Veranlassung: Die Förderung von Kiesen und Sanden in Kiesgruben oder Baggerseen hat eine drastische Veränderung des Landschaftsbildes zur Folge. Die Ausbildung neuer Seen- und Freizeitgebiete wird hierbei im allgemeinen eher als positiver Effekt gewertet. Aufgrund des Förderbetriebs kann es jedoch zu Veränderungen der Wassergüte der betroffenen Oberflächengewässer und zu einer Beeinträchtigung des abstromigen Grundwassers kommen. Um mögliche zeitliche Veränderungen der Gewässergüte - etwa durch Freisetzung von Pflanzennährstoffen (Eutrophierung) - erfassen zu können, findet eine regelmäßige limnologische Überwachung der Baggerseen Haltern Ost und West statt, die von der Quarzwerke Haltern GmbH für die Förderung von Sand genutzt werden. Parallel werden das zu- und abfließende Grundwasser an den beiden Seen untersucht, um eine Beeinflussung des unterirdischen Wassers durch die bis zu 30 m tiefen Seen erkennen und bewerten zu können. Diese Untersuchungen finden seit 1982 im zweijährigen Abstand statt. Vorgehen: Die Probenahmen erfolgen jeweils am Ende der Sommerperiode, wenn die Herbstzirkulation, die eine Vermischung des Wassers bis in tiefe Schichten bedingt, noch nicht eingesetzt hat. Zu diesem Zeitpunkt muss die Belastung der Seen mit Nährstoffen saisonal bedingt als am höchsten eingeschätzt werden. Für die Beurteilung des limnologischen Zustandes der beiden Baggerseen und der Grundwasserbeschaffenheit in dem jeweils zu- und abfließenden Grundwasserstrom werden die in einer Tabelle aufgeführten Parameter bestimmt. Ergebnisse: Beide Baggerseen können aufgrund ihrer Nitrat- und Phosphatgehalte sowie der Planktondichte und -zusammensetzung als mesotrophe, wenig belastete Gewässer klassifiziert werden. Die Sprungschicht liegt etwa in 6-10 m Tiefe. Auch die tieferen Schichten im Hypolimnion der Seen weisen noch eine gute Versorgung mit Sauerstoff auf. Im See West ist es seit 1982 durch den Förderbetrieb sogar eher zu einer Erhöhung des Sauerstoffgehaltes im Hypolimnion gekommen. Das zulaufende Grundwasser für diesen See zeichnet sich durch einen niedrigen pH-Wert, hohe Nitratwerte und einen hohen Gehalt biologisch schwer abbaubarer Kohlenstoffverbindungen aus. Nach dem Durchtritt durch den See West liegen im ablaufenden Grundwasser dagegen verbesserte Bedingungen mit niedrigen DOC- und Nitratwerten vor. Hier treten jedoch zum Teil sehr niedrige Sauerstoffgehalte auf, was auf biologische Abbauprozesse während der Passage durch den See schließen lässt. Die Situation sowohl in den Baggerseen als auch im Grundwasserbereich kann trotz leichter Schwankungen im Nährstoff- und Sauerstoffgehalt seit Beginn der Messungen in den letzten Jahren als stabil angesehen werden. Teilweise hat sogar eine Verbesserung, insbesondere der Sauerstoffsituation in den Seen stattgefunden.
Subsoils are an often neglected nutrient source for crops. The mobilisation and use of this potential nutrient source is an important factor in sustainable land use. Nutrient accessibility, release, and transport are strongly dependent on soil structure and its dynamics controlled by spatiotemporally variable physical functions of the pore network. A well structured soil, for example, with numerous interconnected continuous biopores will enhance root growth and oxygen availability and hence nutrient acquisition. In contrast to soils with a poorly developed structure nutrient acquisition is limited by restricted root growth and reduced aeration. The goal of this research project is to investigate different preceding crops and crop sequences in developing characteristic biopore systems in the subsoil and to elaborate their effect on the functional performance of pore networks with respect to nutrient acquisition. The main research question in this context is how soil structure evolves during cultivation of different plant species and how structure formation influences the interaction of physical (water and oxygen transport, shrinking-swelling) biological (microbial activity, root growth) and geochemical processes (e.g. by creating new accessible reaction interfaces). In order to study and quantify pore network architectures non-invasively and in three dimensions X-ray computed microtomography and 3D image analysis algorithms will be employed. The results will be correlated with small- and mesoscale physical/chemical properties obtained from in situ microsensor (oxygen partial pressure, redox potential, oxygen diffusion rate) and bulk soil measurements (transport functions, stress-strain relationships) of the same samples. This will further our process understanding regarding the ability of various crop sequences to form biopore systems which enhance nutrient acquisition from the subsoil by generating pore network architectures with an efficient interaction of physical, biological and geochemical processes.
Das Forschungsprojekt ist eingebettet in den Sonderforschungsbereich SFB 607. Die Untersuchung des Wachstums unter individuellen Umweltbedingungen von Buchen und Fichten in Mischung wird im Teilprojekt B1 des Sonderforschungsbereichs 607: 'Wachstum oder Parasitenabwehr?' durchgeführt. Der SFB läuft seit Juli 1998, hat seine erste Projektphase im Jahre 2001 abgeschlossen und ist für mindestens zehn Jahre konzipiert. Aufgabe ist es, die allometrische Beziehungen zwischen Kronendimension und Biomasseverteilung in Abhängigkeit vom Standraum und den Umweltbedingungen für Mischbestände (Buche, Fichte) unterschiedlichen Alters und auf unterschiedlichen Standorten zu beschreiben. Damit soll 1. die Hochrechnung auf Dimensions- und Biomassegrößen auf der Grundlage von verfügbaren Bestandesinformationen ermöglicht werden (durch destruktive Probenahme, BHD- und Höhenmessungen) und 2. die Auswirkungen von Stressfaktoren auf die allometrischen Verhältnisse von einzelnen Bäumen und damit auf die Allokation eingeschätzt werden (mit Hilfe hochauflösender Dendrometer und Kronenablotungen). Das Projekt B1 befindet sich bereits in der vierten Phase. Bisher wurde im Projekt B1 die Allometrie als Resultat der pflanzeninternen Steuerung der Allokation untersucht. Auf Individuenebene wurden Allometrie und ihre Veränderung für verschiedene Baumarten in verschiedenen ontogenetischen Stadien untersucht. Auf Bestandesebene wurden die self-thinning-Linien von Yoda und Reineke für krautige bzw. holzige Pflanzenbestände analysiert. Bisherige Allometriebestimmungen erbrachten für diese Arten zwar ähnliche Größenordnung aber auch charakteristische Unterschiede, die Ausdruck spezifischer Strategien der Raumbesetzung und -ausbeutung widerspiegeln. Die bisher vereinzelten Auswertungen sollen in Phase IV in eine übergreifende Analyse (versch. Arten, ontogenetische Stadien, Konkurrenzsituationen, Störfaktoren) der Allometrie auf Pflanzen- und Bestandesebene münden.
In der Pflanzenanzucht oder in der Erfassung von umweltbedingten Pflanzenschäden sind neue Diagnoseinstrumente erforderlich, die möglichst selektiv die Wirkung wichtiger Streßfaktoren anzeigen, bevor es zu Wachstumseinbußen kommt. So besteht z.B. Interesse darin, ein Screening- Instrumentarium bereit zu haben, das genetische Varietäten erkennen kann, die gegenüber Ozon, UV-B oder Herbiziden besondere Empfindlichkeit bzw. Resistenz aufweisen. In dem Vorhaben wird untersucht, ob die Thermolumineszenz dafür einen geeigneten Ansatzpunkt liefern kann.