Bündner Wald als bedeutende CO2-Senke seit dem 19. Jahrhundert
Seit dem Ende des 19. Jahrhundert nahmen nach vielerorts jahrhundertelanger Übernutzung sowohl Waldfläche wie auch Vorrat im Bündner Wald wieder stark zu (Abb. 1).
Davos mit Seehorn um 1900 (oben, Bild: Fotofurter) und um 2022 (unten, Bild: Selina Bebi).
Waldausdehnung und Vorratszunahme wurden vor allem durch Aufgabe von landwirtschaftlicher Bewirtschaftung und Nutzungsextensivierung begünstigt.
Gemäss einem Vergleich mit alten Siegfriedkarten sind rund 42 % der jetzigen Waldfläche des Kantons Graubünden seit 1880 eingewachsen. Aufgrund von Unsicherheiten bei historischen Daten ist es etwas schwieriger abzuschätzen, wie viel der Vorrat zugenommen hat. Wir können aber davon ausgehen, dass sich der durchschnittliche Vorrat, der bei rund 300 m²/ha liegt, nur schon seit 1950 etwa verdoppelt hat (vgl. Ott et al. 1972, Gordon diese BW-Ausgabe). Waldausdehnung und Waldverdichtung zusammen dürften damit seit dem Ende des 19. Jahrhundert sogar etwa zu einer Vervierfachung des Gesamtvorrats in den Bündner Wäldern geführt haben.
Wo die Waldfläche zunimmt und der Wald dichter wird, reichern sich Biomasse und damit Kohlenstoff an. CO² wird durch Nadeln und Blätter aufgenommen und dann grösstenteils in den verholzten oberirdischen Baumteilen, aber auch im Wurzelraum und Boden gespeichert. Gemäss dem Schweizerischen Landesforstinventar (LFI) werden gesamtschweizerisch etwa 79 % der Biomasse oberirdisch und 21 % in den Wurzeln gespeichert. Wie Untersuchungen in der Versuchsaufforstung Stillberg (Davos) zeigten, kann der unterirdische Anteil im oberen Waldgrenzenbereich deutlich höher sein und bis zu 40 % der Gesamtbiomasse betragen. Wenn wir in einer einfachen Überschlagsrechnung davon ausgehen, dass etwa die Hälfte der vergangenen Vorratszunahme als Kohlenstoff gespeichert wurde, ergibt sich eine Menge von rund 40 Millionen Tonnen gespeichertem CO2, das der Luft entzogen wurde. Der Bündner Wald hat damit seit Mitte des 19. Jahrhunderts als bedeutende CO2-Senke dazu beigetragen, dem Klimawandel entgegenzuwirken. Diese Leistung des Bündner Waldes war vor allem dann wertvoll, wenn Holz aus der Region nicht erneuerbare Energie- und Baustoffe substituieren konnte.
Nebst dieser CO2-Senkenleistung des Bündner Waldes gibt es zwei wichtige Nebeneffekte der Waldentwicklung, die ebenfalls Rückwirkungen auf das Klima haben und in einem Gesamtzusammenhang nicht vergessen werden sollten. Dabei geht es einerseits um die geringere Rückstrahlung (Albedo) von dunklem Wald im Vergleich zu Offenland und um erhöhte Risiken von dichtem Wald bezüglich natürlicher Störungen.
Albedo-Effekt: Wenn zusätzlicher Wald erwärmend wirkt
Wenn sich Wald ausdehnt und verdichtet, verringert sich in der Regel die Rückstrahlfähigkeit (Albedo) der Landoberfläche. Besonders deutlich ist dieser Effekt in Gebieten mit einer langen Schneebedeckung, wenn statt einer schneebedeckten Freifläche (mit einer Albedo von rund 0,5–0,9 (je nach Schneebeschaffenheit) ein dichter Wald mit einer relativ tiefen Rückstrahlung (Albedo ca. 0,2–0,4) steht (vgl. Abb. 2).
Waldausdehnung in schneereichen Gebieten wie hier im Val Rosegg bewirken eine
verringerte Rückstrahlfähigkeit (Albedo) der Landoberfläche und damit eine lokale Erwärmung. (Bild: Peter Bebi)
Eine kleinere Albedo bedeutet, dass mehr Sonnenlicht im Wald absorbiert als reflektiert wird. Somit entsteht eine positive Strahlungsbilanz, die vor allem lokal erwärmend wirkt und dem ansonsten global «abkühlenden» Effekt der CO2-Aufnahme durch den Wald entgegenwirkt. Um die Folgen der Waldzunahme auf das Klima abzuschätzen, wurden diese beiden Effekte miteinander verglichen, wobei Daten zur Waldveränderung, Kohlenstoffspeicherung, Schneebedeckung und Sonneneinstrahlung verwendet wurden (Schwab et al. 2015). Dabei zeigte sich, dass der «kühlende» Effekt der CO2-Bindung durch den Wald in wüchsigen Regionen mit geringer Schneebedeckung weit überwiegt. In kälteren Lagen Graubündens mit langer Schneebedeckung und geringeren Wachstumsraten (also zum Beispiel im Waldgrenzenbereich) heben sich die Klimaeffekte «CO2-Aufnahme» und «Albedowirkung» aber ungefähr auf. Mitunter bewirkt der zusätzliche Wald sogar einen stärkeren Albedo-Effekt und damit gesamthaft gesehen eine lokale Erwärmung. Unterschiede gibt es auch zwischen verschiedenen Waldstadien: Beginnende Waldausdehnung auf vormals offenem Land erniedrigt zunächst die Albedo stark. Nachdem sich ein noch junger (offener) Wald etabliert hat, sinkt die Albedo nur noch wenig, obwohl der Wald weiterhin viel CO2 aufnehmen kann.
Klassierung von Wäldern in Davos (links) und im Gebiet Nationalpark/Unterengadin (rechts) bezüglich
des Risikos für die Co2-Bindung durch natürliche Störungen (Abgeändert nach Stritih et.al.2021).
Mehr natürliche Störungen durch Borkenkäfer, Feuer und Wind
Natürliche Störungen durch Borkenkäfer, Waldbrand und Windwurf traten in den letzten Jahrzehnten gesamteuropäisch nachweislich häufiger auf und werden wahrscheinlich noch weiter zunehmen. Dies ist aufgrund des Klimawandels und der vergangenen Waldentwicklung durchaus plausibel: Wärmere und trockenere Witterung erlauben eine raschere Verbreitung des Borkenkäfers auch in höher gelegenen Fichtenwäldern. Zudem steigt die Waldbrandgefährdung bei trockener und warmer Witterung und früher Schneeausaperung auch in Gebieten, die bisher kaum davon betroffen waren. Die Zunahme von natürlichen Störungen der letzten Jahrzehnte kann aber nur zum Teil durch den Klimawandel erklärt werden und steht auch stark im Zusammenhang mit den steigenden Waldflächen und Vorräten seit dem 19. Jahrhundert (Bebi et al. 2017). Auswertungen von Satellitenbildern und von kantonalen Bewirtschaftungsdaten (LeiNa) zeigten, dass natürliche Störungen (insbesondere Windwurf und Käferbefall) in Bündner Wäldern vor allem in dichten Wäldern mit hohem Fichtenanteil auftraten (Stritih et al. 2021a). Besonders anfällig waren dabei relativ junge Wälder, die erst seit dem 19. Jahrhundert durch Aufgabe von Landwirtschaft oder nach Aufforstung aufgewachsen sind. Zusammen mit trockenheitsbedingter Mortalität resultieren diese Störungen in einer Zunahme des Totholzanteils im Wald und damit in einer allmählichen Freisetzung des darin gebundenen Kohlenstoffs. Dies führt dazu, dass sich die positive CO2-Bilanz in Bündner Wäldern vielerorts wieder aufhebt oder zumindest die Gefahr besteht, die aufgenommene CO2-Menge wieder zu verlieren. Die Zunahme von Waldstörungen bedeutet auch Gefahr für andere wichtige Ökosystemleistungen des Waldes, wie Lawinenschutz, Erholung und Holzproduktion. Aufgrund von Auswertungen früherer Störungsereignisse und räumlichen Informationen zu Waldaufbau und Standort können solche Risiken abgeschätzt werden (Stritih et al. 2021, Abb. 3).
Offene Fragen im Boden
Im Vergleich zum oberirdischen Teil des Waldes bleiben Rückwirkungen des Waldbodens auf das Klima vielfach im Verborgenen. Waldböden enthalten in der organischen Bodensubstanz etwas mehr Kohlenstoff als in der Biomasse. Dieser Kohlenstoff hat sich über Jahrhunderte angereichert. Die obere Humusschicht des Bodens enthält aber Kohlenstoff, der durch Bodenorganismen bei der Atmung leicht abgebaut werden kann. Forschungen an der Waldgrenze am Stillberg bei Davos haben gezeigt, dass gerade hoch gelegene Böden im Waldgrenzenbereich besonders reich an Kohlenstoff sind. Die bei steigenden Temperaturen erhöhte Aktivität der Bodenorganismen kann dort grosse Mengen an CO2 freisetzen. Entsprechend wird bei fortgesetzter Klimaerwärmung mindestens ein Teil des CO2, das durch eine Erhöhung der Waldgrenze und ein Verdichten des Waldes gebunden wird, durch die zunehmende Bodenatmung wieder frei (Hagedorn et al., 2010). Auch natürliche Störungen führen zu Kohlenstoffverlusten aus dem Boden, da das Mikroklima durch die fehlende Waldbedeckung wärmer wird und die Bodenstruktur gestört wird. Diese Verluste sind im Gebirge besonders hoch, da dort grosse Kohlenstoffmengen in der oberen Humusschicht gespeichert sind, die schnell abgebaut werden.
Gesamtbetrachtung ist wichtig
Die verschiedenen Wechselwirkungen zwischen Wald und Klima rufen nach differenzierten Betrachtungen von Klimaschutzmassnahmen – insbesondere, wenn sie auch zusammen mit anderen Waldleistungen beurteilt werden (vgl. auch Beitrag von Riet Gordon in dieser Ausgabe). Die aktive oder passive Förderung von CO2-Senken im Bündner Wald ist vor allem dort wertvoll, wo die erwartete Klimawirkung insgesamt hoch ist und wo wichtige andere Waldleistungen und Klimaanpassungen des Waldes durch zusätzliche Vorratszunahme nicht wesentlich eingeschränkt werden. Im Folgenden möchten wir anhand von typischen Situationen aufzeigen, was damit gemeint ist und welche Entscheidungskriterien dabei hilfreich sein könnten.
Aufforstungen in hohen Lagen haben durch Co2-Bindung und Verringerung der Albedo entgegengesetzte Rückwirkungen auf das Klima.
Ob solche Aufforstungen in einem Gesamtzusammenhang Sinn machen, hängt wie hier auf der Alp Guscha von deren Wirkung auf Artenvielfalt, Schutzfunktion und andere Umweltleistungen ab.
(Bild: Peter Bebi)
1. Situation: Aufforstungsprojekte
Bäume zu pflanzen als Kompensation für den Verbrauch von nicht erneuerbarer Energie sieht auf den ersten Blick bestechend einfach aus, ist aber in einer Gesamtbetrachtung nicht überall sinnvoll. Gerade in höheren, schneereichen Lagen wirkt sich diese Massnahme infolge von Albedo-Effekt und unterirdischen Prozessen häufig nicht positiv auf das Klima aus. Auch auf andere Waldfunktionen kann die Wirkung solcher Aufforstungen je nach Standort langfristig sehr stark variieren (vgl. Abb. 4). Am eindeutigsten positiv sind solche Projekte meistens da, wo zusätzliche Waldflächen einen wertvollen Beitrag zum Schutz vor Naturgefahren leisten (also zum Beispiel in offenen, aber in Zukunft waldfähigen Anrissgebieten von Lawinen oder Rutschungen) und dort, wo diese Aufforstungen auch mit einem nachhaltigen Pflanzungs- und Pflegekonzept sowie mit einer klimaangepassten Baumartenmischung ausgeführt werden. Im Gegensatz dazu machen Aufforstungsprojekte für den Klimaschutz (oder auch andere Ersatzaufforstungsprojekte) kaum Sinn, wenn sich eine zusätzliche Waldzunahme in hohen Lagen nicht langfristig positiv auf den Naturgefahrenschutz auswirkt, und wenn der Einfluss auf Artenvielfalt, Landschaftsbild und andere Umweltleistungen eindeutig negativ ist.
Einförmiger, noch junger und störungsanfälliger Fichtenbestand ohne Potenzial für zusätzliche Vorratszunahme.
(Foto: Mario Guetg)
2. Situation: Vorratszunahme im bestehenden Wald
Auch die Klimarückwirkung von weiteren Vorratszunahmen im bestehenden Walde muss vor dem Hintergrund der bisherigen Ausführungen räumlich differenziert betrachtet werden, wobei Effekte auf verschiedene Waldleistungen und Risiken durch natürliche Störungen berücksichtigt werden müssen. Zweifellos gibt es in Graubünden grosse Waldflächen, wo eine weitere Zunahme des Vorrats eindeutig mehr Nachteile als Vorteile mit sich bringt, und zwar sowohl hinsichtlich Resilienz und Klimaanpassung als auch hinsichtlich der langfristigen Erfüllung verschiedener Waldfunktionen (inklusive Artenvielfalt, Erholung, Naturgefahrenschutz und nachhaltige Nutzung von einheimischen Holzressourcen). Im Rahmen der Schutzwaldpflege, die sich gemäss NaiS generell so weit wie möglich an natürlichen Waldentwicklungsprozessen orientiert, wird die Steigerung von Resilienz gegenüber natürlichen Störungen und Klimaanpassung zunehmend wichtiger. Da diese wiederum häufig an die Verfügbarkeit von Licht, Baumartenvielfalt und Moderholz gebunden ist, sind einer Förderung von weiteren CO2-Senken ohne langfristige Verluste von Resilienz und wichtigen Waldfunktionen vielfach enge Grenzen gesetzt. Bestände, die beispielsweise aufgrund der früheren Bewirtschaftungsgeschichte zur Gleichförmigkeit neigen und bei noch weiter zunehmendem Vorrat einförmiger und störungsanfälliger werden (vgl. Abb. 5), sind zum Beispiel meistens ungeeignet als CO2-Senkenwald. Besser geeignet dafür sind natürlicherweise heterogene Standorte und offene Waldstrukturen, wo eine Waldverdichtung aufgrund der naturräumlichen Bedingungen mit geringeren Risiken für andere Waldfunktionen verbunden ist (Abb. 6). Mittels räumlicher Modelle von Waldfunktionen und Risiken für diese Waldfunktionen lassen sich Entscheidungsgrundlagen generieren, welche für die Beurteilung und Auswahl zukünftiger Senkenwälder wertvoll sein können (vgl. Abb. 3, Karte aus Modell Ana Stritih).
Offener und strukturierter Wald oberhalb von Trin mit noch intaktem Potenzial für Vorratszunahme. (Foto: Peter Bebi)
Fazit
Die Klimarückwirkungen des Bündner Waldes sind komplexer als vielfach angenommen. Die starke Wald- und Vorratszunahme seit dem 19. Jahrhundert leisteten einen sehr wichtigen Beitrag als CO2-Senke. Das zukünftige Potenzial von weiteren CO2-Senken ist in den vielfach bereits dichten und störungsanfälligen Bündner Wäldern demgegenüber aber stärker eingeschränkt und muss auch in einem Gesamtzusammenhang mit anderen Klimarückkoppelungen und der langfristigen Erfüllung verschiedener Waldleistungen gesehen werden.
Das Potenzial des Bündner Waldes für den Klimaschutz ist dennoch vorhanden, da CO2-Senken, wenn auch eingeschränkt, trotzdem eine wichtige Rolle spielen und auch die nachhaltige Nutzung der Ressource Holz grosses Potenzial bietet. Im Hinblick auf eine möglichst sinnvolle Planung von Wäldern mit Klimaschutzfunktion braucht es zur Entscheidungshilfe pragmatische Ansätze, die sowohl Risiken von zukünftigen Störungen als auch langfristige Effekte auf verschiedene Waldleistungen und Klimarückkoppelungen berücksichtigen.
Dr. Peter Bebi ist Leiter des Forschungszentrums CERC am WSL-Institut für Schnee und Lawinenforschung in Davos. Dr. Ana Stritih (TU München), Dr. Jonas Schwaab (ETH Zürich) und Dr. Frank Hagedorn (WSL Birmensdorf) haben zusammen mit ihm Forschungsarbeiten im Themenbereich des Artikels durchgeführt.
Literatur
Bebi, P., Seidl, R., Motta, R., Fuhr, M., Firm, D., Krumm, F., Conedera M., Ginzler C., Wohlgemuth T., Kulakowski, D. (2017). Changes of forest cover and disturbance regimes in the mountain forests of the Alps. Forest Ecology and Management, 388, 43-56. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2016.10.028.
Hagedorn F, Moeri A, Walthert L, Zimmermann S (2010) Kohlenstoff in Schweizer Waldböden – bei Klimaerwärmung eine potenzielle CO²-Quelle. Schweizerische Zeitschrift für Forstwesen 161, 530-535.
Ott, E. (1972) Erhebungen über den gegenwärtigen Zustand des Schweizer Waldes als Grundlage waldbaulicher Zielsetzungen. Mitteilungen EAFV.
Schwab, J., Bavay, M., Davin, E., Hagedorn, F., Hüsler, F., Lehning, M., Schneebeli, M., Thürig, E., Bebi, P. (2015). Carbon storage versus albedo change: radiative forcing of forest expansion in temperate mountainous regions of Switzerland. Biogeosciences, 12(2), 467-487. https://doi.org/10.5194/bg-12-467-2015.
Stritih, A., Senf, C., Seidl, R., Grêt-Regamey, A., & Bebi, P. (2021a). The impact of land-use legacies and recent management on natural disturbance susceptibility in mountain forests. Forest Ecology and Management, 484, 118950 (10 pp.).
Stritih, A., Bebi, P., Rossi, C., & Grêt-Regamey, A. (2021b). Addressing disturbance risk to mountain forest ecosystem services. Journal of Environmental Management, 296, 113188 (11 pp.).
