No contexto das mudanças climáticas, a sobrevivência e a produtividade das plantações de eucaliptos poderão ser afetadas. Assim, são necessárias pesquisas em nutrição florestal, como a avaliação do K e do Na e sua interação com a disponibilidade hídrica com o crescimento e propriedades do lenho de eucaliptos. Em experimento instalado, em 20 de junho de 2010 de tipo \"Split-plot\", foram avaliadas as árvores de Eucalyptus grandis submetidas a dois regimes hídricos (100% e 63%) e três tipos de fertilização (K, Na e controle). O diâmetro do tronco (cada 15 dias, com dendrômetros) e a altura total (cada 6 meses) das árvores foram mensurados no período do 40º ao 61º mês. A umidade do solo foi analisada semanalmente e a precipitação e temperatura diariamente. Foram analisadas as propriedades do lenho de 48 árvores, no 47º mês, por amostragem destrutiva, avaliando-se a sua densidade aparente, densidade básica, estrutura anatômica e proporção cerne/alburno. Os resultados mostraram que a precipitação influenciou significativamente o crescimento das árvores, seguindo-se a temperatura mínima e a umidade do solo. O K e o Na mostraram interação com a precipitação, (i) no período seco, com a redução do incremento do tronco das árvores com o Na e a sua paralisação com o K, (ii) no período chuvoso, com o aumento do incremento em diâmetro e altura do tronco, em relação ao controle. O Na em relação ao K resultou em menor crescimento das árvores de eucalipto. Com a exclusão de 37% da chuva houve efeito negativo nas árvores com K; no tratamento controle e com aplicação de Na a exclusão não mostrou efeito significativo até o 58º mês. Em relação à (i) densidade do lenho das árvores- ocorreu a sua diminuição com K e Na (menor com Na), e incremento com a menor disponibilidade hídrica; K não diminuiu a densidade sob maior disponibilidade hídrica; (ii) anatomia do lenho- observaram-se vasos de maior diâmetro e menor frequência com K e Na (maior com K); as fibras apresentaram variação significativa com Na (com fibras mais longas e largas com menor espessura da parede); a menor disponibilidade hídrica resultante da exclusão de 37% da chuva não afetou aos vasos e fibras; (iii) relação cerne/alburno- o K e Na promoveram a formação de maior proporção de cerne em relação às árvores do tratamento controle, sem influência significativa da exclusão parcial de chuva. Relações entre anatomia e densidade do lenho mostraram que mudanças nas dimensões das fibras foram acompanhadas de mudanças na densidade do lenho; e maior taxa de crescimento nem sempre se relaciona com a diminuição da densidade do lenho. Os resultados indicaram que a perda de características desejáveis na densidade, fibras e proporção de alburno, com a adição de K ou Na (principalmente Na) na adubação básica, são altamente compensados pela maior produção de lenho, no entanto em regiões mais áridas e com maior risco de seca prolongada, potássio e sódio podem agravar o déficit hídrico. / In the context of climate change, survival and productivity of eucalyptus plantations may be affected. Thus, research is needed on nutrition and forest ecophysiology, such as the evaluation of K and Na and their interaction with water availability on the growth and wood properties of eucalyptus. In a split-plot type, experiment installed on June 20, 2010 we evaluated Eucalyptus grandis trees submitted to two water regimes (100% and 63%) and three fertilizer supplies (K, Na and control). The stem diameter was measured every 15 days with dendrometers and total height, every 6 months in the period from 40th to 61st month. Soil moisture was analyzed weekly and precipitation and temperature daily. The wood properties of 48 trees were analyzed after 47 months, by destructive sampling, evaluating their apparent density, specific gravity, anatomical structure and heartwood/sapwood proportion. The results showed that precipitation significantly influenced the growth of the trees, followed by the minimum temperature and soil moisture. K and Na showed interaction with precipitation, (i) in the dry season, by reducing the growth of the tree trunks with Na and its stoppage with K, (ii) during the rainy season, with increasing growth in diameter and height of the trunk, compared with the control. The Na, as compared to K, resulted in lower growth of the eucalyptus trees. With the artificial exclusion of 37% of throughfall there was a negative effect on the growth of trees fertilized with K; but in the control and Na treatment the rainfall exclusion showed no significant effect until 58º month. In relation to (i) density of the wood of trees, there was a decrease in K and Na (lower with Na), and an increase with lower water availability; although the K did not reduce the density under higher water availability; (ii) wood anatomy- larger vessels with lower frequency were formed with K and Na supply (with higher K); the fibers showed significant variations with Na (longer and wider fibers with smaller wall thickness); and the lower water availability from the of 37% rainfall exclusion did not affect vessels and fibers; (iii) Heartwood/sapwood ratio; K and Na promoted the formation of larger proportion of heartwood in relation to the trees from the control treatment, and there was no significant influence of the partial rainfall exclusion. Relationships between anatomy and wood density showed that changes in fiber dimensions were accompanied by changes in the wood density; and the higher growth rate is not always associated with decreased wood density. The results indicate that the loss of desirable characteristics in density, fiber and proportion of sapwood, with the addition of K or Na (mainly Na) in the basic fertilization are highly compensated by the increased wood production, though in more arid regions with increased risk of prolonged drought, potassium and sodium can aggravate water deficit.

No contexto das mudanças climáticas, a sobrevivência e a produtividade das plantações de eucaliptos poderão ser afetadas. Assim, são necessárias pesquisas em nutrição florestal, como a avaliação do K e do Na e sua interação com a disponibilidade hídrica com o crescimento e propriedades do lenho de eucaliptos. Em experimento instalado, em 20 de junho de 2010 de tipo \"Split-plot\", foram avaliadas as árvores de Eucalyptus grandis submetidas a dois regimes hídricos (100% e 63%) e três tipos de fertilização (K, Na e controle). O diâmetro do tronco (cada 15 dias, com dendrômetros) e a altura total (cada 6 meses) das árvores foram mensurados no período do 40º ao 61º mês. A umidade do solo foi analisada semanalmente e a precipitação e temperatura diariamente. Foram analisadas as propriedades do lenho de 48 árvores, no 47º mês, por amostragem destrutiva, avaliando-se a sua densidade aparente, densidade básica, estrutura anatômica e proporção cerne/alburno. Os resultados mostraram que a precipitação influenciou significativamente o crescimento das árvores, seguindo-se a temperatura mínima e a umidade do solo. O K e o Na mostraram interação com a precipitação, (i) no período seco, com a redução do incremento do tronco das árvores com o Na e a sua paralisação com o K, (ii) no período chuvoso, com o aumento do incremento em diâmetro e altura do tronco, em relação ao controle. O Na em relação ao K resultou em menor crescimento das árvores de eucalipto. Com a exclusão de 37% da chuva houve efeito negativo nas árvores com K; no tratamento controle e com aplicação de Na a exclusão não mostrou efeito significativo até o 58º mês. Em relação à (i) densidade do lenho das árvores- ocorreu a sua diminuição com K e Na (menor com Na), e incremento com a menor disponibilidade hídrica; K não diminuiu a densidade sob maior disponibilidade hídrica; (ii) anatomia do lenho- observaram-se vasos de maior diâmetro e menor frequência com K e Na (maior com K); as fibras apresentaram variação significativa com Na (com fibras mais longas e largas com menor espessura da parede); a menor disponibilidade hídrica resultante da exclusão de 37% da chuva não afetou aos vasos e fibras; (iii) relação cerne/alburno- o K e Na promoveram a formação de maior proporção de cerne em relação às árvores do tratamento controle, sem influência significativa da exclusão parcial de chuva. Relações entre anatomia e densidade do lenho mostraram que mudanças nas dimensões das fibras foram acompanhadas de mudanças na densidade do lenho; e maior taxa de crescimento nem sempre se relaciona com a diminuição da densidade do lenho. Os resultados indicaram que a perda de características desejáveis na densidade, fibras e proporção de alburno, com a adição de K ou Na (principalmente Na) na adubação básica, são altamente compensados pela maior produção de lenho, no entanto em regiões mais áridas e com maior risco de seca prolongada, potássio e sódio podem agravar o déficit hídrico. / In the context of climate change, survival and productivity of eucalyptus plantations may be affected. Thus, research is needed on nutrition and forest ecophysiology, such as the evaluation of K and Na and their interaction with water availability on the growth and wood properties of eucalyptus. In a split-plot type, experiment installed on June 20, 2010 we evaluated Eucalyptus grandis trees submitted to two water regimes (100% and 63%) and three fertilizer supplies (K, Na and control). The stem diameter was measured every 15 days with dendrometers and total height, every 6 months in the period from 40th to 61st month. Soil moisture was analyzed weekly and precipitation and temperature daily. The wood properties of 48 trees were analyzed after 47 months, by destructive sampling, evaluating their apparent density, specific gravity, anatomical structure and heartwood/sapwood proportion. The results showed that precipitation significantly influenced the growth of the trees, followed by the minimum temperature and soil moisture. K and Na showed interaction with precipitation, (i) in the dry season, by reducing the growth of the tree trunks with Na and its stoppage with K, (ii) during the rainy season, with increasing growth in diameter and height of the trunk, compared with the control. The Na, as compared to K, resulted in lower growth of the eucalyptus trees. With the artificial exclusion of 37% of throughfall there was a negative effect on the growth of trees fertilized with K; but in the control and Na treatment the rainfall exclusion showed no significant effect until 58º month. In relation to (i) density of the wood of trees, there was a decrease in K and Na (lower with Na), and an increase with lower water availability; although the K did not reduce the density under higher water availability; (ii) wood anatomy- larger vessels with lower frequency were formed with K and Na supply (with higher K); the fibers showed significant variations with Na (longer and wider fibers with smaller wall thickness); and the lower water availability from the of 37% rainfall exclusion did not affect vessels and fibers; (iii) Heartwood/sapwood ratio; K and Na promoted the formation of larger proportion of heartwood in relation to the trees from the control treatment, and there was no significant influence of the partial rainfall exclusion. Relationships between anatomy and wood density showed that changes in fiber dimensions were accompanied by changes in the wood density; and the higher growth rate is not always associated with decreased wood density. The results indicate that the loss of desirable characteristics in density, fiber and proportion of sapwood, with the addition of K or Na (mainly Na) in the basic fertilization are highly compensated by the increased wood production, though in more arid regions with increased risk of prolonged drought, potassium and sodium can aggravate water deficit.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The goal of this study was to evaluate aspects of nutrients cycling in Eucalyptus dunnii by monitoring a stand throughout a year. This took place in Alegrete town, Rio Grande do Sul state, South Brazil, in an area of Stora Enso S/A, starting when stand was 16.5 months old. It was evaluated monthly rainfall and litterfall. Rainwater inside the stand was collected in 12 throughfall collectors and 12 stemflow collectors. The bulk precipitation was evaluated by two rainwater collectors located outside the stand. Assessing the litterfall, 16 collectors with 0.5 m² area were installed for the evaluation of leaves and miscellaneous (bark, reproductive material and branches - diameter less than or equal to 5 mm) fractions, plus the installation of 16 areas to collect thick branches (diameter greater than 5 mm). Rainwater and litterfall collectors were disposed in 4 blocks. Precipitation and litterfall were assessed for quantity, concentration of nutrients and input of these nutrients. Rainfall was 1586 mm y-1, with 7% interception by the stand. Throughfall accounted for 98% of effective precipitation, and the remaining 2% was stemflow. The concentration of ions in bulk precipitation was low, consistent with the rural areas of non-industrialized regions. Higher inputs occurred after the interaction of bulk precipitation with the forest canopy. It was fell 4.1 Mg ha-1 y-1 litterfall, where leaves corresponded to 93%, 6% of miscellaneous and 1% of thick branches. The higher concentration of macro and micronutrients was in general found in leaves fraction. The nutrient input was higher to litterfall, except for the macronutrient S. / O objetivo deste trabalho foi avaliar aspectos da ciclagem de nutrientes em Eucalyptus dunnii através do monitoramento de um povoamento durante o período de um ano, começando quando as árvores estavam com 16,5 meses de idade, no município de Alegrete, Rio Grande do Sul, em área pertencente à empresa Stora Enso S/A,. Foi avaliada, mensalmente, a deposição atmosférica dentro e fora do plantio, através de coletores de água da precipitação, e a deposição de serapilheira. A precipitação dentro do povoamento foi feita através de 12 coletores de precipitação interna e 12 coletores de solução decorrente do escorrimento pelo tronco. Já a precipitação global foi avaliada por dois coletores de precipitação instalados fora do povoamento e sem interferência do dossel. Para a amostragem da deposição de serapilheira foram instalados 16 coletores de 0,5 m² de área útil para avaliação das frações folhas e miscelânea (casca, material reprodutivo e galhos finos diâmetro menor ou igual a 5 mm), além da instalação de 16 áreas de coleta de galhos grossos (diâmetro maior que 5 mm). Tanto os coletores de precipitação dentro do plantio, quanto a deposição de serapilheira foram avaliadas em quatro parcelas. Precipitação e serapilheira foram avaliadas quanto à quantidade, à concentração de elementos e ao aporte dos mesmos. A precipitação global foi de 1586 mm ano-1, com 7% de interceptação pelo povoamento. A precipitação interna correspondeu a 98% da precipitação efetiva, sendo os 2% restantes relativos ao escorrimento pelo tronco. A concentração de íons, na precipitação global, foi baixa, condizente com áreas rurais de regiões não industrializadas. Ocorreu maior aporte de elementos após a interação da precipitação global com o dossel florestal. Foram depositados 4,1 Mg ha-1 ano-1 de serapilheira, sendo 93% de folhas, 6% de miscelânea e 1% de galhos grossos. A concentração de macro e micronutrientes foi, para a maioria dos elementos, encontrada na fração folhas. A devolução de nutrientes foi maior via deposição de serapilheira, com exceção para o macronutriente S.

Im Zuge der zunehmenden energetischen Holznutzung fällt vermehrt Holzasche als Abfallprodukt an. Obwohl die Asche potenziell für die Nährstoffrückführung in Wälder genutzt werden könnte, findet dies in Deutschland aktuell kaum statt, da negative ökologische Auswirkungen befürchtet werden, die Handhabbarkeit von Holzasche schwierig ist und hinsichtlich des Nährstoffhaushalts der Wälder keine Notwendigkeit gesehen wird. Durch eine Verarbeitung der Asche zu Rinde-Asche-Pellets (RIA-Pellets) sollte die ökologische Verträglichkeit erhöht und die Handhabbarkeit verbessert werden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, wie RIA-Pellets auf bodenchemische Parameter sowie den Ernährungszustand der Bäume wirken. Dazu wurden zwei Versuchsflächen in der Oberlausitz (Ostsachsen) etabliert: ein 38-jähriger Kiefernbestand auf einem Braunerde-Podsol aus eiszeitlichem Elbschotter im Tiefland sowie drei Fichtenbestände im Alter von 36 bis 49 Jahren auf einer Braunerde aus Lösslehm über Granodioritzersatz im Hügelland. Im Jahr 2011 wurde eine Behandlung mit 4 t ha-1 RIA-Pellets durchgeführt und auf dem Hügellandsstandort zusätzlich eine Vergleichsvariante mit 3,5 t ha-1 Dolomitkalk angelegt. Daraufhin wurden bodenchemische Parameter (pH-Wert, AKe, Nährstoff-Gesamtgehalte, C/N-Verhältnis) sowie Nadelspiegelwerte der Bäume untersucht. Außerdem wurde der zu erwartende Nährstoffverlust mittelalter Nadelholzbestände im Rahmen der Durchforstungen in den kommenden 20 Jahren abschätzend quantifiziert und den sonstigen Stoffflüssen der untersuchten Standorte gegenübergestellt. Auf dem sorptionsschwachen Tieflandsstandort mit Kiefer führten RIA-Pellets in einer Dosis von 4 t ha-1 innerhalb von zwei Jahren zu einer moderaten Erhöhung des pH-Werts um 0,6 Einheiten, einer Zunahme der Kationenaustauschkapazität von 267 auf 338 mmolc kg-1 sowie einer Erhöhung der Basensättigung von 45 auf 90 %. Zudem war eine signifikante Erhöhung der Gesamtgehalte von Ca, Mg und Mn zu verzeichnen. Auf dem sorptionsstarken Boden des Hügellandsstandort mit mittelalten Fichtenbeständen hatte die gleiche Dosis von RIA-Pellets ebenfalls zwei Jahre nach der Ausbringung zu wesentlich geringeren Effekten geführt. Zwar war auch hier ein pH-Anstieg um 0,3 Einheiten zu verzeichnen. Die RIA-Pellets beeinflussten jedoch die AKe und die Basensättigung nicht und die Nährstoff-Gesamtgehalte nur bei Ca und Mn. Alle Effekte waren auf beiden Versuchsflächen auf die Humusauflage begrenzt. Im Vergleich zu einer Kalkung trat die Wirkung der RIA-Pellets langsamer ein und fiel geringer aus. Die Behandlung mit RIA-Pellets führte nach zwei Jahren zu keiner Veränderung der Nadelspiegelwerte auf beiden Versuchsflächen. Die Untersuchung der oberirdischen Bestandesbiomasse zeigte, dass bereits mittelalte Nadelbaumbestände im Rahmen von Durchforstungen bei intensiven Aushaltungsszenarien erhebliche Nährstoffentzüge zu verkraften haben. So stieg die Biomasseentnahme bei Vollbaumnutzung gegenüber konventioneller Nutzung nur um den Faktor 1,3, während die Nährstoffentzüge um den Faktor 1,8 (Ca) bis 4,0 (P, Kiefer) stiegen. Die Nährstoffzusammensetzung der RIA-Pellets unterschied sich aufgrund der Herkunft der Asche (Verbrennung von Rinde und Holz in einem Sägewerk) von der eines Vollbaums. Daher läge der Kompensationsbedarf für die Nährstoffentzüge in den nächsten 20 Jahren bei Vollbaumnutzung im Kie-fernbestand bei 0,7 (Ca) bis 2,0 t ha-1 (P) und im mittelalten Fichtenbestand bei 1,3 (Ca) bis 12,8 t ha-1 (P). Der Vergleich der drei untersuchten unterschiedlich alten Fichtenbestände hat gezeigt, dass der Waldrestholzanteil und somit auch die zusätzliche Biomasse- und Nährstoffentnahme umso höher ist, je jünger bzw. geringer dimensioniert der Bestand ist. Die Betrachtung von Kiefern- und Fichtenbestände zeigte baumartenspezifische Unterschiede bei der Verteilung der oberirdischen Bestandesbiomasse auf die einzelnen Biomassekompartimente sowie der Nährstoffgehalte in den jeweiligen Kompartimenten. Die überschlägigen Nährstoffbilanzen für beide Versuchsflächen haben gezeigt, dass die Nährstoffentzüge mit der geernteten Biomasse bei Vollbaumnutzung in einer ähnlichen Größenordnung lagen, wie die Verluste mit dem Sickerwasser und die Festlegung im Biomassezuwachs. Auch ohne die Berücksichtigung von Nährstoffentzügen mit der Biomassenutzung wiesen die Standorte aufgrund des Nachwirkens historischer Säureeinträge bereits negative Stoffbilanzen für Ca und Mg auf. Die vorliegende Arbeit verdeutlicht, dass die Holzascherückführung in Wälder keinen drastischen Eingriff in die Stoffflüsse natürlicher Ökosysteme darstellt. Vielmehr handelt es sich um den Versuch, die Folgen der aktuellen menschlichen Aktivitäten im Bereich intensiver Biomassenutzung zumindest hinsichtlich der Nährstoffnachhaltigkeit abzumildern. Die intensive Biomassenutzung reiht sich dabei als eine weitere Form menschlichen Eingreifens in die Stoffflüsse des Ökosystems Wald in eine seit Jahrhunderten stattfindende Nutzungs- und damit Störungsgeschichte durch Streunutzung, Waldumbau zu Nadelholzforsten und atmosphärische Säure- und Stoffeinträge ein.:Inhalt 1 Einleitung 1 2 Stand des Wissens 3 2.1 Entwicklung der energetischen Holznutzung in Deutschland 3 2.2 Waldrestholznutzung in Deutschland und Auswirkungen auf die Bodenfruchtbarkeit 5 2.2.1 Waldrestholznutzung in Deutschland 5 2.2.2 Auswirkungen der Walrestholznutzung auf das Waldökosystem 6 2.3 Bodenmelioration mit Holzasche 7 2.3.1 Eigenschaften von Holzasche 7 2.3.2 Gesetzliche Bestimmungen zur Verwendung von Holzasche als Dünger 10 2.3.3 Erfahrungen mit der Holzascheverwendung im Wald 11 2.3.4 Aktuelles Holzascheaufkommen in Deutschland 12 2.3.5 Veredelung von Holzasche 16 3 Forschungsrahmen und Hypothesen 20 4 Material und Methoden 22 4.1 Untersuchungsgebiet Oberlausitz 22 4.2 Versuchsflächen 22 4.2.1 Laußnitz 22 4.2.2 Neusalza-Spremberg 25 4.3 Versuchsanlage 28 4.3.1 Laußnitz 28 4.3.2 Neusalza-Spremberg 29 4.3.3 Eigenschaften der RIA-Pellets und des Dolomit-Kalkes 30 4.4 Bodenuntersuchungen 32 4.4.1 Probenvorbereitung 32 4.4.2 Chemische Analysen der Bodenproben 33 4.5 Nadeluntersuchungen 34 4.5.1 Probenvorbereitung 34 4.5.2 50- und 100-Nadelgewicht 34 4.5.3 Elementgehalte der Nadeln 34 4.6 Untersuchung der oberirdischen Bestandesbiomasse 35 4.6.1 Waldwachstumskundliche Charakterisierung 35 4.6.2 Oberirdische Bestandesbiomasse und ihre Verteilung auf Baumkompartimente 35 4.6.3 Bestimmung der Elementgehalte in den Kompartimenten 37 4.6.4 Biomassefunktionen 38 4.6.5 Nährstoffbilanz 38 4.7 Statistische Auswertung 40 4.7.1 Boden- und Nadelanalysen 40 4.7.2 Ausreißeridentifikation bei den AKe-Daten 41 5 Ergebnisse 42 5.1 Veränderung bodenchemischer Parameter durch RIA-Pellets und Kalk 42 5.1.1 Laußnitz 42 5.1.2 Neusalza-Spremberg 53 5.2 Veränderung der Nadelspiegelwerte durch RIA-Pellets und Kalkung 65 5.2.1 Auswirkungen der RIA-Behandlung auf die Kiefernnadeln in Laußnitz 65 5.2.2 Auswirkungen der Behandlungen auf die Fichtennadeln in Neusalza-Spremberg 70 5.3 Biomasse- und Nährstoffentzug durch intensive Biomassenutzung 74 5.3.1 Oberirdische Bestandesbiomasse 74 5.3.2 Nährstoffgehalte in den Kompartimenten 83 5.3.3 Biomasse- und Nährstoffentzug bei unterschiedlichen Nutzungsszenarien 86 5.3.4 Entzugsbedingter kompensatorischer Nährstoffbedarf 92 5.3.5 Nährstoffbilanz zur Abschätzung des Nährstoffkompensationsbedarfs auf ökosystemarer Ebene 95 6 Diskussion 99 6.1 Einfluss von RIA-Pellets auf bodenchemische Eigenschaften 99 6.1.1 Prüfung von Hypothese 1 99 6.1.2 Prüfung von Hypothese 2 103 6.1.3 Vergleich der Wirkung von RIA-Pellets auf bodenchemische Eigenschaften auf den beiden Versuchsflächen 105 6.1.4 Methodenkritik zur Untersuchung des Einflusses von RIA-Pellets auf bodenökologische Parameter 107 6.1.5 Nährstofffreisetzung aus den RIA-Pellets 108 6.2 Einfluss der Behandlung mit RIA-Pellets auf den Ernährungszustand 109 6.2.1 Prüfung von Hypothese 3 109 6.2.2 Methodenkritik zur Untersuchung des Einflusses von RIA-Pellets auf den Ernährungszustand 110 6.3 Nährstoffentzug durch intensive Biomassenutzung 111 6.3.1 Prüfung von Hypothese 4 111 6.3.2 Methodenkritik zu Biomasseschätzung und Nährstoffbilanz 117 7 Synthese und Schlussfolgerungen 120 8 Zusammenfassung 123 9 Summary 125 10 Literaturverzeichnis 127 11 Erklärung zur Eröffnung des Promotionsverfahrens 135 12 Abbildungsverzeichnis 136 13 Tabellenverzeichnis 140 14 Abkürzungsverzeichnis 143 15 Anhang 145