. Microbial characterization of a heavy metal-contaminated soil in a model forest ecosystem. Soil Biology and Biochemistry 38: 1745-1756.
• Hartmann M., Frey B., Kölliker R., Widmer F. 2005. Semi-automated genetic analyses of soil microbial communities: comparison of T-RFLP and RISA based on descriptive and discriminative statistical spproaches. Journal of Microbiological Methods 61: 349-360.
• Heim A., Frey B. 2001. Mikrobielle Aktiviäten in nährstoffarmen Waldböden entlang eines Höhentransektes in den Schweizer Voralpen. Mitteilungen Deutsche Bodenkundliche Gesellschaft 96: 337-338.
• Heim A., Frey B. 2004. Predicting litter decomposition rates for Swiss forests. Biogeochemistry 70: 301-315.
• Lazzaro A., Hartmann M., Blaser P., Widmer F., Schulin R., Frey B. 2006. Bacterial community structure and activity in different Cd-treated forest soils. FEMS Microbiology Ecology 58: 278-292.
• Lazzaro A., Schulin R., Widmer F., Frey B. 2006. Changes in lead availability affect bacterial community structure but not basal respiration. Science of Total Environment 371: 110-124.
• Lüscher P., Thees O. und Frutig F. 2005. Physikalischer Bodenschutz im Wald ist kein Luxus. Zürcher Wald 6/2005.
• Lüscher P., Thees O., Frutig F. und S. Sciacca. 2006. Physikalischer Bodenschutz im Wald als Teil der Arbeitsqualität. BGS-Bulletin 2006.
• Luster, J.; Zimmermann, S.; Frey, B.; Brunner, I.: Lüscher, P.; Walthert, L.; Blaser, P. 2006. Schwermetalle in Schweizer Waldböden. Wald und Holz 4/06: 35-36.
• Luster, J.; Zimmermann, S.; Zwicky, C.N.; Lienemann, P.; Blaser, P. 2006. Heavy metals in Swiss forest soils: modification of lithogenic and anthropogenic contents by pedogenetic processes and implications for ecological risk assessment. In: Frossard, E.; Blum, W.E.H.; Warkentin, B. (Eds.). Function of soils for human societies and the environment. Geological Society, London, Special Publications 266: 63-78.
• Luster, J.; Zimmermann, S.; Lüscher, P.; Walthert, L.; Zwicky, C.; Lienemann, P.; Blaser, P. 2006. Tiefenverteilung von Chrom, Nickel, Kupfer, Zink und Blei in Schweizer Waldböden und Implikationen für die Mobilität dieser Schwermetalle. - Bull. Bodenkd. Ges. Schweiz 29: 31-34.
• Novak B., Rais D., Frey B., Menon M., Schulin R., Günthardt-Goerg M., Luster J. 2006. Influence of heavy metal contamination on soil parameters in a lysimeter experiment designed to evaluate phytostabilization by afforestation. For. Snow Landsc. Res. 80: 201–211.
• Richter, A., Frossard, E., Brunner I. 2007. Polyphenols in the woody roots of Norway spruce and European beech reduce TTC. Tree Physiology 27, 155-160.
• Rigling D., Günthardt-Goerg M., Blauenstein H., Frey B. 2006. Absorption of heavy metals into Armillaria rhizomorphs from contaminated soils. For. Snow Landsc. Res. 80: 213–220.
• Walthert, L.; Zimmermann, S.; Blaser, P.; Luster, J.; Lüscher, P. 2004. Waldböden der Schweiz. Band 1. Grundlagen und Region Jura. - Birmensdorf, Eidg. Forschungsanstalt WSL, Bern, Hep Verlag. 768 pp.
• Zimmermann S., Frey B. 2002. Soil respiration and microbial properties in an acid forest soil: the effects of wood ash. Soil Biology and Biochemistry 34: 1727-1737.
• Zimmermann, S.; Blaser, P.; Luster, J.; Waltert, L; Lüscher, P. 2006. Waldböden der Schweiz. Band 3. Region Mittelland und Voralpen. - Birmensdorf, Eidg. Forschungsanstalt WSL, Bern, Hep Verlag., 847 pp.

Mitarbeitende

Stephan Zimmermann (anorganische Schadstoffe, Gashaushalt, Bodendatenbank)
Peter Lüscher (physikalischer Bodenschutz)
Beat Frey (bodenbiologische Aspekte)
Lorenz Walthert (standortskundliche Aspekte, Bodendatenbank)
Frank Hagedorn (Bodenkohlenstoff)
Elisabeth Graf-Pannatier (Bodenlösung)
Benjamin Lange (Doktorand)
Stéphane Sciacca (physikalischer Bodenschutz)
Marco Walser (Pedothek, Feldaufnahmen, Labor)
Roger Köchli (Pedothek, Feldaufnahmen, Labor)
Alois Zürcher (Labor)
Daniel Christen (Labor)
Zentrallabor WSL (chemische Analysen)

Kontakt

• Stephan Zimmermann