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  • Duration: 01.07.2016 – 30.04.2020
  • : Climate change
  • Research status:  Closed

Alpine humus as a climate-sensitive C-storage and decisive location factor in mountain forests

The significance of organic surface layer humus for carbon storage and other important ecosystem functions of mountain forests has only been realized during recent years. The project will close important gaps of knowledge by pursuing the following goals:

  1. improved knowledge on the distribution oft thick surface humus in the landscape
  2. quantification of its contribution to the carbon storage of mountain forests
  3. improved understanding of the processes leading to the formation and to the loss of humus layers
  4. spatial and temporal scenarios of the distribution and changes of humus-bound C-stocks under climate change
  5. recommendations for stabilization and enhancement of surface humus through adapted land-use

Reaching these goals will make a significant contribution to the goals of the Waldklimafonds (Fund on Climate and Forests), especially to

  • adapting of mountain forests to climate change,
  • securing the potential for CO2-reduction and C-storage of mountain forests,
  • detecting effects of current climate change on C-storage in humus layers,
  • implementing humus conservation measures into silviculture.

The project goals are pursued at three relevant scales:

  • comparative analysis of humus chemistry and microbiology on selected soil profiles with different dynamics of C-stocks, allowing identification of decisive processes
  • comparative analysis of water and bioelement budgets of selected mountain forest ecosystems, allowing identification of temporal trends and threats
  • regionalization (spatial modelling) of surface humus thickness and related C-stocks as a function of releif, parent material, climate , vegetation and land-use history, allowing extrapolation at landscape scale and recommendations for silviculture In linking the three levels of inquiry, the decisive driving forces and processes leading to the formation of thick humus layers will be identified and mapped at the scale relevant for management and monitoring.

Publications

  • Prof. Dr. Jörg Ewald, Dr. Michelangelo Olleck

    Humus on the rocks (2019) forschungsfelder - BMEL-Magazin für Ernährung und Landwirtschaft (3), S. 20.

  • Dr. Michelangelo Olleck, Prof. Dr. Jörg Ewald

    Schwarz-weiße Schönheit „on the Rocks“: Die Bedeutung des Tangelhumus für die Bergwälder der Kalkalpen - Wie man dicke Humuspolster an ihrem Bewuchs erkennt und was getan werden kann um sie zu schützen (2020) Vortrag an der Bayerischen Botanischen Gesellschaft in München, März 2020 .

  • HSWT Newsmeldung, Prof. Dr. Jörg Ewald, Dr. Michelangelo Olleck

    Präsentation des kurz vor Abschluss stehenden Verbundforschungsprojekts "Alpenhumus" im TUM/HSWT-Kolloquium für Angewandte Ökologie und Planung (2019) Forschungs-News HSWT, 23.01.2020 .

  • Dr. Michelangelo Olleck, Dr. Birgit Reger, Prof. Dr. Jörg Ewald

    • Permissions:  Peer Reviewed

    Plant indicators for Folic Histosols in mountain forests of the Calcareous Alps (2019) Applied Vegetation Science 23 (2), S. 285-296. DOI: 10.1111/avsc.12470

    Questions: Although thick forest floors overlying unweathered bedrock are important resources for mountain forests' functioning, their actual distribution is poorly known and difficult to delimit in the field. We therefore asked: (a) What is the specific composition of vegetation growing on Folic Histosols; (b) can indicator plants be used to detect Folic Histosols in mountain forests; (c) what do functional traits of plant indicators tell about the ecological properties of Folic Histosols? Location: Northern Calcareous Alps, south Germany. Methods: Based on representative stratified sampling of joint vegetation plots and soil profile descriptions, we estimated the frequency and thickness of Folic Histosols, determined the proportion of compositional variation specifically attributable to forest floor thickness using ordination, applied Indicator Species Analysis and searched for typical traits and ecological requirements of indicator species. Results: The co-existence of acidophilic and calciphytic plants is typical for the tessellated occurrence and the successional origin of Folic Histosols. In the study region, the detection of Folic Histosols on pure limestone or dolomite by ground vegetation works very well. Particularly acidophilic plants are suitable indicators for thick forest floors. The indicator value of bryophytes and Ericaceae for Folic Histosols is likely related to the colonization of rotten wood. Folic Histosol indicator species are widely spread in the allocation to sociology group, which ranges from open landscapes to dark forests and reflects successional origin. Conclusions: In mountain forests on carbonate bedrock, thick humus layers often occur next to bare rock. This tessellated structure can also be detected in the ground vegetation, where acidophilic and calciphytic plants occur side by side. Thick Folic Histosols in late successional forests are dominated by acidophilic plants colonizing rotten wood. Thus, the detection of Folic Histosols by understorey species is an easy and cost-effective possibility and one key to protect these vulnerable forest sites.

  • Dr. Michelangelo Olleck, Dr. Birgit Reger, Prof. Dr. Jörg Ewald

    • Permissions:  Peer Reviewed

    Humuspflege in Gebirgswäldern der Kalkalpen: Wissensstand und Massnahmen (2022) Schweizerische Zeitschrift für Forstwesen 173 (1), S. 36-43. DOI: 10.3188/szf.2022.0036

    Bislang war es weitgehend unklar, welche Rolle die Humuspflege in der Bewirtschaftung der Bergwälder in denBayerischen Alpen spielt. Eine Umfrage im Rahmen des Projektes «Alpenhumus als klimasensitiver C-Speicherund entscheidender Standortfaktor im Bergwald» sollte den aktuellen Wissensstand in der forstlichen Praxis klärenund herausfinden, ob und welche unterstützenden Massnahmen notwendig sind, um die Humuspflege undden Humusaufbau in den Gebirgswäldern der Bayerischen Alpen zu verbessern. Die Rückmeldungen aus 29 Fragebögenzeigten, dass die Försterinnen und Förster den Anteil der Tangelhumusstandorte mit mehr als 15 cmHumusmächtigkeit in ihrem Zuständigkeitsgebiet auf knapp 20% schätzen. Hochgerechnet auf die Waldflächeder Bayerischen Alpen ergibt dies einen Anteil von rund 48 250 ha. Wichtigster Indikator des Forstpersonals fürdie Lokalisation mächtiger Humusauflagen ist die Bodenvegetation. Etwa 20% der Befragten geben einen sichtbarenRückgang von Tangelhumus an. Als Hauptgefährdung für Tangelhumus nennen die Befragten die Bodenerosion,die Klimaerwärmung, das Ausbleiben der Verjüngung und die Kronennutzung. Als relevante Massnahmenzur Humuspflege geben sie das Belassen von Kronenmaterial im Bestand, die Einleitung und/oderSicherstellung der Verjüngung sowie die Jagd an. Zur Verbesserung des Humusaufbaus wünschen sich die Befragtengezieltere Planungen, eine Änderung des Schalenwildmanagements und Schulungen für die Waldbesitzer.Verbesserte Karten mit Geodaten, eine Förderung der natürlichen Waldentwicklung und ein Leitfaden zurHumuspflege sollen dabei zusätzlich unterstützen.
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  • Dr. Michelangelo Olleck, Michael Kohlpaintner, Karl Heinz Mellert, Dr. Birgit Reger, Prof. Dr. Dr. Axel Göttlein, Prof. Dr. Jörg Ewald

    • Permissions:  Peer Reviewed

    Thick forest floors in the Calcareous Alps – Distribution, ecological functions and carbon storage potential (2021) CATENA 207 . DOI: 10.1016/j.catena.2021.105664

    The thickness and composition of forest floors plays an essential role for the efficiency and resilience of mountain forests to store carbon, water and nutrients. Up to now, the distribution of particularly thick organic forest floors (TOFF) in the Bavarian Calcareous Alps is poorly known and their ecosystem services deserve increased consideration under climate change. We wanted to improve the knowledge of the TOFF-distribution and to investigate the forcing processes and ecological functions of TOFF. We aimed to quantify their carbon storage potential and to model areas in which humus management is mandatory for sustainable forest use. We drew a stratified sample of soil profiles. Through the combination of relief and soil parameters, we identified crucial control variables and modelled actual and potential (without human disturbance) forest floor thickness in the Bavarian Calcareous Alps based on quantile regression and Generalized Additive Models (GAM). TOFF were predicted to occur on approximately 10% of the forest area of the Bavarian Alps. A decisive condition for the development of TOFF was the absence or only shallow development of mineral fine soil. Contrary to conventional wisdom, these TOFF were found across a wide range of (montane to subalpine) elevations. C-storage of TOFF amounts to ca. 6.9 t C/ha per cm of humus depth and ca. 5.2 Mt C in the study area, resulting in C accumulations comparable to peatlands. TOFF are decisive for the delivery of ecosystem services, especially in the protection forests of the Bavarian Calcareous Alps. Due to the absence or ephemeral depth of mineral soil, all ecological functions depend solely on the forest floor. Therefore, the careful handling of the humus stock is mandatory for a sustainable management in these forests.
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  • Prof. Dr. Jörg Ewald, Prof. Dr. Dr. Axel Göttlein, Dr. Michael Kohlpaintner, Dr. Michelangelo Olleck, Prof. Dr. Jörg Prietzel

    Alpenhumus als klimasensitiver C-Speicher und entscheidender Standortfaktor im Bergwald (2017) Vortrag auf dem Waldklimafonds-Kongress in Berlin, März 2017 .

  • Dr. Michelangelo Olleck, Prof. Dr. Jörg Ewald

    Tangelhumus in den Bayerischen Alpen - Verbreitung & Detektion anhand der Bodenvegetation (2019) Vortrag in der Seminarreihe "Aspekte der Waldökosystemforschung" in Freising, Januar 2019 .

  • Dr. Michelangelo Olleck, Prof. Dr. Jörg Ewald

    Mehr als gedacht - Verbreitung und ökologische Bedeutung mächtiger Humusauflagen in den Kalkalpen (2017) Vortrag auf der ANL-Fachtagung „Naturschutz: Von der Forschung in die Praxis“ in Freising, November 2017 .

  • Prof. Dr. Jörg Prietzel, Dr. Michael Kohlpaintner, Dr. Michelangelo Olleck

    Skeletthumusböden als klimasensitiver C-Speicher und entscheidender Faktor für die Ökosystemfunktionen von Bergwäldern der Kalkalpen (2019) Vortrag im Weihenstephaner Kolloquium zur Angewandten Ökologie und Planung in Freising, Dezember 2019 .

  • Prof. Dr. Jörg Ewald, Dr. Birgit Reger, Dr. Michelangelo Olleck

    More than we ever thought - distribution and function of lithic histosols in the Calcareous Alps (2017) Vortrag auf dem 125th IUFRO Anniversary Congress in Freiburg i. Br. , September 2017 .

  • Dr. Michelangelo Olleck, Prof. Dr. Jörg Ewald

    Verbreitung von mächtigen Humusauflagen und deren Potential als C-Speicher in den Bayerischen Kalkalpen (2018) Vortrag auf der Forstwissenschaftlichen Tagung in Göttingen, September 2018 .

  • Dr. Michelangelo Olleck, Prof. Dr. Jörg Ewald

    Black beauty on the rocks – distribution, function and C-storage potential of Tangel humus in the Calcareous Alps (2019) Vortrag auf dem 10th IALE World Congress in Mailand, Juli 2019 .

  • Prof. Dr. Jörg Ewald, Dr. Michelangelo Olleck

    Vegetation-based detection of thick forest floors and their decline in the Calcareous Alps (2018) Vortrag auf dem 7th workshop ("Vegetation Databases and Detection of Environmental Change") of the German working group on vegetation databases in Jena, März 2018 .

  • Prof. Dr. Jörg Ewald, Dr. Michelangelo Olleck

    Alpenhumus als klimasensitiver C-Speicher und entscheidender Standortfaktor im Bergwald (2019) Posterpräsentation am 1. Netzwerktreffen und der feierlichen Eröffnung des BayWISS Verbundkollegs "Life Sciences und Grüne Technologien" in Freising, Novermber 2019 .

  • Dr. Michelangelo Olleck, Prof. Dr. Jörg Ewald

    Alpenhumus als klimasensitiver C-Speicher und entscheidender Standortfaktor im Bergwald (2019) Posterpräsentation auf dem Jahreskolloquium des Bayerischen Wissenschaftsforums in Regensburg, Juni 2019 .

  • Prof. Dr. Jörg Ewald, Dr. Michelangelo Olleck

    Alpenhumus-Projekt gestartet (2017) Beitrag im Newsletter des Zentrums Wald-Forst-Holz Weihenstephan, März 2017 .

  • Prof. Dr. Jörg Ewald, Prof. Dr. Dr. Axel Göttlein, Prof. Dr. Jörg Prietzel, Dr. Michael Kohlpaintner, Dr. Birgit Reger, Dr. Michelangelo Olleck

    Alpenhumus als klimasensitiver C-Speicher und entscheidender Standortfaktor im Bergwald (2020) Forstliche Forschungsberichte München. Schriftenreihe des Zentrums Wald-Forst-Holz Weihenstephan 220 .

    Ein neuer Forschungsbericht liefert weitere Grundlagen für den Bodenschutz in den Kalkalpen. Tangelhumus (»Alpenhumus«) heißen die 15 Zentimeter bis über einen Meter mächtigen Humusauflagen unter Bergwald und Krummholz auf wenig verwitterten Carbonatgesteinen, die auf rund neun Prozent der Waldfläche in den Bayerischen Alpen in allen Höhenlagen und Hangexpositionen angetroffen werden. Vor Ort ist Tangelhumus an Hand von Zeigerpflanzen genauer lokalisierbar. Mit knapp sieben Tonnen Kohlenstoff pro Zentimeter Auflage und Hektar speichert bereits ein 15 Zentimeter mächtiger Tangelhumus mehr Kohlenstoff als ein durchschnittlicher bayerischer Waldboden. Tangelhumus dient vielen Berg- und Schutzwäldern als ausschließliches Wurzelsubstrat, in dem Calcium, Magnesium und Stickstoff gut, Phosphor und Mangan jedoch knapp verfügbar sind. Mit seiner sehr hohen nutzbaren Wasserspeicherfähigkeit trägt er maßgeblich zum Wasserrückhalt bei. Experimentelle Erwärmung im Labor beschleunigt den mikrobiellen Abbau. Stärker zersetzter Tangelhumus lässt sich chemisch durch engere C/N-Verhältnisse und höhere Anteile oxidierter organischer Schwefelverbindungen kennzeichnen.Erhaltung und Mehrung von Tangelhumus sind für die Funktionsfähigkeit vieler Berg- und Schutzwälder der Kalkalpen von entscheidender Bedeutung, wobei die Ökosystemleistung als Kohlenstoffspeicher mehr Aufmerksamkeit verdient. Für die Bayerischen Alpen wird ein dreistufiges Konzept der Humuspflege vorgeschlagen. Es umfasst die Erkennung, die vorbeugende Erhaltung stabiler und strukturreicher Dauerbestockungen sowie den Aufbau und die Wiederherstellung von Tangelhumus durch gezieltes Belassen von Kronen- und Stammholz.Der Förderverein Zentrum Wald-Forst-Holz Weihenstephan e.V. bezuschusst den Druck Forstlicher Forschungsberichte. Der Forstliche Forschungsbericht 220 »Alpenhumus als klimasensitiver C-Speicher und entscheidender Standortfaktor im Bergwald« kann über den Förderverein bezogen werden (www.foerderverein-forstzentrum.de).
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Promotions

"Alpenhumus" - Verbreitung und Vorkommen in den bayerischen Alpen

Doctoral candidate
Dr. Michelangelo Olleck
michelangelo.olleck@hswt.de
Research focus
Climate change
Time period
01.03.2017 – 14.10.2022
Scientific supervisor HSWT (HSWT)
Prof. Dr. Jörg Ewald
Facility
Fakultät Wald und Forstwirtschaft
Institut für Ökologie und Landschaft
Scientific supervisor (external)
Prof. Dr. Dr. Axel Göttlein
Technische Universität München

Lead of collaborative projects

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Workpackage lead HSWT

  • Prof. Dr. Dr. Axel Göttlein

Project execution

External project participation

  • Prof. Dr. Jörg Prietzel
  • Dr. Michael Kohlpaintner

Partners

Adressierte SDGs (Sustainable Development Goals)

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