Das Projekt "CO2-Emissionen und C-Umsatz im Boden des ARINUS-Standorts Schluchsee" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Freiburg, Institut für Bodenkunde und Waldernährungslehre durchgeführt. Die Untersuchung konzentriert sich auf den C-Haushalt des Bodens. Ziel ist die Erfassung aktueller C-Umsatzraten und die Erstellung einer C-Bilanz fuer den Boden. Zentraler Teil ist die Quantifizierung der CO2-Emission, die vorrangig aus der Mineralisierung der org. Substanz und der Wurzelrespiration resultiert. In Zusatzexperimenten soll geprueft werden, welche Anteile der Gesamtemission aus der org. Auflage bzw. dem Mineralboden stammen und welchen Beitrag die Wurzelrespiration zur gesamten CO2-Produktion leistet. Durch Einbeziehung des FEELING-Kalkungsexperiments soll geprueft werden, ob eine Kalkung mit 4 t Dolomitgranulat die Aktivitaet C-heterotropher Mikroorganismen nachweisbar stimuliert und ob es tatsaechlich zu einem verstaerkten Abbau des Humusvorrates kommt. Die Messung der CO2-Emission erfolgt in dreistuendigen Zyklen mit stationaeren, temporaer geschlossenen Messkammern, die an einen CO2-Analysator angeschlossen sind. Simultan miterfasst wird die Bodentemperatur in der Auflage und im Mineralboden. Zur Erfassung der raeumlichen Variation, wird mit jeweils 4-facher Wiederholung gemessen. Durch die laufende Messung des Streufalls sowie des HCO3- und DOC-Austrages im Rahmen des ARINUS-Projektes besteht nun auch die Moeglichkeit, eine auf aktuellen Umsatzraten basierende, weitgehend vollstaendige C-Bilanz zu erstellen.
Das Projekt "Emissionen von N2O, NO und NO2 aus Boeden zweier Fichtenstandorte im Schwarzwald (STEP-ENCORE - Teilprojekt)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der Angewandten Forschung, Fraunhofer-Institut für Atmosphärische Umweltforschung durchgeführt. Bei der Bilanzierung des Stickstoffkreislaufs von Waldoekosystemen spielen gasfoermige Stickstoffverbindungen eine wesentliche Rolle. Zur Abschaetzung der Stofffluesse wurden deshalb die in-situ Emissionsraten von N2O, NO und NO2 aus den ARINUS-Versuchsflaechen der Standorte Schluchsee und Villingen quantifiziert. Mit Hilfe der Untersuchung sollten zum einen der Einfluss der N-Duengung, der Kalkung und des Bodentypus, zum anderen der Einfluss meteorologischer und biologischer Faktoren auf die Emissionen von N2O, NO und NO2 aus den Boeden der Standorte in Schluchsee und Villingen bestimmt werden. Ferner sollte untersucht werden, welche mikrobiellen Prozesse an den Emissionen aus den Boeden beteiligt sind, zu welchem Anteil sie zu der beobachteten Stickstoffspurengasemission beitragen und ob sich in Abhaengigkeit von der Behandlung Unterschiede in der Zusammensetzung der Bodenorganismen-Population erkennen lassen. Die Bestimmung der N2O-Emissionsraten erfolgte ueber die statische Kammermethode, bei der die emittierten Gase im Kammerinnenraum ueber eine definierte Zeit akkumulieren. Fuer die Bestimmung der NO/NO2-Fluesse kam die dynamische 'box-Methode' zum Einsatz, bei der die Luft mit einer Pumpe durch die Kammer gezogen und die Konzentration jeweils an den Kammerein- und ausgaengen gemessen wird. Die in-situ-Emissionsraten wurden von 1991 bis 1993 waehrend mehrwoechiger Messkampagnen quantifiziert und die an den Emissionen beteiligten mikrobiellen Prozesse identifiziert. In den Jahren 1991 und 1992 wurden nicht nur am Standort Schluchsee, sondem auch am Standort Villingen, der durch N-Hunger charakterisiert ist, hohe N2O-Emissionen (mittlere jaehrliche N2O-Emissionsraten: 24 bzw. 30 Mikrogramm N2O-N pro m2 und h)nachgewiesen. In dem nasskalten Jahr 1993 hingegen waren an beiden Standorten die N2O-Emissionen gegenueber den beiden Vorjahren um mehr als den Faktor 10 reduziert. Der Gesamt-N-Verlust in Form von gasfoermigen N-Verbindungen (N2, N2O, NO/NO2) konnte in Villingen in den Jahren 1991 bzw. 1992 auf 6 bzw. 7 kg pro ha und a und in Schluchsee auf 5 bzw. 4 kg N pro ha und a abgeschaetzt werden. Die N-Duengung fuehrte zu einer signifikanten Erhoehung der Emissionen von N2O und NO, waehrend die Kalkung einen positiven Effekt nur auf die NO-Emissionen hatte. Es konnte gezeigt werden, dass neben der Denitrifikation die heterotrophe Nitrifikation und andere, bisher nicht identifizierte mikrobielle Prozesse in erheblichem Ausmass an der N2O- und NO-Emission beteiligt waren.
Das Projekt "Der Einfluß von Düngung auf Ektomykorrhizen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Tübingen, Fakultät für Biologie, Botanisches Institut, Lehrstuhl Spezielle Botanik,Mykologie durchgeführt. Auf den Flaechen des ARINUS-Projektes (PEF 1 86 012, 1 90 015, 1 93 006) und durch in-vitro Versuche wurde der Einfluss von Duengungen auf Ektromykorrhizen untersucht. Die Untersuchungen sollten einen Beitrag zur Oekologie und zur Reaktion von Mykorrhizen auf Umweltbelastungen und Restabilisierungsmassnahmen leisten. Die Forschungsarbeiten sollten zur Klaerung folgender Fragen beitragen: - Welchen Einfluss haben Ammoniumsulfat- und Kalium-Magnesiumsulfat-Duengungen auf die Mykorrhizierung und das Wurzelwachstum in Waldoekosystemen? Ist ein Rueckgang der Mykorthizafrequenz zu beobachten? Treten anatomische und morphologische Veraenderungen an den Mykorrhizen der geduengten Flaechen auf? - Wird die Zusammensetzung der Mykorrhizatypen veraendert? Verschwinden gewisse Mykorrhizatypen, bzw. erfahren andere eine starke Foerderung? - Unterscheiden sich verschiedene Mykorrhizatypen in ihrer Aufnahme- und Speicherfaehigkeit der Elemente Mg, K, P und N? Besteht ein Zusammenhang mit der Hyphenmantelstruktur? In Kulturversuchen mit Fichtensaemlingen wird einem Mykorrhizapilz (Pisolithus tinctorius) wurde der Einfluss von verschiedenen Stickstoff(N)-Formen und N-Konzentrationen auf die Mykorrhizierung und den Elementgehalt in Wurzeln und Nadeln untersucht. Bei den niedrigsten Konzentrationen (7 ppm N) war die Hartig-Netz-Bildung gering, im Bereich 25-56 ppm N war die Mykorrhizierung am besten. In den hoeheren Varianten kam es noch zu einer Hyphenmantelbildung, ein Hartig-Netz fehlte jedoch ganz und es gab viele intrazellulaere Infektionen. Auf den ARINUS-Versuchsflaechen wurde der Einfluss von Mg-Sulfat- und Ammonum-SulfatDuengungen' auf Mykorrhizen und Feinwurzeln untersucht. Die N-Duengung bewirkte eine Reduktion der relativen Mykorrhizahaeuflgkeit und einen Anstieg der unxnykorrhizierten Spitzen. Nach der Mg-Duengung blieb die relative Mykorrhizahaeufigkeit unveraendert, der Prozentsatz an unmykorrhizierten Spitien stieg leicht an. Eine Zunahme von Schaeden an Mykorrhizen (Nematodenbefall, abgestorbene Meristeme, Infektionen im Zentralzylinder) und Feinwurzeln (abgestorbene, uebergipfelte Wurzelspitzen) wurde im Zusammenhang mit den Duengungen nicht bemerkt. Die Mg-Gehalte der Feinstwurzeln stiegen nach der Mg-Duengung deutlich an, die N-Gehalte blieben nach der N-Duengung nahezu unveraendert. Alle Teilflaechen zeigten eine grosse Mykorrhizaartenvielfalt: insgesamt konnten 32 verschiedene Formen naeahgewiesen werden, pro Teilflaeche waren es zwischen 17 und 21 Formen. Eine Veraenderung des Artenspektrums wurde nach den Duengungen nicht beobachtet.
Das Projekt "Energiebilanz - mit Schwerpunkt Verdunstung - eines bewaldeten Hanges am ARINUS-Standort Schluchsee" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Freiburg, Meteorologisches Institut, Professur für Meteorologie und Klimatologie durchgeführt. Ergebnisse: Im Rahmen des ARINUS-Projektes (PEF 1 93 006) werden meteorologische Groessen gemessen, die zur Abschaetzung der Wasser- und Stofffluesse erforderlich sind. Wegen der besonderen Bedeutung des Wasserhaushalts fuer die Erstellung von Stoffbilanzen ist es erforderlich, die Quantifizierung der Bestands- und Gebietsverdunstung zu verbessern bzw. ueber einen speziellen meteorologisch-bestandesklimatologischen Ansatz zu ergaenzen und zu pruefen. Zu diesem Zweck wird am Standort Schluchsee die Energiebilanz eines bewaldeten Hanges experimentell ermittelt. Der Schwerpunkt des Projekts liegt bei der Verdunstung, dem Prozess, ueber den die Energiebilanz mit der Wasserbilanz des bewaldeten Untersuchungsgebietes verknuepft ist (Projekt VERS 'Energiebilanz - mit Schwerpunkt Verdunstung - eines bewaldeten Hanges am ARINUS-Standort Schluchsee'). Neben den experimentellen Untersuchungen zur Bestimmung der Energiebilanz und der Verdunstung, soll in einem zweiten Schritt eine Bestands- bzw. Gebietssimulation der Verdunstung erfolgen. Der Untersuchungsansatz beruht auf meteorologischen Messungen, durch welche die bedeutendsten Terme der Energiebilanz bestimmt werden (Energiebilanz-Gleichung). Die turbulenten Stroeme fuehlbarer und latenter Waerme werden dabei nach der sogenannten Kovarianz-Methode ermittelt. Mit der Anwendung dieser Methode an einem bewaldeten Hang wird Neuland betreten, was als 'mutiger' Schritt bezeichnet werden kann. Die ersten Ergebnisse fuer den Monat September 1994 zeigen, dass die Energiebilanz-Gleichung nicht geschlossen ist. Offensichtlich erfolgt der Transport von fuehlbarer und latenter Waerme nicht nur ueber einen turbulenten Austausch, sondern auch ueber einen advektiven sogenannten 'Mitfuehrungswarmestrom'. Dieses fuer Hanglagen typische Phaenomen fuehrt zu messtechnischen Problemen und ist der Grund, weshalb sich die Meteorologie mit dieser Methode bislang auf ebene Lagen beschraenkt hat.
Das Projekt "Wachstum der Fichten in den ARINUS-Versuchsgebieten Schluchsee und Villingen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Freiburg, Institut für Waldwachstum, Abteilung Waldwachstum durchgeführt. Fuer die ARINUS-Versuchsgebiete Schluchsee und Villingen liegen mehrjaehrige Messreihen einer grossen Zahl wachstumsrelevanter Umweltparameter vor. Auf diesen Flaechen sollen die Auswirkungen der Duengung auf die Dynamik des Wachstums der Fichten unter Beruecksichtigung des Ernaehrungszustandes, des Witterungsverlaufes und des Bodenwasserhaushaltes untersucht werden. Dazu wird das Schaft- und Kronenwachstum durch Jahrring- und Trieblaengenmessungen jahrweise erfasst. Ausserdem werden die Ausbildung der Benadelung und die Naehrelementgehalte in den einzelnen Nadeljahrgaengen quantitativ bestimmt. Das Ausmass und der zeitliche Verlauf der Duengeeffekte werden aus den Differenzen zwischen den erhobenen Wachstumsparametern auf den unterschiedlich behandelten Flaechen berechnet. Aus dem Wachstumsverlauf werden auch Hinweise zur Dynamik der Entwicklung der Stoffvorraete in den Nadeln und im Holz der Baeume erwartet. Die vorliegenden Auswertungen lassen auf beiden Standorten keine deutlichen Zuwachsreaktionen auf die Duengungen erkennen. Insgesamt fallen die starken jaehrlichen Schwankungen der untersuchten Zuwachsparameter auf, was auf einen starken Witterungseinfluss schliessen laesst. Weitere Auswertungen sind noch vorgesehen.
Das Projekt "Auswirkungen von Restabilisierungsmassnahmen und Immissionen auf den N- und S-Haushalt der Oeko- und Hydrosphaere von Schwarzwaldstandorten (Projekt ARINUS II)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Freiburg, Institut für Bodenkunde und Waldernährungslehre durchgeführt. Das Vorhaben arbeitet mit dem Konzept eines erweiterten Waldoekosystems und verbindet Messungen der internen Stoffumsaetze mit Eintrag/Austrag-Bilanzen geschlossener, vollstaendig bewaldeter, kleiner Wassereinzugsgebiete. Zwischen definierten Kompartimenten werden Wasser- und Stofffluesse an vorgegebenen Messebenen direkt gemessen oder rechnerisch abgeleitet. Periodisch durchgefuehrte Inventuren geben Aufschluss ueber Groesse und Veraenderung der Stoffvorraete in den jeweiligen Boden- und Pflanzenkompartimenten. Der Austrag mit dem Oberflaechenwasser integriert ueber das gesamte Wassereinzugsgebiet. Dieser 'Watershed'-Ansatz ermoeglicht es, den aktuellen Stoffaustrag und seine Veraenderung durch externe Eingriffe (Stoffeintraege, Nutzung) zu quantifizieren. Die gezielte Manipulation ganzer Einzugsgebiete erlaubt eine Ueberpruefung aus Laborversuchen abgeleiteter Hypothesen unter Freilandbedingungen. Bei den Behandlungen handelt es sich um ganze Einzugsgebietsflaechen umfassende Ausbringung von forstueblichen Mg/K-Duengern sowie Ammonsulfat zur Simulation erhoehter atmogener N- und S-Eintraege. Die beiden ARINUS-Versuchsgebiete Schluchsee und Villingen liegen in den hoeheren Lagen des Suedschwarzwaldes. Jedes Versuchsgebiet besteht aus mehreren benachbarten, gut vergleichbaren Kleineinzugsgebieten. Innerhalb jedes Einzugsgebietes wird an repraesentativen Standorten der Stoffumsatz gemessen. In Villingen erlauben Quellfassungen zudem eine direkte Probenahme im Grundwasser. Die ARINUS-Versuchsgebiete sind im Rahmen eines PEF-Schwerpunkts Untersuchungsobjekt von weiteren bio- und geowiss Arbeitsgruppen, eingebunden in zahlreiche, internationale Programme.
Das Projekt "Charakterisierung des Stickstoffhaushaltes der Fichte auf den Untersuchungsflaechen der ARINUS-Wassereinzugsgebiete Schluchsee und Villingen im Schwarzwald" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Freiburg, Institut für Forstbotanik und Baumphysiologie durchgeführt. Der Stickstoffhaushalt der Fichtenoekosysteme in den ARINUS-Wassereinzugsgebieten ist gekennzeichnet durch einen geringen atmogenen N-Eintrag bei standortsspezifisch unterschiedlicher Stickstoffernaehrung der Fichte. Waehrend das Fichtenoekosystem Schluchsee N-gesaettigt ist, ist das in Villingen N-limitiert. Ziel des Forschungsprojektes ist es, den N-Haushalt der Fichte an den beiden Standorten unter den dort gegebenen Ernaehrungsbedingungen zu charakterisieren und zu vergleichen, sowie den Einfluss der an den Standorten durchgefuehrten Duengung mit (NH4)2SO4 auf den N-Haushalt der Fichte zu untersuchen. Hierzu sollen die Nitrat- und Ammonium-Aufnahme durch nichtmykorrhizierte Lang- und mykorrhizierte Feinwurzeln, der Xylem- und Phloemtransport von Nitrat und Aminosaeuren, sowie die in vitro Nitratreduktion von Wurzeln und Nadeln analysiert werden. Fuer Freilanduntersuchungen geeignete Methoden wurden etabliert und optimiert. So werden u.a. Xylemsaft-Proben gewonnen. Insbesondere die Probenahmen erfolgen in enger Abstimmung und Zusammenarbeit mit anderen Arbeitsgruppen. Erste Messungen wurden im September 1993 durchgefuehrt; die vorlaeufigen Ergebnisse zeigen z.T. deutliche Unterschiede zwischen den Standorten, vereinzelt auch zwischen den Behandlungsvarianten (Ammoniumsulfatflaeche vs. Nullflaeche). Teilweise wurden neue ueberraschende Befunde gemacht, die mit bisherigen Hypothesen nicht im Einklang stehen bzw. bislang noch nicht beschrieben worden sind. Bei der Stickstoffaufnahme zeigen sich Unterschiede zwischen Ammonium und Nitrat: auf der Ammoniumsulfat-geduengten Flaeche wird wesentlich mehr Ammonium aufgenommen als Nitrat. Es wird zugleich deutlich, dass die Fichten die Stickstoffaufnahme regulieren, was sich darin aeussert dass die Baeume die Aufnahmerate nicht proportional zum erhoehten Angebot steigern. Die Regulation der Nitrataufnahme wurde anhand von Laborversuchen an Fichtensaemlingen untersucht. Offensichtlich spielen hier bestimmte Aminosaeuren eine wichtige Rolle. Die Arbeiten sind noch im Gange, die Gesamtauswertung und abschliessende Interpretation steht aus.
Das Projekt "Mineralumwandlung und -zerstoerung infolge Versauerung in Waldstandorten des Schwarzwaldes" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Fakultät III Agrarwissenschaften I, Institut für Bodenkunde und Standortslehre durchgeführt. In den vergangenen 20 Jahren wurde in der Bundesrepublik Deutschland und in anderen Industrielaendern grossflaechig nach den Ursachen der Waldschaeden gesucht. Anthropogene Eintraege an Saeuren und Saeurebildnern werden als wesentliche Faktoren im Ursachenkomplex betrachtet. Wie vergleichende pH-Messungen zeigten, ist es in den letzten Jahren durch saeurebildende Emissionen und daraus resultierende Saeuredepositionen zu einer deutlichen Versauerung schwach gepufferter Boeden um bis zu zwei pH-Einheiten gekommen. Die Hauptursache der Boden- und der Gewaessserversauerung sind die Mineralsaeuren HNO3 bzw. H2SO4 aus der Atmosphaere, wobei die Versauerung zu Veraenderungen des chemischen Bodenzustands fuehrt. Es wird unter anderem angenommen, dass die primaeren Silikate unter extrem saurem Bodenmileu schneller verwittern, wobei K- und Na-Gesamtgehalte der einzelnen Korngroessenfraktionen zurueckgehen. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurde am Beispiel der ARINUS-Standorte am Schluchsee und bei Villingen (vgl. 'ARINUS-Projekt' PEF 1 86 012, 1 90 006 und 1 93 O15) untersucht, in welcher Form und mit welcher Intensitaet Mineralverwitterung im Oberboden ablaeuft und inwieweit Kompensationsmassnahmen diesen Prozess aufhalten koennen. Dabei wurde geprueft, inwieweit durch die Saeureeintraege die Silikate und Glimmer verwittert, veraendert bzw. zerstoert werden. Untersucht wurden Feldspaete, Glimmer, Tonminerale, Oxide und Schwerminerale. Um die Verwitterung, Mineralneubildung, -umwandlung und -zerstoerung sowie die qualitativen und quantitativen Auswirkungen anthropogener Saeureeintraege zu klaeren, wurden geochemische, mikromorphologische, roentgenographische, raster- und transmissionselektronenmikroskopische Methoden eingesetzt. Es konnte gezeigt werden, dass zwischen der Verwitterung, Mineralneubildung und -umwandlung und der Versauerung im Oberboden ein direkter Zusammenhang besteht. Der Vergleich des aktuellen Zustands eines Bodenprofils mit 23 Jahre alten Archivproben desselben Profils erbrachte deutliche Veraenderungen des Elementgehalts im Oberboden, vor allem beim Kalium.
Das Projekt "Untersuchungen zur Schwefel-Ausstattung repraesentativer Boeden in zwei Schwarzwaldlandschaften - Erfassung der raum-zeitlichen Variabilitaet und der Auswirkungen experimenteller Sulfatbelastung (Beitrag zum ARINUS-Projekt)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Forstwissenschaftliche Fakultät, Lehrstuhl für Bodenkunde und Standortslehre durchgeführt. Laenger andauernde erhoehte Sulfat- und Protoneneintraege (Schwefelsaeure) in Waldboeden koennen die dort ablaufenden Stoffkreislaeufe stark veraendern und oekologisch nachteilige Prozesse, wie die Mobilisierung von Naehrelementkationen oder toxischen Aluminium-Spezies, ausloesen oder verstaerken. Diese Gefahr besteht insbesondere in sauren Boeden mit geringer Schwefelretentionskapazitaet, wo Sulfat ein mobiles Anion darstellt. Ziel des Vorhabens ist es, am Beispiel der Boeden an den ARINUS-Standorten Schluchsee und Villingen (PEF 1 93 006) Modellvorstellungen zu entwickeln, wie atmogen eingetragener Schwefel umgesetzt wird und welche Belastungen der Waldoekosysteme und der Hydrosphaere sich daraus ergeben. Von besonderem oekologischen Interesse ist in diesem Zusammenhang das Remobilisierungspotential des im Boden akkumulierten Schwefels. Hierzu wird die raum-zeitliche Variabilitaet der Schwefel-Ausstattung der Boeden mit Unterschieden im Ausgangsgestein, Klima, Bodenwasserhaushalt und der Pedogenese (Podsole bei Schluchsee, Braunerden bei Villingen) differenziert nach S-Bindungsformen und Tiefenstufen untersucht. Durch wiederholte flaechenrepraesentative Inventurvergleiche sollen die Auswirkungen experimenteller Ammoniumsulfat-Duengungen erfasst werden. Zur differenzierten Erfassung der verschiedenen S-Bindungsformen, die in organischen Stoffen der Bodenfestphase mit unterschiedlichem Ab- bzw. Umbaugrad vorkommen, wurde eine analytische Methode entwickelt und getestet. Die Pruefung der Variabilitaet der Schwefelvorraete im Boden zeigte, dass diese zu einem guten Teil von den in der Vergangenheit akkumulierten Humusvorraeten und ihrer raeumlichen Verteilung bestimmt werden. Die nach Bindungsformen differenzierte Erfassung der Schwefelvorraete ergab, dass 70 bis 75 Prozent des eingebrachten Sulfatschwefels in den oberen 80 cm des Bodenkoerpers zurueckgehalten werden. Die Podsole in Schluchsee und die Braunerden in Villingen unterscheiden sich deutlich bezueglich der S-Bindungsform: Im Podsol wird der Schwefel ueberwiegend als Ester-Sulfat immobilisiert, mit dem Risiko eines hohen Remobilisierungspotentials. Dieses ist bei der Braunerde mit hauptsaechlich stabiler Adsorption von Sulfat an Sesquioxiden und Tonmineralen gering. Diese vorlaeufigen Ergebnisse sollen durch weitere Untersuchungen (Vorhaben bis Ende 1996 verlaengert) abgesichert werden.
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