Das Problem der Skalenabhaengigkeit von Transportprozessen wird zurueckgefuehrt auf die Wirkung mikroskalig variabler Parameter, zu denen zB die hydraulische Leitfaehigkeit oder auch die Adsorptionskonstante beim Stofftransport gehoeren. Da die Variabilitaet dieser Parameter nicht explizit in die Transportgleichung eingefuehrt wird, ist sie verborgen in den effektiven Transportparametern, mit denen der Stofftransport in der Regel beschrieben wird. Wird die Variabilitaet der Parameter jedoch explizit in der Transportgleichung beruecksichtigt, so kann auch quantitativ gezeigt werden, wie die Fluktuationen der Parameter auf grossen Skalen den sogenannten Skaleneffekt hervorrufen. Zu diesem Zweck werden Methoden aus der Stoerungstheorie und der Renormierungstheorie eingefuehrt, und es wird an 2 Beispielen gezeigt, wie sich die Variabilitaet der Adsorptionskonstante beim Stofftransport auf grossen Skalen auswirkt. Damit werden die im Projektantrag genannten Hypothesen IV, V und VII untersucht, und es werden beispielhaft die Folgen von Skalenwechseln dargestellt, die ein zentrales Ziel des Antrages sind.
Das im Jahr 1999 angelaufene Naturschutzgroßprojekt 'Waldnaabaue' im Nordosten Bayerns verknüpft den Erhalt einer traditionell genutzten Kulturlandschaft mit der Förderung von dynamischen Prozessen in der Landschaft. Dazu gehört vor allem die Förderung der traditionellen extensiven Teichwirtschaft als Grundlage für eine hohe Artenvielfalt an den Gewässern. Weiterhin soll auch das Feuchtgrünland der Aue gesichert werden, das durch Überschwemmungen und ständig hohe Wasserstände charakterisiert ist. Wichtige Maßnahmen in den großflächigen Waldgebieten, welche die Teiche sowie größere Moorflächen umgeben, sind die Schaffung von lichten Strukturen in den Feuchtwäldern und der Wiederanstau von in großer Anzahl vorhandener ehemaliger Teiche, durch die Vermoorungsgesellschaften und Bruchwaldkomplexe initiiert werden können.
Die Waldentwicklung im 20. Jahrhundert soll anhand der Darstellungen von Dr. Felix Schneider (1906) mit aktuellen Forschungsergebnissen verglichen und aufbereitet werden. In fast allen Regionen Bayerns nahm im 20. Jahrhundert der Laubwaldanteil im Staatswald zu. Nur in den bereits laubbaumreichen Regionen Spessart, Odenwald und Rhön verringerte er sich etwas. Bei den Laubbäumen haben Buche, Eiche, Ahorn und Esche am meisten Fläche hinzugewonnen. Unter den Nadelbäumen hat die Kiefer am meisten Fläche eingebüßt und dies in allen Gebieten, in denen sie am Ende des19. Jahrhunderts auf größerer Fläche vorkam. Die geringen Anteile der Kiefer in den jungen Wäldern am Beginn des 21. Jahrhunderts zeigen, dass der Rückgang der Kiefer unvermindert anhält. Bayernweit hat auch die Tanne an Fläche verloren. Dieser Rückgang kann zum Teil auf ihre geringe Verjüngung zwischen den 30er und den 70er Jahren des 20. Jahrhundertszurückgeführt werden. In Nordostbayern ist die Tanne jedoch infolge des Tannensterbens fast völlig ausgefallen. Der Untergang der Tanne dort war der Endpunkt einer Entwicklung, die bereits Mitte des 18. Jahrhunderts eingesetzt hatte. Während der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts wurde die Lärche verstärkt in die Wälder eingebracht. In einigen Regionen kam sie als eine relevante Baumart erst neu hinzu. In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts wurde in einigen Regionen auch die Douglasie häufiger angepflanzt. Die Wälder waren am Beginn des 21. Jahrhunderts in allen Regionen deutlich älter als hundert Jahre zuvor. Nur in der Landschaft zwischen Donau und Alpen und im Frankenwald waren die über 100-jährigen Wälder weniger vertreten. Das vergleichsweise seltene Vorkommen der jungen Wälder am Beginn des 21. Jahrhundertsbedeutet nicht, dass die Verjüngung der Wälder abgebrochen ist, sondern ist ein Ausdruck dafür, dass sich die Waldgenerationen verstärkt überlappen. In fast allen Regionen Bayerns ist die Fläche von Reinbeständen zurückgegangen, darunter vor allen die der Kiefern-Reinbestände. Nur im Frankenwald hat sich der Anteil der Reinbestände erhöht. Dies ist wohl auf die Entmischung der Fichten-Tannenwälder zurückzuführen, in denen die Tanne vorzeitig ausgefallen ist. In allen Waldgebieten hat der Anteil der Mischwälder aus Nadel- und Laubbäumen erheblich zugenommen. Die häufigste Mischung darunter sind Fichten-Buchenwälder. In fast allen Gebieten haben auch die Laubmischwälder zugenommen. Die häufigste Mischung darunter sind die Buchen-Eichenwälder. Niederwälder gab es im Staatwald schon am Beginn des 20. Jh. nur noch wenige. Die Mittelwälder wurden im 20. Jahrhundert fast alle in Hochwälder umgewandelt, wobei zwischen 1913 und 1927 der stärkste Rückgang stattfand. Plenterwälder gab es am Ende des 19. Jahrhunderts in den Alpen auf größerer Fläche. In den Daten am Beginn des 21.Jahrhundertswerden auch für die Alpen nur noch wenige Plenterwälder ausgewiesen.
Es soll untersucht werden, ob der Hochmoor-Laufkäfer Böhmischer Rasse als prioritäre Art der FFH-Richtlinie in den Mooren des Nationalparks Bayerischer Wald nachgewiesen werden kann. Der Hochmoorlaufkäfer (Carabus menetriesi pacholei) ist eine von vier prioritären Tierarten der Flora-Fauna-Habitat-Richtlinie, die in Bayern vorkommen. Er ist der einzige mitteleuropäische Endemit unter diesen Arten, noch dazu mit einem Schwerpunktvorkommen in Bayern. Bayern hat daher eine hohe Verantwortung zum Schutz dieser Art. Er besiedelt ausschließlich intakte bis mäßig beeinträchtigte Hoch- und Übergangsmoore. Der deutsche Name ist daher sehr zutreffend gewählt. Degradierte Moore vermag er ebenso wenig zu besiedeln wie in Renaturierung begriffene. Ein intakter Wasserhaushalt (nasse bis sehr nasse Verhältnisse) ist neben der hochmoortypischen Nährstoffarmut ein Schlüsselfaktor für sein Vorkommen. Die Fundpunkte sind weit überwiegend vegetationskundlich dem Vaccinio uliginosi-Pinetum rotundatae (Spirkenfilz), seltener dem Pino mugo-Sphagnetum magellanici (Latschenfilz) zuzuordnen. Typischerweise weisen sie eine ausgeprägte Torfmoosschicht, einen Bewuchs aus hochmoortypischen Zwergsträuchern (Rauschbeere, Moosbeere, beide zusammen höhere Anteile als Heidel- und Preiselbeere) und eine mehr oder weniger lichte Bestockung aus Latschen und/oder Spirken ohne weitere Mischbaumarten auf. Der Hochmoorlaufkäfer zeigt aufgrund ähnlicher Standortsansprüche auch eine auffallende Parallele der Verbreitung mit der ebenfalls reliktären Baumart Spirke. Die Art wurde erstmals für den Bereich des Nationalparks Bayerischer Wald nachgewiesen. In Nordostbayern ist der Hochmoorlaufkäfer, falls er in diesem Gebiet ursprünglich vorkam, höchstwahrscheinlich aufgrund der starken Degradierung der Moore durch Abtorfung und Entwässerung ausgestorben. Diese Faktoren sind auch an erster Stelle zu nennen, was die Gefährdungssituation im Bayerischen Wald betrifft. Eine Vergesellschaftung besteht mit den ebenfalls hygrophilen, an saure Standorte angepassten Arten Pterostichus rhaeticus und diligens, die auf der Mehrzahl der vom Hochmoorlaufkäfer besiedelten Flächen ebenfalls auftreten. Im Rahmen der Untersuchungen wurde ferner die Laufkäferfauna der Moore Ostbayerns untersucht. Es gelang dabei u. a. auch der Nachweis einiger für den Bayerischen Wald bisher gar nicht oder sehr selten nachgewiesener, hochmoortypischer Laufkäfer-Arten wie des Bach-Flinkläufers (Trechus rivularis; Erstfund), Hochmoor-Flachglanzläufers (Agonum ericeti), des Breiten Grubenhalsläufers (Patrobus assimilis; Erstfund) und als seltener Heide- und Feuchtwald-Art des Hügel-Laufkäfers (Carabus arvensis). Nur in Nordostbayern gelang ein Nachweis des Hochmoor-Ahlenläufers (Bembidion humerale). Die Ergebnisse fordern weitere konsequente und rasche Maßnahmen zum Schutz der verbliebenen intakten Hoch- und Übergangsmoore.
Quecksilber ist heute ein ubiquitaer verbreiteter Schadstoff. Vor allem in methylierter Form (Me-Hg) weist es eine extrem hohe Toxizitaet auf. Der Eintrag, Umsatz und Verbleib von Quecksilber und Me-Hg in naturnahen Einzugsgebieten ist bisher in der Bundesrepublik kaum untersucht worden. Voruntersuchungen zeigten eine hoehere Mobilitaet von Me-Hg und relativ hohe Konzentrationen in Moorboeden im Vergleich zu Gesamt-Hg. Im vorliegenden Antrag sollen daher die Eintragspfade und Eintragsraten fuer Me-Hg und Gesamt-Hg in einem Fichten- und einem Buchen-Einzugsgebiet sowie die Austraege mit dem Abfluss bestimmt werden. Untersuchungen zur Mobilitaet von Gesamt-Hg und Me-Hg und der steuernden Groessen in verschiedenen Boeden sowie zur Bildung von Me-Hg im Oekosystem schliessen sich an. Letztlich soll die Anreicherung von Quecksilber in der Biozoenose von Waldbaechen und in den aus Waldbaechen gespeisten limnischen Systemen untersucht werden. Die Untersuchungen werden an zwei bewaldeten Einzugsgebieten im Fichtelgebirge und im Steigerwald durchgefuehrt und durch Laborexperimente ergaenzt.
Das Ziel dieses Projektes war die Entwicklung eines Wasserhaushaltsmodells fuer Baeume. Wie in vielen phaenomenologischen Modellen fuer die Wassernutzung wurde die gesamte Kontrolle auf dem Niveau der Stomata angesetzt. Dies bedeutet, dass das Hauptaugenmerk der Dynamik der stomataeren Leitfaehigkeit galt. Die Oeffnung der Stomata an sich entspricht dem Bedarf der Pflanze an Aufnahme von CO2. Der Wasserverlust durch Transpiration waere demnach der Preis, den die Pflanze fuer die Kohlenstoffassimilation zu zahlen hat. Hier wird nun angenommen, dass die tatsaechliche Kontrolle aus der Anpassung der Pflanze an ihre Umgebung resultiert. Die zugrundeliegende Hypothese besagt, dass die Pflanze ihre Photosyntheseleistung unter einer gegebenen Wasserversorgung maximiert, wobei die stomataere Leitfaehigkeit und damit Transpiration als Kontrollparameter dient. Im Rahmen dieser Sichtweise waere es nicht noetig, die tatsaechlichen Prozesse der Wasseraufnahme naeher zu betrachten. Die existierenden mathematischen Beschreibungen dieses Optimierungsproblems erweisen sich jedoch als nur fuer kuenstliche, stark vereinfachte Umgebungen brauchbar. Eine Verallgemeinerung auf beliebige Randbedingungen scheint nur schwerlich moeglich. Als eine Alternative zum bekannten analytischen Zugang zu diesem Problem werden evolutionaere Algorithmen benutzt, um die optimale Kontrolle der stomataeren Leitfaehigkeit zu bestimmen. Mit dieser Technik ist es moeglich, die beschraenkte Anwendung der Hypothese zu erweitern. Ein Programm namens opTree wurde geschrieben, das mit beliebigen Zeitreihen fuer Niederschlag und klimatische Daten konfrontiert werden kann. Als Antwort auf diese Trainingssaetze bestimmt das Programm dann die optimierte feedback-Funktion, d.h. stomataere Leitfaehigkeit als Funktion der vorliegenden Umweltbedingungen. Das Modell fuer den Boden konnte sehr einfach gehalten werden und wurde an den beobachteten Abfluss gefittet. Die erse Anwendung war ein Buchenwald in Panola. In diesem Einzugsgebiet ist die Transpiration sehr hoch, weshalb die Dynamik des Abflusses sehr sensitiv auf die modellierte Transpiration reagiert. Es zeigte sich deutlich, dass die Optimimalitaetshypothese in der Lage ist, den Wasserhaushalt von Baumbestaenden zu beschreiben. (Abschlussbericht 1998).
Predictions on future climate revealed increasing drought stress for Middle European vegetation because of decreasing precipitation and increasing temperatures esp in summer. The meteorologic conditions of southern Bavaria are somewhat unique in relation to other German Alps. The aims of this project are thus: 1) Modelling of forest growth of Norway spruce stands in the Alps under different climatic conditions based on the relation between yxlem water potential and growth. 2) Beside changes in temperature and precipitation, an increase of atmospheric CO2 is to be expected. This might cause an increased water use efficiency of the tress which might compensate the increased evaporational need. By coupling our soil water model to a physiologically based transpiration model we will be able to include different water use efficiencies in our szenarios. 3) The assessment of drought stress susceptability derived from single stands will be extrapolated to larger areas of the German Alps based on soil survey data. The identification of high risk areas will be usefull for future forest management.
Zwischenbericht 1999: Die Messungen auf den Dauerbeobachtungsflaechen beinhalten die Elementfluesse mit dem Freilandniederschlag und der Kronentraufe (als Eckdaten zum Stoffeintrag und zum Elementumsatz im Kronenraum) sowie die Messungen der Fluesse mit der Bodenloesung in 90 cm (Stoffaustrag mit dem Sickerwasser) und der Oberflaechengewaesser. Vergleichend zu laengeren Zeitreihen, bei der ueber 14 Tage bzw. 1 Monat integriert wird, wurde fuer Bodenloesungen, Abfluss und Niederschlag die Messintervalle auf taeglich verkuerzt. Ziel war dabei i) die Erfassung von oekologisch wirksamen Amplituden der Konzentrationen, ii) verbessertes Verstaendnis von Elementumsaetzen im Boden und der steuernden Prozesse, iii) die Beschreibung der Stofffluesse und -konzentrationen auf verschiedenen Zeitskalen und iii) eine Minimierung des Fehlers bei der Stoffflussberechnung. Erste Ergebnisse zeigen, dass sich fuer die Datenreihen mit taeglichen Beprobungsintervallen sehr aehnliche Zusammenhaenge zwischen Wasserfluss und Schwankungen von pH, Leitfaehigkeit, SO42-, NO3- und Cl- -Konzentrationen ergeben, wie sie schon aus den Daten des 14taegliches Messintervalls bekannt sind. Allerdings ergaben sich signifikante Korrelationen fuer Konzentrationen im Elementeintrag mit denen des Abfluss fuer die Datenbasis des taeglichen Messintervalls. Letzteres war aus den Daten des 14taeglichen Messintervalls nicht festzustellen. Ob dies einen grundsaetzlichen Erkenntnisgewinn hinsichtlich des Prozessverstaendnisses ergibt, wird vor allem aus den Modellsimulationen sowie aus den Auswertungen der Stofffluesse ersichtlich werden. Hinsichtlich der auftretenden Amplituden in der Elementkonzentration ist festzustellen, dass zunaechst groessere Amplituden der Elementkonzentrationen des taeglichen Messintervalls erfasst werden, wenn einzelne Raumpunkte miteinander verglichen werden. Sowie jedoch die raeumliche Heterogenitaet, wie sie im Messkonzept des Monitoringprogrammes des BITOEK eingeplant ist, beruecksichtigt wird, wird der Informationsgewinn hinsichtlich einer Erfassung der Amplituden ausgeglichen. Die Berechnung des Stoffaustrags mit dem Gebietsabfluss Lehstenbach ergab allerdings entscheidende Unterschiede zwischen den beiden Datenreihen. Im Vergleich zu den Werten aus der taeglichen Beprobung wurde fuer die bisher ausgewertete Messreihe von 7 Monaten (17.3.-26.10.1998) bei der Berechnung der Stofffluesse mit den im 14taeglichen Messintervall erhobenen Daten der H +-Austrag wesentlich ueberschaetzt und den Cl- Austrag unterschaetzt. Eine geostatistische Auswertung der Zeitreihen ergab, dass vor allem die Messstrategie und weniger die Messintervalle eine Rolle spielen, solange die Zeitreihe lang genug ist (n groesser 100). Eine Mischprobenbildung und die damit durchgefuehrte Integration ueber die Zeit in Bestandesniederschlag und Bodenloesung fuehrt zu einer Veraenderung von Mustern in den Daten wie z.B. eine Vortaeuschung einer Autokorrelation oder einer Verschleierung von Periodi
Vorangegangene prozessorientierte Arbeiten zeigten, dass sowohl die Streu als auch der Mineralboden die Faehigkeit besitzen, spontan hohe Mengen an Gaerungsprodukten, insbesondere an Acetat zu bilden, sobald anaerobe Bedingungen eingestellt werden. In Anwesenheit von Sauerstoff oder anderer alternativer Elektronenakzeptoren (zB Nitrat) werden diese Gaerungsprodukte schnell oxidiert, so dass das Endprodukt der Umsetzung von organischem Kohlenstoff gekoppelter anaerober und oxidativer Prozesse CO2 ist. Die Abschaetzung der oekologischen Bedeutung dieser Prozesse unter Freilandbedingungen und eine Untersuchung auf populationsorientierter Ebene ist das Ziel dieses Projektes. Zusaetzlich wird die phylogenetische Diversitaet der Acetat-bildenden Mikroflora im Vergleich zur Diversitaet der gesamten Mikroflora der Streu und des Mineralbodens bestimmt. Die Boden- und Streuloesung der Messflaeche im Steigerwald werden periodisch auf das Vorkommen von typischen Gaerungsprodukten untersucht, und die Bildungs- und Oxidationskinetik von Acetat, dem organischen Hauptendprodukt, wird unter kontrollierten aeroben und mikroaeroben Bedingungen abgeschaetzt. Ein weiteres Ziel ist die Charakterisierung und Quantifizierung der Acetat-bildenden Populationen im Vergleich zur gesamten Anzahl der anaeroben und aeroben Mikroorganismen sowohl in der Streu als auch im Mineralboden. Dazu werden sowohl klassische Kultivierungsmethoden als auch molekulare Techniken benutzt. Aufgrund der unterschiedlichen Substratqualitaet, der fehlenden Aggregatstruktur und der guten Durchlueftung in der Streu sind sowohl quantitative als auch qualitative Unterschiede in der Zusammensetzung der Mikroflora zu erwarten. Mit Hilfe von speziell zu entwickelnden molekularen Sonden fuer obligat anaerobe Bakterien, die von diesem Standort isoliert werden, soll das bevorzugte Vorkommen in verschiedenen Zonen eines Aggregats oder in der Streuschicht nachgewiesen werden.
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| Bund | 46 |
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| offen | 46 |
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| Deutsch | 42 |
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| Resource type | Count |
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| Keine | 46 |
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| Boden | 42 |
| Lebewesen und Lebensräume | 45 |
| Luft | 38 |
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