Rückgang der Waldproduktivität aufgrund sukzessiver Paludifizierung borealer Böden

Der langfristige Rückgang der Waldproduktivität in borealen Wäldern wurde in den letzten Jahrzehnten umfassend untersucht, doch die Ursachen sind weiterhin unklar. Es wird angenommen, dass die Bodenbedingungen, die mit der Akkumulation organischer Stoffe im Boden verbunden sind, für den Rückgang der Standortproduktivität verantwortlich sind. Die Ziele dieser Studie waren festzustellen, ob die Paludifizierung borealer Böden zu einer verringerten Waldproduktivität führte und Veränderungen in den physikalischen und chemischen Eigenschaften des Bodens zu identifizieren, die mit der Produktivitätsminderung verbunden sind. Wir verwendeten eine Chronosequenz von 23 Schwarzfichtenbeständen mit einem Postfeueralter von 50 bis 2350 Jahren und berechneten drei verschiedene Produktivitätsindizes für Bestände, einschließlich Standortindex. Wir beurteilten Veränderungen in der Waldproduktivität im Laufe der Zeit mit zwei komplementären Ansätzen: (1) durch den Vergleich der Produktivität unter den Chronosequenzbeständen und (2) durch den Vergleich der Produktivität aufeinanderfolgender Baumkohorten innerhalb derselben Bestände, um den Einfluss der Zeit unabhängig von anderen Standortfaktoren zu bestimmen. Die Holzkohle-Stratigraphie zeigt, dass die Waldbestände sich in ihrer Feuergeschichte unterscheiden und entweder aus hoch- oder niedriggradigen Bodenbränden hervorgegangen sind. Sowohl der Ansatz der Chronosequenz als auch der Kohorte belegen Rückgänge der Produktivität von Schwarzfichten um 50-80 % mit zunehmender Paludifizierung, insbesondere in den ersten Jahrhunderten nach dem Brand. Die Paludifizierung verändert die Häufigkeit und Sukzession von Bryophyten, erhöht die Bodenfeuchte, reduziert die Bodentemperatur und die Verfügbarkeit von Nährstoffen und verändert die vertikale Verteilung der Wurzeln. Niedriggradige Bodenbrände beschleunigen die Raten der Paludifizierung und des Produktivitätsrückgangs erheblich im Vergleich zu hochgradigen Bränden und verringern letztlich den Nährstoffgehalt in den Nadeln der Schwarzfichte. Die zwei kombinierten Ansätze zeigen, dass die Paludifizierung allein durch Waldsukzession vorangetrieben werden kann, unabhängig von Standortfaktoren wie der Position am Hang. Diese sukzessive Paludifizierung steht im Gegensatz zur edaphischen Paludifizierung, bei der Topografie und Entwässerung hauptsächlich das Ausmaß und die Geschwindigkeit der Paludifizierung kontrollieren. Auf der Landschaftsskala kontrolliert das Brandregime (Häufigkeit und Schwere) die Paludifizierung und die Waldproduktivität durch seinen Einfluss auf die organischen Bodenschichten. Die Implikationen für globale Kohlenstoffbilanzen und nachhaltige Forstwirtschaft werden erörtert.