Standortsökologische Baumarteneffekte in einem Mischbestand aus Gemeiner Fichte (Picea abies [L.] KARST.) und Sand-Birke (Betula pendula Roth) im Erzgebirge

In einem für das Erzgebirge (Sachsen, Südostdeutschland) typischen Wirtschaftswald aus ca. 60-jähriger Fichte (Picea abies [L.] KARST.), in den Sand-Birken (Betula pendula Roth) eingemischt sind, sollte die Wirkung der Baumartenmischung auf den Oberbodenzustand erfasst und bewertet werden. Die Befunde stammen aus einem Bestand, der sowohl hinsichtlich der Altersstruktur, des Bodentyps als auch der Stoffeinträge und der Kalkung für das Erzgebirge repräsentativ ist. Analysiert wurden photosynthetisch aktive Strahlung, Bodenvegetation, Streumenge und -verteilung, Dynamik der Streuzersetzung, Humuskörpermorphologie sowie chemische und mikrobiologische Oberbodeneigenschaften. Dabei fand ein einzelbaumweiser Ansatz in Kopplung mit Transekten Anwendung. Es wurden eindeutige Effekte durch einzelbaumweise eingemischte Birken nachgewiesen. Mit Hilfe des Einzelbaumansatzes und davon ausgehenden Transekten wurden reine Fichtenbereiche und Mischungsbereiche untersucht. Zusätzlich wurden für die Auswertung drei Straten gebildet. Die Zuordnung dafür war die folgende: Probepunkte unter der Birkenkrone ergaben das Birken-Stratum, Probepunkte unter der Fichte das Fichten-Stratum und Probepunkte im Übergangsbereich zwischen Birke und Fichte das Fichten-Birken-Stratum. Im Bereich der Birkenkronen waren überwiegend höhere Strahlungswerte festzustellen als unter den Fichtenkronen. Gezeigt wurde aber auch, dass die höheren Strahlungswerte, die unter den Birkenkronen auftraten, auch in lichteren bzw. lückigeren Partien des reinen Fichtenbestandes zu finden waren. Die Sippenanzahl der Bodenvegetation erhöhte sich sowohl unter reiner Fichte als auch in Mischung von Fichte und Birke vor allem mit zunehmender Annäherung zum Kronenrand. Insgesamt waren aber bei der Mischung von Fichte und Birke ähnlich hohe Sippenanzahlen wie im reinen Fichtenbereich zu finden. Allerdings gab es Sippen, die nur auf einer der beiden Flächen auftraten. Es waren höhere Deckungsgrade bei der Mischung von Fichte und Birke im Vergleich zur reinen Fichte sichtbar. Die Befunde der Streusammler ließen erkennen, dass in einer Entfernung von > 16 m vom Birkenstamm kaum noch Birkenstreu auftrat. Nennenswerte Trockenflussdichten wurden nur in einem Radius von 10 m festgestellt. In diesem Bereich ist ein Effekt der Birkenstreu auf die Oberbodeneigenschaften zu erwarten. Die Gesamttrockenmasse einer relativ vitalen Birke mit rund 38 cm Brusthöhendurchmesser betrug im Untersu-chungsjahr rund 8 kg. Die Modellierung unter Hinzunahme weniger vitaler Birken reduzierte die Gesamttrockenmasse auf 6,3 kg. Der Massenverlust der Birkenblätter in den Litter-Bags war in allen drei Straten bei der Mischung der Birkenblätter mit Fichtennadeln im Verhältnis 5:1 am größten. Bei den Fichtennadeln zeigten sich die höchsten Trockenmassenverluste in den reinen Nadel-Litter-Bags. Die Litter-Bags unter der Birkenkrone wiesen für alle Varianten die beste Zersetzung der Birkenblätter und der Fichtennadeln auf. Die C/N-Verhältnisse der Streu ließen keine eindeutigen positiven Effekte der Birkenkrone erkennen. Sie waren aber bei den Birkenblättern in allen Varianten, in allen Straten und zu allen Terminen deutlich enger als die der Fichtennadeln. Desweiteren war der Abfall der C/N-Kurven bei den Birkenblättern steiler als bei den Fichtennadeln. Die Mächtigkeit des Of-Horizontes wies sowohl in der Mischsituation als auch in der reinen Fichtenfläche deutlichere räumliche Muster auf als im Oh-Horizont. Im Of waren dadurch deutliche, vom Einzelbaum abhängige, Muster zu erkennen. Die höchsten Mächtigkeiten traten in Stammnähe auf. Die größten Gesamtmächtigkeiten existierten unter reiner Fichte. Beim Vergleich der Mächtigkeiten in den Straten war in der Of-Lage vor allem das Birken-Stratum signifikant verschieden vom Fichten-Stratum. Für die Oh-Mächtigkeit und somit auch die Gesamtmächtigkeit zeigte zusätzlich das Fichten-Birken-Stratum signifikante Unterschiede im Vergleich zum Birken-Stratum. Als Humusform trat der rohhumusartige Moder auf. Dabei überwog im Fichtenstratum der feinhumusreiche rohhumusartige Moder, im Fichten-Birken-Stratum und im Birken-Stratum dagegen der feinhumusarme rohhumusartige Moder. Signifikante Unterschiede zwischen Straten konnten in der Of-Lage für den pH-Wert, Cges-Vorrat, Ccarbonat-Gehalt, Nges-Gehalt, Nges-Vorrat, und den metabolischen Quotienten erfasst werden. In der Oh-Lage waren es die nachstehenden Oberbo-deneigenschaften: Corg/N-Verhältnis, Cges-Gehalt, Nmik-Gehalt, Cmik/Nmik-Verhältnis, Basalatmungsaktivität, sowie der metabolische Quotient, die sich zwischen den Straten signifikant unterschieden. Im A-Horizont zeigten sich signifikante Unterschiede der Straten beim Corg/N-Verhältnis, Cges-Gehalt, Ccabonat-Gehalt, Corg-Gehalt sowie dem Nges-Vorrat. Mit Hilfe der multivariaten Ordination (mit verschiedenen Elementgehalten und pH-Werten) ist die Stratenbildung erneut bestätigt worden. Dabei hatten die Elemente C, Mg, Ca und N den größten Einfluss. Die Auswertung der Daten der effektiven Kationenaustauschkapazität ließ vor allem für den A-Horizont Unterschiede zwischen den Straten erkennen. Dabei war die Akeff im Fichtenstratum am kleinsten und der prozentuale Anteil der sauren Kationen an der Akeff am größten. Die höchste Akeff besaß das Birken-Stratum. Eine Reihe der untersuchten Größen ließen eindeutige Baumarteneffekte erkennen. Alles in allem wurde der Nachweis erbracht, dass die Effekte in dem Bereich zu finden sind, der durch die Laubstreu der Birken geprägt ist. Bei den Oberbodeneigenschaften wurden keine Veränderungen an Punkten, die mehr als 10 m vom Birkenstamm entfernt waren, festgestellt. Aus den Ergebnissen war abzuleiten, dass für ähnliche Bedingungen wie im Untersuchungsbestand ein Mischungsanteil der Birke von mindestens 10 % zu empfehlen ist. Die Ergebnisse sind aber durch zukünftige Forschung noch zu verifizieren. Dafür sollten vor allem die Produktionsziele und die waldbaulichen Behandlungskonzepte für Mischbestände aus Fichte und Birke in Deutschland erneut konkretisiert werden. Um dafür eindeutige ökologische und ökonomische Kriterien festlegen zu können, wird eine Zusammenführung wichtiger Ergebnisse aus den verschiedenen forstlichen Forschungsbereichen (z. B. Standortskunde, Vegetationskunde, Waldwachstumskunde, Ökonomie, Zoologie, Waldbau) empfohlen.In a typical managed forest of the Ore Mountains (Saxony, SE Germany), consisting of 60 years old Norway spruce (Picea abies [L.] KARST.) admixed with silver birches (Betula pendula Roth) the impact of the admixture on topsoil properties was quantified and evaluated. This study was conducted in a stand which is representative for the Ore Mountains regarding the soil type, deposition and liming. Photosynthetic active radiation, the layer of herbs and mosses, the mass and distribution of the litter fall, the dynamics of litter decom-position, and morphology of the humus layer as well as the chemical and microbiological topsoil properties were all analyzed. The study was based on a single-tree-approach where samples were collected along transects from selected sample trees of birch and spruce. Transects were established within areas of pure spruce as well as within areas of spruce and birch mixture. Three different strata were defined based on the situation of the examined points in relation to the crowns of birch and spruce: the birch stratum, the spruce stratum and the spruce-birch stratum with measurements from underneath the crowns of birches, spruces and the transition area between spruce and birch crowns, respectively. Higher photosynthetic active radiation values were detected in the area underneath the crowns of birch crowns in comparison with the area underneath the crowns of spruce. Higher values of photosynthetic active radiation were also registered within areas of light foliage and in gaps in the pure spruce stand. The number of ground vegetation species underneath pure spruce and in the mixture of spruce and birch was negatively correlated with the distance to the crown edge. But altogether the same number of ground vegetation species was found in the mixed stand and in the pure spruce stand. A few species were, however, specific for each stand type. A higher coverage of ground vegetation was found in the mixture of spruce and birch in comparison to the pure spruce. The results of the litter traps show marginal densities of birch leaves at a distance of more than 16 m from the birch stem. The majority of the dry flux density was found within a radius of 10 m around the birch stem. Within this area an effect of the birch litter on top soil properties was expected. The whole dry litter mass was measured in the study time of a relative vital birch with a diameter at breast high of ca. 38 cm and was ca. 8 kg. Modeling the amount of litter for birches with lower vitality indicated a dry litter mass of 6.3 kg. The mass lost of the birch leaves in the litter bags was in each stratum the highest at a ratio of 5 to 1 of birch leaves to spruce needles. The greatest loss of dry mass for spruce needles was registered in litter-bags with pure needles. The litter-bags under the birch crowns exhibited the best decomposition rate of birch leaves and spruce needles for all variants. The C/N-ratios of the litter showed no clear positive effects of the birch crown. But they were clearly smaller for the birch leaves in contrast to the spruce needles in all variants, in each stratum and at all dates. Furthermore the C/N-curves drop away more for the birch leaves in contrast to the spruce needles. The thickness of the Of-horizon in contrast to the Oh-horizon showed clear spatial patterns for the mixed situation and the pure spruce area. Thus in the Of-horizon a clear spatial pattern in connection to the single tree was apparent. The highest thickness was found close to the stem. The highest total thickness of the Of- and Oh-horizon was found underneath the pure spruce stand. When comparing the thickness of the humus layers between the stratums, significant differences where found for the Of-layer between the birch stratum and the spruce stratum. In addition, for the thickness of the Oh-layer as well as for the total thickness of all layers, significant differences were observed between the spruce-birch stratum and the birch stratum. The humus form was a mor-like moder. In the spruce stratum more fine-humus-rich variants of the mor-like moder was found, in the spruce-birch stratum and in the birch stratum it was more fine-humus-poor variants of the mor-like moder. Significant differences between the stratums in the Of-layer were found with respect to acidification, the pool of Ctot and Ntot, the content of Ccarbonat and Ntot and the metabolic quotient. For the Oh-layer significant differences between the stratums were found for the ratio of Corg and N, the content of Ctot and Nmic, the ratio of Cmic and Nmic, the basal respiration activity and the metabolic quotient. In the A-horizon significant differences between the stratums were found for the ration of Corg and N, the content of Ctot, Ccarbonat and Corg and the pool of Ntot. The results of multivariate ordination confirm the formation of stratums again. Thereby the contents of C, Mg, Ca and N had the greatest influence. The data analysis of the effective cation exchange capacity (ECEC) showed differences between the stratums mainly for the A horizon. In the spruce stratum the ECEC was lowest and the percentage of acid cations at the ECEC was greatest. The highest ECEC was in the birch stratum. Different results showed clear tree effects. These were only found in areas, which are influenced by birch leaves. In this study, a minimum tree admixture of 10% was required before an impact on the ground conditions of the whole stand was observed. Therefore, based on the results of this study, an admixture of birch of 10% is recommended. These results however must be verified through future research. These findings can be used to assist in meeting the goals of silvicultural management for mixed spruce and birch forests in Germany. Definition of explicit ecological and economic criteria created from a combination of results from different forest research sectors (e. g. Site ecology, Vegetation science, Forest Growth, Economy, Zoology, Silviculture) is recommended