Bodenschutz bei der Holzernte

In den befahrbaren Lagen ist das Risiko von mechanischen Beeinträchtigungen des Bodens bei der Holzernte bedeutend grösser als in den nicht befahrbaren, wo seil- und luftgestützte Holzernteverfahren eingesetzt werden. Durch verschiedene Massnahmen bei der Planung, der Organisation und der Ausführung der Holzernte lassen sich Bodenbeeinträchtigungen jedoch auch im befahrbaren Gelände erheblich einschränken.

Fritz Frutig, Stephan Zimmermann, Oliver Thees

Ausgangslage In den nicht befahrbaren Lagen, das heisst im Seilkran- und Helikoptergelände, sind schädliche Auswirkungen der höheren Mechanisierung der Holzernte auf den Waldboden sehr gering. Die zunehmende Mechanisierung der Holzernte führt dagegen in den befahrbaren Lagen zu einem erhöhten Risiko von Bodenbeeinträchtigungen. Der Einsatz von hoch spezialisierter Forsttechnik erfordert entsprechend geschultes Personal, ist kostenintensiv und verlangt nach einer jährlichen Mindestauslastung. Zusammen mit den oft eng terminierten Lieferverpflichtungen für Holz können so Konfliktsituationen mit dem Bodenschutz entstehen. Gemäss Bont (2016) und einer neuen Auswertung der WSL (Abbildung 1) kann im Kanton Graubünden bis zu einem Viertel der Waldfläche bodengestützt bewirtschaftet werden; drei Viertel der Fläche sind nicht befahrbar. Hier kommen zu 70 Prozent Seilkräne mit Linienlängen bis 1500m zum Einsatz und in 30 Prozent der Fälle wird mit längeren Seillinien gearbeitet, der Helikopter eingesetzt oder gar nicht bewirtschaftet. Nach einer kurzen Übersicht über die Befahrungsempfindlichkeit der Böden in Graubünden stellen wir planerische und technische Massnahmen zur Bodenschonung bei der Holzernte im befahrbaren und im nicht befahrbaren Gelände vor. Die Ausführungen sind nicht als Rezept zu verstehen, sie sollen dem Leser resp. der Leserin verschiedene Überlegungen vermitteln, anhand derer er oder sie möglicherweise in einer konkreten Situation einen Schritt in Richtung besserer Schonung des Bodens machen kann.

Befahrbarkeit der Waldböden im Kanton Graubünden Bont (2016) hat die befahrbaren Flächen im Wald des Kantons Graubünden mithilfe der Bodeneignungskarte sowie topografischer Eigenschaften (vor allem Neigung) identifiziert. Er hat dabei vorausgesetzt, dass die befahrbaren Lagen mit dem Waldstrassennetz «vernetzt» sind. Daraus resultiert eine in zahlreiche kleinflächige Einheiten gegliederte Karte, die für eine Darstellung im Rahmen dieses Artikels nicht gut lesbar ist. Wir haben deshalb einen vereinfachten Ansatz gewählt, indem die Einheiten der Bodeneignungskarte in drei Einheiten mit «möglicher», «eingeschränkter» und «nicht möglicher» Befahrbarkeit klassiert wurden (Abbildung 1). Mit dieser vereinfachten Methode ergibt sich ein Anteil von 15 Prozent mit möglicher beziehungsweise 9 Prozent mit eingeschränkter Befahrbarkeit, welche sich regional mit den nach Bont (2016) als bodengestützt bewirtschafteten Gebieten weitgehend deckt. Für die Befahrbarkeit spielen neben den erwähnten Standorteigenschaf

ten vor allem das Ausgangsgestein und die daraus resultierenden Bodeneigenschaften sowie der Bodenwasserhaushalt eine zentrale Rolle.

Planerische Massnahmen Aktiver Bodenschutz beginnt vorausschauend bereits bei der Planung von Holzerntemassnahmen, indem festgelegt wird, welche Maschinen zum Einsatz kommen sowie wo und zu welchem Zeitpunkt diese im befahrbaren Gelände auf dem Waldboden fahren sollen. In den befahrbaren Lagen ist eine systematische Planung der Rückegassen eine unabdingbare Voraussetzung für einen erfolgreichen Bodenschutz. Im öffentlichen Wald wird seit mehreren Jahrzehnten in den Holzschlägen recht konsequent eine Feinerschliessung angelegt. Weil diese bisher meist holzschlagbezogen erfolgte, kann es sein, dass auf einer grösseren Waldfläche zwar verschiedene Feinerschliessungslinien vorhanden sind, diese jedoch schlecht zusammenpassen. Aus diesem Grund empfiehlt es sich, die Feinerschliessung gesamthaft für eine so

Klassierung der Befahrbarkeit der Waldfläche im Kanton Graubünden aufgrund der Kartierungseinheiten der Bodeneignungskarte. Befahrbarkeit möglich (15 Prozent), eingeschränkt (9 Prozent) und nicht möglich (76 Prozent). Die Zahlen weichen von jenen von Bont (2016) leicht ab, da die Topografie sowie die räumliche Anbindung an bestehende Strassen in dieser vereinfachten Methode nicht im Detail berücksichtigt wurden. Reliefhintergrund reproduziert mit Bewilligung von swisstopo (JA100118). (Abbildung 1: Stephan Zimmermann/WSL, restliche Abbildungen Fritz Frutig/WSL)

genannte Feinerschliessungseinheit zu planen. Das Risiko einer allfälligen Beeinträchtigung des Bodens wird auf genau definierte Fahrlinien beschränkt. Da diese über einen längeren Zeitraum benutzt werden sollen, ist es äusserst wichtig, die Rückegassen so zu befahren, dass die Bildung des Spurtyps 3 (Lüscher et al. 2009) möglichst vermieden wird. Eine weitere wichtige Massnahme ist die zeitliche Planung der Arbeiten, insbesondere bei Holzschlägen auf Böden, welche bei nasser Witterung rasch nur noch eingeschränkt oder gar nicht mehr befahren werden können. Die heute zunehmend eng terminierten Lieferverträge für Holz (Holzwerke, Wertholzversteigerungen, Bahnverlad) können

Abbildung 2: Fahrspuren eines Forstschleppers HSM 704 (Gewicht 10t) nach zehn Retourfahrten bei einer Bodenfeuchte von 35Prozent. Links wurde der Reifenfülldruck erhöht, rechts abgesenkt. Die deutlich geringere Spurbildung rechts ist auf die grössere Kontaktfläche zwischen den Rädern und dem Boden sowie dem geringeren Schlupf beim Fahren zurückzuführen. (Abbildung: Fritz Frutig/WSL)

dazu führen, dass die Holzernte bei ungünstiger Bodentragfähigkeit ausgeführt werden muss, mit entsprechend nachteiligen Folgen für den Waldboden. Auf Standorten mit empfindlichen Böden sind deshalb genügend zeitliche Reserven für den Fall eines Wetterumschwungs vorzusehen.

Technische Massnahmen im befahrbaren Gelände Auch wenn der Anteil befahrbaren Geländes im Kanton Graubünden klein ist, wird nachfolgend ein kurzer Überblick über die technischen Massnahmen bei Rad- und Raupenfahrzeugen gegeben. Die beiden Hauptziele sind die Verringerung des Kontaktflächendrucks und des Schlupfs. Die Kraft (zum Beispiel Radlast) welche pro Fläche (zum Beispiel Aufstandsfläche des Reifens) wirkt, ergibt den sogenannten Kontaktflächendruck. Eine Verringerung dieses Kontaktflächendrucks hat eine geringere Lagerungsdichte (Verdichtung) des Bodens zur Folge und vor allem eine weniger tiefe Wirkung der Verdichtung. Es ist entscheidend, dass eine Beeinträchtigung des Bodens durch Befahren möglichst im Oberboden bleibt und nicht bis in den Unterboden reicht, weil hier die Regeneration aufgrund der verminderten Aktivität der Bodenlebewesen nur sehr langsam bis gar nicht mehr erfolgt.

Gewicht der Maschine Mit einem möglichst geringen Maschinengewicht können Beeinträchtigungen des Bodens allgemein eingeschränkt werden, bei verdichtungsempfindl - chen Böden ist das Gewicht der Maschine von zentraler Bedeutung. Möglichst geringes Maschinengewicht heisst, dass das Gewicht der Maschine nur soweit reduziert werden kann, dass die Maschine ihre Funktion noch erfüllen kann.

Reifenfülldruck Eine Absenkung des Reifenfülldrucks vergrössert die Kontaktfläche zwischen Rad und Boden und vermindert zusätzlich den Schlupf beim Fahren

(Abbildung 2). Allerdings kann bei Forstmaschinen der Fülldruck weniger stark abgesenkt werden als bei Landmaschinen. Bei zu tiefem Fülldruck können die Forstreifen auf den unebenen und Hindernisse aufweisenden «Fahrbahnen» der Rückegassen beschädigt werden. Jedoch bringt bereits eine Reduzierung des Fülldrucks von 3,5 auf 2,5 bar beträchtliche Vorteile bezüglich Druckspitzen im Boden sowie Spurbildung.

Bogiebänder Der Hauptzweck von Bogiebändern ist die Verbesserung der Traktion, der Steigfähigkeit und der Sicherheit bei Bergabfahrt. Mit dem Ziel einer besseren Bodenschonung wurden sogenannte tragende Bänder entwickelt, welche breitere Platten und schmalere Zwischenräume aufweisen und damit die Kontaktfläche zwischen Bogieband und Boden vergrössern. Allerdings werden damit die Hangtauglichkeit und der Einsatz im Schnee eingeschränkt. Vielfach wurde angenommen, dass sich die Druckverteilung unter Bogiebändern ähnlich verhält wie bei Raupenlaufwerken. Messungen auf einer eigens konstruierten Versuchsanlage der Universität Göttingen (Jacke et al, 2015) haben gezeigt, dass auch bei aufgezogenen Bogiebändern die Druckspitzen nach wie vor unter den beiden Rädern des Bogie auftreten und der Bereich des Bands zwischen den Rädern recht wenig zur Minderung des Kontaktflächendrucks beiträgt (Abbildung 3). Trotzdem werden Bogiebänder in der Praxis mit Erfolg eingesetzt. Dies, weil die Traktionskräfte mit weniger Schlupf auf den Boden übertragen werden und damit die Spurbildung wesentlich reduziert werden kann.

Raupenfahrwerke Raupenfahrwerke weisen theoretisch eine grosse Kontaktfläche zwischen Raupe und Boden und damit einen geringen Kontaktflächendruck auf. Aufgrund der recht unebenen «Fahrbahn» auf den Rückegassen ist in der Praxis die tatsächliche Kontaktfläche jedoch meist erheblich kleiner. Wurzelstöcke, grössere Steine, kleine Gräben etc. führen dazu, dass häufig nur ein Teil der Raupen auf dem Boden aufliegt. Das Gewicht der Maschine wird dann auf diesem Teil der Raupen abgestützt und die Übertragung der Traktionskräfte auf den Boden erfolgt ebenfalls nur auf diesem Teil. Raupenfahrwerke aus Stahl für den Einsatz am Hang sind problematisch in Bezug auf Verletzungen an Wurzeln und Stammanläufen.

Reisigmatten Bei der vollmechanisierten Holzernte werden die anfallenden Äste auf den Rückegassen abgelegt, um dort den Boden insbesondere beim nachfolgenden Rücken zu schonen. Die Traktionskräfte beim Fahren werden nicht direkt auf den Boden, sondern auf die Reisigmatte übertragen, was die Spurbildung beträchtlich vermindert. Dies ist der wichtigste positive Effekt von Reisigmatten. Durch ihre druckverteilende Wirkung werden ausserdem die Druckspitzen auf den Boden gemindert. Nachteilig

Abbildung 3: Druckverteilung unter einem Bogieband, gemessen auf dem Prüfstand der Universität Göttingen. Der Spitzendruck tritt nach wie vor unter den beiden Rädern des Bogie auf, was bedeutet, dass das Bogieband nur wenig druckverteilend wirkt.

(Jacke et al, 2015)

kann sich jedoch auf längere Sicht die Anhäufung von organischem Material auf den Rückegassen auswirken, da dieses eine schlechte Tragfähigkeit aufweist. Zudem wirken Reisigmatten isolierend gegen die Abtrocknung des Bodens, sodass dieser nach einigen Tagen Abtrocknung auf der Rückegasse noch feuchter ist als ausserhalb. Untersuchungen der Universität Göttingen zur Mächtigkeit von Reisigmatten lieferten sehr interessante Ergebnisse, mit denen diesen beiden Nachteilen begegnet werden kann (Jacke 2008). Auf dem Prüfstand, auf welchem auch die Druckverteilung unter Reifen und Bogiebändern untersucht wird, konnte für Reisigmatten aus Fichte/Tanne gemessen werden,

Abbildung 4: Schleifspuren nach dem Rücken von Vollbäumen. Die Geländekante begünstigt die Bildung von Schleifspuren. Zudem liegt diese Stelle nahe am Absenkplatz an der Waldstrasse, sodass fast die gesamte Holzmenge hier vorbeigerückt wird.

(Abbildung: Fritz Frutig/WSL)

dass ab einer Mächtigkeit von rund 30 cm keine wesentliche Minderung der Druckspitzen in den Boden mehr erfolgt. Dies bedeutet, dass mehr Astmaterial zur Verfügung steht, um freie Stellen auf der Rückegasse zu armieren, dass weniger organisches Material auf der Gasse liegt und die Rückegasse rascher abtrocknet. In der Praxis noch zu klären ist die Frage, wie viele Überfahrten bei einer Reisigmatte von lediglich rund 30 cm Dicke möglich sind, bevor diese zerstört ist.

Traktionshilfswinden Traktionshilfswinden sind Seilwinden, deren Zugkraft mit dem Fahrantrieb synchronisiert ist. Sie können fest auf der Maschine aufgebaut sein, mit Schnellwechselplatten angebaut sein oder sich auf separaten Trägerfahrzeugen befinden. Mit Traktionshilfswinden können die Vorteile der vollmechanisierten Holzernte mit Vollernter und Forwarder auch am Hang genutzt werden. Für den Bodenschutz sind Traktionshilfswinden bereits bei geringen Hangneigungen, bei denen problemlos noch ohne Winde gefahren werden könnte, sehr vorteilhaft, wird doch der Schlupf beim Fahren fast vollständig reduziert. Der Boden muss allerdings genug tragfähig sein, um das Gewicht der Maschine tragen zu können. Der Einsatz einer Traktionshilfswinde hat jedoch Mehrkosten zur Folge (Investitionskosten, Ankermöglichkeiten, eingeschränkter Aktionsradius), welche bei solchen Einsätzen als Investition in den Bodenschutz gesehen werden können. Durch die Ausweitung des Einsatzgebiets bodengestützter Holzernte an den Hang entsteht allerdings auch ein zusätzliches Risiko für vermehrte Bodenschäden, da die bodengestützten Arbeitsverfahren sehr stark von der Bodentragfähigkeit und damit auch von der Witterung abhängen.

Technische Massnahmen im nichtbefahrbaren Gelände Im nicht befahrbaren Gelände, wo das Holz mit Seilkränen oder Helikopter gerückt wird, ist das

Ausmass allfälliger mechanischer Bodenbeeinträchtigungen sehr gering und auch die Folgen sind weit weniger gravierend als bei Fahrspuren von Rad- und Raupenfahrzeugen. Einzig beim Rücken von Vollbäumen können stellenweise Schleifspuren im Boden unter der Seiltrasse entstehen, insbesondere wenn Bäume mit abgezopfter Krone gerückt werden (Abbildung 4). Bei Schleifspuren wird in erster Linie die Bodenoberfläche aufgerissen und allenfalls wird etwas Bodenmaterial zur Seite gedrückt. Die Bodenpressung reicht auf

Abbildung 5: Mit dem Doppellaufwagen können Vollbäume oder auch lang ausgehaltene Sortimentsstücke freihängend gerückt werden, was einerseits die Bergabbringung ermöglicht und andererseits keine Beeinträchtigung des Bodens zur Folge hat. (Abbildung: Fritz Frutig/WSL)

grund der erheblich geringeren Auflast weniger tief in den Boden als bei Fahrspuren. Die Spurtiefe erreicht selten den Unterboden, sodass für die natürliche Regeneration allfälliger Beeinträchtigungen im Boden weitaus günstigere Bedingungen herrschen als bei Fahrspuren. Da die Seillinien bei der Vollbaumbringung meist annähernd in der Falllinie verlaufen, besteht in den Schleifspuren ein gewisses Risiko für nachfolgende Erosion. Besonders empfindlich sind hier Standorte auf Flysch und Bündner Schiefer. Mit einfachen Massnahmen (Einebnen der Schleifspur, Einlegen von Querhölzern), die jedoch auch einen gewissen finanzielle Aufwand bedeuten, kann das Erosionsrisiko eingedämmt werden. Die Entstehung von Schleifspuren hängt von verschiedenen Faktoren beziehungsweise dem Zusammenwirken dieser Faktoren ab: Geländeform, Baumdimensionen, Bodenaufbau, Bodenfeuchte, Höhe des Tragseils über Boden und Rücken mit/ohne Krone. Ein hohes Tragseil ist zwar vorteilhaft für den seitlichen Zuzug, hat jedoch beim Rücken entlang des Tragseils einen steilen Anstellwinkel der Bäume zur Folge, was insbesondere bei Bäumen mit abgezopfter Krone aufgrund der scharfen Schnittkanten die Bildung von Schleifspuren begünstigt. Für das Rücken von Vollbäumen oder Vollbaumteilen auf empfindlichen Standorten gibt es seit einigen Jahren eine technische Lösung, mit welcher Schleifspuren unter der Seiltrasse verhindert werden können: das sogenannte Doppellaufwagensystem. An zwei mit einer Stange verbundenen Laufwagen werden die Bäume parallel zum Tragseil freihängend gerückt (Abbildung 5). Diese Lösung eignet sich insbesondere auch da, wo aufgrund der räumlichen Verteilung der Waldfläche eine Seillinie über Freiland führt, welches oft einem anderen Eigentümer gehört. Schleifspuren und damit auch Wiederinstandsetzungsarbeiten mit Kostenfolge können so vermieden werden. Ein Problem, welches nur am Rande mit dem physikalischen Bodenschutz zusammenhängt, ist

der Nährstoffentzug bei Vollbaumverfahren. Auf schlecht nährstoffversorgten Böden kann das Entfernen von Gipfeln und Ästen durchaus zu einer Verarmung des Standorts führen. Hier sollten die Kronen abgezopft und die Bäume allenfalls grob entastet werden, um das Reisig, die Nadeln und Blätter, welche am meisten Nährstoffe enthalten, im Bestand zurückzulassen. Das Rücken abgezopfter Bäume kann dann, wie schon erwähnt, die Bildung von Schleifspuren in der Seiltrasse begünstigen.

Fazit Da im Kanton Graubünden potenziell auf rund einem Viertel der Waldfläche bodengestützte Holzernteverfahren zum Einsatz kommen, ist das Problem mechanischer Beeinträchtigungen des Bodens im Vergleich zum Mittelland oder Jura weitaus geringer. Mit konsequenter Planung und Benutzung der Feinerschliessung, planerischen Massnahmen zur Vermeidung von Engpässen bei wetterbedingter Zunahme der Bodenfeuchte und einer Reihe von technischen Massnahmen an den Erntemaschinen kann auch im befahrbaren Gelände das Risiko von Bodenschäden eingedämmt werden. Im Seilkrangelände, in dem rund zwei Drittel der bewirtschafteten Waldfläche in Graubünden liegen, ist die Problematik von Bodenbeeinträchtigungen bei der Holzernte sehr gering. Einzig Schleifspuren unter den Seiltrassen bei Vollbaumbringung mit Seilkran können in geringem Ausmass zu Bodenbeeinträchtigungen führen. Diese sind jedoch flächenmässig sehr begrenzt und reichen auch weniger tief in den Boden als solche bei Fahrspuren. Für sehr empfindliche Böden steht mit dem Doppellaufwagensystem zudem eine sehr bodenschonende, technische Lösung zur Verfügung.

Fritz Frutig (friedrich.frutig@wsl.ch), Stephan Zimmermann (stephan.zimmermann@wsl.ch), und Oliver Thees (oliver.thees@wsl.ch) arbeiten an der WSL und betreiben Forschungen im Themenbereich Forsttechnik und Bodenschutz

Literatur Bont, L., 2016: Analyse der Walderschliessung im Kanton Graubünden. Schlussbericht. WSL Birmensdorf. 25 S. Frutig, F., Lüscher, P., 2015: Was bringt das Rücken mit halber Ladung? Wald&Holz, 8/2015. Jacke, H., Brokmeier, H., Sengpiel, A., 2008: PrAllCon-Slash: Druckverteilung von Forstreifen unter Reisigarmierung. ifa-Mitteilungen Reihe A, Heft 5. Jacke, H., Brokmeier, H., Hittenbeck, J., 2015: Bogiebänder: (Be)drückende Probleme? Kuratorium für Waldarbeit und Forsttechnik e.V., Forsttechnische Informationen FTI 2/2015. Lüscher, P., Frutig, F., Sciacca S., Spjevak, S., Thees O., 2009: Physikalischer Bodenschutz im Wald: Bodenschutz beim Einsatz von Forstmaschinen. Merkblatt für die Praxis 45. Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL, Birmensdorf. 12 S.

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