Steigende Biomasseentzüge aus Wäldern, erhöhtes Waldwachstum durch anhaltend hohe atmosphärische Stickstoffeinträge und direkte und indirekte Auswirkungen des Klimawandels rücken den Kreislauf und die Verfügbarkeit von Phosphor (P) in Waldökosystemen vermehrt in den Fokus wissenschaftlicher Untersuchungen. Den P-Verlusten mit dem Sickerwasser kommt dabei außerdem besondere Bedeutung für die Eutrophierung von Oberflächengewässern zu. Bisher liegen jedoch kaum Erkenntnisse über die Höhe und Prozessdynamik des P-Austrags und die Transportwege von P in Waldböden vor. Eigene Studien zeigten kürzlich, dass signifikante P-Verluste aus Waldböden während starker Niederschlagsereignisse auftreten können. Da der Oberflächenabfluss in Wälder in der Regel vernachlässigbar ist, spielt insbesondere der Transport über preferentielle Fließwege (z.B. Makroporen) eine wichtige Rolle. Welche Prozesse jedoch den P-Transport entlang dieser Fließwege steuern und welche P-Formen überwiegend transportiert werden, ist weitestgehend unbekannt. Ebenso wurde bisher nicht untersucht, ob unterschiedliche Ernährungsstrategien von Waldökosystemen einen Effekt auf die P-Transportmechanismen haben. Eine Grundannahme des SPP 1685 ist, dass recycelnde Systeme, in denen die P- Verfügbarkeit aus der mineralischen Phase gering ist, sich an diese P-Limitierung angepasst haben. Sie können Phosphor hoch effizient recyceln und P-Verluste aus dem System minimieren. Dagegen bestand für akquirierende Systeme, welche überwiegend verfügbares P der mineralischen Phase nutzen, vermutlich nicht die Notwendigkeit angepasste Strategien zu einem effizienten P-Recycling zu entwickeln. Um die Relevanz dieser beiden hypothetischen Ernährungsstrategien auf P-Transportprozesse in Waldböden experimentell zu überprüfen, werden wir daher Böden in Waldökosystemen mit unterschiedlicher P-Verfügbarkeit aus der mineralischen Phase betrachten (SPP-Kernstandorte). Die Ziele unserer Studie sind dabei: 1) die Identifizierung der P-Transportpfade durch den Boden und der am Transport beteiligten P-Formen; 2) die modell-basierte Abschätzung der P-Verluste aus den betrachteten Systemen. Die preferentiellen Fließwege von infiltrierendem Wasser sollen mit Hilfe von Farbtracer-Experimenten visualisiert werden. Durch die anschließende chemische Analyse der P-Fraktionen in den preferentiellen Fließwegen sollen Rückschlüsse auf P-Transportmechanismen in Waldböden gezogen werden. Zur Abschätzung der P-Verluste aus dem System werden basierend auf den identifizierten Transportmechanismen und beobachteten Fließwegen numerische Modelle parametrisiert, welche die Komponenten des Wasserhaushaltes simulieren. Durch diesen kombinierten Ansatz können erstmals die Transportmechanismen und Austragsraten von Phosphor aus Waldökosystemen in Abhängigkeit ihrer Ernährungsstrategie (P-Verfügbarkeit aus der mineralischen Phase) vergleichend betrachtet werden.
The thesis proposal deals with mapping weather-affected changes in soil moisture over time. This is to visualize where and when soils would be subject to severe rutting and compaction under forest operations. The approach taken is modular by connecting temporal hydrothermal processes dealing with soil wetting, drying, freezing, and thawing to spatially anticipated locations of dry versus wet soil drainage conditions. The temporal variations within specific textured soils can be modeled at daily resolution based on air temperature, and precipitation (rain, snow) data. This is done with the Forest Hydrology Model (ForHyM). The spatial variations can be derived from LiDAR-generated bare-ground elevation surfaces at 1 m resolution by way of the newly developed metric depth-to-water index (DTW), for which DTW less than 10 , 10-25, 25-50, 50-100, greater than 100 cm indicates very poor, poor, imperfect, moderately well and well drainage conditions, respectively. The results of doing so will be illustrated for forested areas in Northern and Central New Brunswick in reference to actual forest harvesting and wood forwarding tracks. The attempt is to generalize the methodology for weather-dependent and geospatially base forecasting of soil conditions to better enable forest operation planning as seasons change from dry to wet and from wet to dry within seasons and from year to year.
Die Karte zeigt die Bewertung der Schutzwürdigkeit von Böden in Niedersachsen im Hinblick auf ihre Bedeutung als Archiv der Naturgeschichte. Zu den besonders schutzwürdigen Böden zählen Böden, welche die natürlichen Funktionen sowie die Archivfunktion in besonderem Maße erfüllen. Beeinträchtigungen dieser Funktionen sollen nach Bodenschutzrecht vermieden werden (vgl. §1 BBodSchG). Böden mit hoher naturgeschichtlicher bzw. geowissenschaftlicher Bedeutung geben einen Einblick in Bodenentwicklungen lange vergangener Zeiten und stellen Bausteine zum besseren Verständnis der Natur- und Landschaftsentwicklung dar. Sie liefern auch Informationen über Klima- und Vegetationsverhältnisse. Zu den Böden mit naturhistorischer Bedeutung gehören: - repräsentative Böden (Boden-Dauerbeobachtungsflächen BDF) - Paläoböden - Brauneisengleye mit erhaltener Raseneisensteinschicht - Podsole mit erhaltener Ortsteinschicht - Begrabene Schwarzerden - Begrabene Podsole - Naturnahe Hochmoore des Harzes - Böden aus limnischen Ablagerungen - Böden aus Mudde, ohne Torfauflage - Mächtige Hochmoore mit Torfmächtigkeitkeiten über 2 m - Böden mit stark geschichteten Profilen entlang der Lössgrenze - „Alte“ Waldböden, wenn heutige Nutzung Laubwald - Braunerden mit Tangelhumusauflage Die ausgewiesenen besonders schutzwürdigen Böden auf Basis der BK50 stellen maßstabsbedingt Suchräume dar. Diese können bei Bedarf im Rahmen von großmaßstäbigen Kartierungen detaillierter ausdifferenziert werden. Die Methoden zur Ermittlung der Schutzwürdigkeit von Böden in Niedersachsen sind ausführlich in Geobericht 8 (Bug et al. 2019) beschrieben. Grundlage der Auswertungen ist die Bodenkarte von Niedersachsen 1 : 50 000 (BK50). Zudem wurden Daten des Forstplanungsamtes (historische Waldstandorte), Biotoptypenkartierungen (NLWKN), das Digitale Landschaftsmodell (DLM25) vom LGLN und der Datensatz HIST25 (Historische Landnutzung in Niedersachsen im Maßstab 1:25.000 des LBEG) verwendet.
Zu den besonders schutzwürdigen Böden zählen Böden, welche die natürlichen Funktionen sowie die Archivfunktion in besonderem Maße erfüllen. Beeinträchtigungen dieser Funktionen sollen nach Bodenschutzrecht vermieden werden (vgl. §1 BBodSchG). Ein wesentlicher Faktor zur Beurteilung der Lebensraumfunktion eines Bodens ist seine natürliche Fruchtbarkeit. Sie kennzeichnet das Potential des Bodens zur Produktion von Biomasse. Besonders schützenswert werden hierfür Böden erachtet, die mit einer sehr hohen natürlichen Bodenfruchtbarkeit ausgestattet sind. Sie ermöglichen eine Landbewirtschaftung mit geringem Betriebsmitteleinsatz. Diese trägt wiederum zur nachhaltigen Sicherung der Leistungsfähigkeit des Naturhaushaltes bei. Die ausgewiesenen besonders schutzwürdigen Böden auf Basis der BK50 stellen maßstabsbedingt Suchräume dar. Diese können bei Bedarf im Rahmen von großmaßstäbigen Kartierungen detaillierter ausdifferenziert werden. Die Methoden zur Ermittlung der Schutzwürdigkeit von Böden in Niedersachsen sind ausführlich in Geoberichte 8 (Bug et al. 2019) beschrieben. Grundlage der Auswertungen ist die Bodenkarte von Niedersachsen 1 : 50 000 (BK50). Es handelt sich um Böden mit einer im landesweiten Vergleich hohen bis äußerst hohen Bodenfruchtbarkeit (Stufen 5-7). Um den unterschiedlichen Landschaften Niedersachsens gerecht zu werden, ist die Auswertung nach Bodenregionen differenziert (vgl. Geoberichte 8). Die Auswertung erfolgt mittels der NIBIS®-Auswertungsmethode „Bodenfruchtbarkeit“ (vgl. Geoberichte 19). Sie ermittelt die Bodenfruchtbarkeit auf Basis des Bodenwasserhaushalts und der Nährstoffversorgung eines Standorts. Die Bewertung wird für Acker-, Grünland und Waldböden über den unterschiedlichen effektiven Wurzelraum der Vegetation differenziert vorgenommen. Böden mit einer regional hohen Fruchtbarkeit, die aber im landesweiten Vergleich nur eine mittlere Fruchtbarkeit aufweisen, können mit dieser Herangehensweise nur bedingt erfasst werden. Für regionale oder kommunale Betrachtungen bietet der Geoberichte 26 eine angepasste Methodik.
Zweck der Waldkalkungen ist, der zum Teil tief reichenden Versauerung der Waldböden entgegenzuwirken. Die fortschreitende Versauerung der Böden geht mit erheblichen Schädigungen des Ökosystems Wald einher. So werden mit sinkenden pH-Werten (Säuregradmesser) das giftige Aluminium und Schwermetalle ausgewaschen, die die Wurzeln der Bäume schädigen und ins Grundwasser verlagert werden. Auch Nährstoffe werden dem Boden entzogen und stehen damit den Pflanzen nicht mehr zur Verfügung. Durch die Kalkungsmaßnahmen werden die Waldböden sozusagen mit einer Schutzhülle aus Kalk bedeckt. Der Kalk soll die über die Niederschläge eingetragenen Säuremengen in den obersten Bodenschichten über einen gewissen Zeitabschnitt neutralisieren, um damit den Bodenzustand zu stabilisieren und ggfs. auch wieder zu verbessern. Die Kalkung dient zudem auch dem Grundwasser- und damit letztlich dem Trinkwasserschutz. Besonders kalkungsbedürftig sind die Waldflächen der Buntsandsteingebiete im Saarland, da deren Böden von Natur aus ein nur geringes Pufferungsvermögen gegenüber Säureeinträgen aufweisen. Den Kalkungsmaßnahmen vorausgegangen waren bodenchemische Analysen durch das Landesamt für Umwelt und Arbeitsschutz (LUA), um zuverlässige Aussagen über den Bodenzustand zu erhalten. Im Anschluss an die Kompensationskalkung wird es weitere Untersuchungen im Sinne einer Wirkungskontrolle geben. Von der Kalkung ausgeschlossen werden einerseits aus Naturschutzgründen sensible Flächen (z.B. Naturschutzgebiete, Naturwaldzellen u.ä.). Anderseits werden Verkehrsflächen und siedlungsnahe Flächen ausgeschlossen. Die Kompensationskalkung erfolgt ausschließlich in der vegetationsarmen Zeit, da nur dann sichergestellt ist, dass eine möglichst große Kalkmenge den Boden auch erreicht. Ausgebracht wird der Magnesiumkalk per Hubschrauber. Bei einer Menge von etwa 3 Tonnen pro Hektar können so pro Tag zwischen 60 und 75 Hektar Wald behandelt werden.
On 18 Januar 1986 at the east-looking slope of the Kleiner Watzmann in the Berchtesgaden National Park a snow avalanche came down from an elevation of about 2.000 m to the Königssee near St. Bartholomae (610 m above see level). It destroyed 12 to 15 ha of old growth forests dominated by beech (Fagus sylvatica); about 2.000 m3 of wood were thrown down. The soil survace was not intensively effected by the snow avalange. Because the area is situated in the central protection zone of the national park no clearing procedure was done, and a free stand develeopment without any direct impact of man is allowed to take place. In 1989 permanent plots (3 transects, each starting in the surrounding forest and crossing to avalanche area) were established. Vegetation and stand structure records were carried out in 1989, 1994 and 1999. Vegetation development in the first place is characterised by (1) a re-establishment of the tree layer by the (beech) trees, which were bent to the ground but not killed by the avalanche, (2) by seedling and sapling establishment (especially Acer and Fraxinus, but not by pioneer trees) and (3) by continuing floristic composition of the ground vegetation (coverage increasing or decresing depending on the light conditions).
Es wird ein Zusammenhang zwischen der Morphometrie einer Reihe von Hauptholzarten und deren Stammabfluss hergestellt, um hieraus die wichtigsten bestandeshydrologischen Daten (Interzeption, Waldbodenniederschlag usw.) abzuleiten. Das Ziel der Untersuchung besteht darin, aufgrund von Luftbildaufnahmen, die die Morphometrie von Baeumen mit zu erfassen Imstande sind, Waldnettoniederschlagskarten zu fertigen, um die Wasserhaushaltsgroessen bewaldeter Gebiete genauer eingrenzen zu koennen.
Methane (CH4) is a major greenhouse gas of which the atmospheric concentration has more than doubled since pre-industrial times. Soils can act as both, source and sink for atmospheric CH4, while upland forest soils generally act as CH4 consumers. Oxidation rates depend on factors influenced by the climate like soil temperature and soil moisture but also on soil properties like soil structure, texture and chemical properties. Many of these parameters directly influence soil aeration. CH4 oxidation in soils seems to be controlled by the supply with atmospheric CH4, and thus soil aeration is a key factor. We aim to investigate the importance of soil-gas transport-processes for CH4 oxidation in forest soils from the variability the intra-site level, down to small-scale (0.1 m), using new approaches of field measurements. Further we will investigate the temporal evolution of soil CH4 consumption and the influence of environmental factors during the season. Based on previous results, we hypothesize that turbulence-driven pressure-pumping modifies the transport of CH4 into the soil, and thus, also CH4 consumption. To improve the understanding of horizontal patterns of CH4 oxidation we want to integrate the vertical dimension on the different scales using an enhanced gradient flux method. To overcome the constraints of the classical gradient method we will apply gas-diffusivity measurements in-situ using tracer gases and Finite-Element-Modeling. Similar to the geophysical technique of Electrical Resistivity Tomography we want to develop a Gas Diffusivity Tomography. This will allow to derive the three-dimensional distribution of soil gas diffusivity and methane oxidation.
In the Bavarian Forest National Park a brief, but intense storm event on 1 August 1983 created large windfall areas. The windfall ecosystems within the protection zone of the park were left develop without interference; outside this zone windfall areas were cleared of dead wood but not afforested. A set of permanent plots (transect design with 10 to 10 m plots) was established in 1988 in spruce forests of wet and cool valley bottoms in order to document vegetation development. Resampling shall take place every five years; up to now it was done in 1993 and 1998. On cleared areas an initial raspberry (Rubus idaeus) shrub community was followed by pioneer birch (Betula pubescens, B. pendula) woodland, a sequence well known from managed forest stands. In contrast to this, these two stages were restricted to root plates of fallen trees in uncleared windfalls; here shade-tolerant tree species of the terminal forest stages established rather quickly from saplings that had already been present in the preceeding forest stand. Soil surface disturbances are identified to be causal to the management pathway of forest development, wereas the untouched pathway is caused by relatively low disturbance levels. The simulation model FORSKA-M is used to analyse different options of further stand development with a simulation time period of one hundred years.
Die Humusform ist das Resultat der am Standort wirkenden Faktoren einschließlich der dort tätigen Bodenorganismen. Die Humusformenansprache kann daher als integrierende Methode zur Bewertung von Standorten herangezogen werden. Bisher ist nur für die terrestrischen Humusformen die Wechselbeziehung zwischen Morphologie und Standortfaktoren genauer charakterisiert. Systematische Untersuchungen zu Feucht- und Nasshumusformen fehlen. Die an Feucht- und Nassstandorten in der Regel erfolgende Akkumulation organischer Substanz ist nicht primär auf den (zeitweise) herrschenden Wasserüberschuss, sondern auf den damit einhergehenden Sauerstoffmangel zurückzuführen. Eine getrennte Betrachtung der beiden Parameter ist daher notwendig. An acht verschiedenen feuchten und nassen Waldstandorten in Nordrhein-Westfalen soll die Humusform makro- und mikromorphologisch beschrieben und mit wesentlichen Standortmerkmalen in Beziehung gesetzt werden. Des weiteren soll die Regenwurmzönose, als wichtiger Vertreter der Zersetzergemeinschaft, aufgenommen und ihre Wechselwirkungen mit den Standorteigenschaften und der Humusform untersucht werden. Um den Einfluss des Sauerstoffs unabhängig vom Wassergehalt auf die Profilmorphologie nachzuweisen, sollen Langzeitversuche durchgeführt werden. Über Diffusionsversuche im Labor soll außerdem die Bedeutung der Profilmorphologie für die Sauerstoffverfügbarkeit ermittelt werden.
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