This report summarizes the specific features of the numerical simulation code SIMFONI (SIMulation of FOrest NItrogen). The model takes into account the reactive transport of both inorganic (NHhoch4+, NOhoch3-) and organic nitrogen species in the soil compartment of forest ecosystems. Transport and reactive processes are modeled within a one-dimensional layered soil profile. Upper and lower boundaries of the model domain are represented by forest floor and parent material or groundwater table, respectively. Reactive transport of nitrogen species considers cation-exchange or generalized sorption isotherms. To provide the essential data for the transport module water and heat flow are calculated. Soil solution chemistry and acid/base reactions are considered to provide the data for the cation-exchange reactions. Nitrogen transformation due to soil microorganisms takes into account ammonification, nitrification and mineralization. Mobile sorbent influenced transport of ionic nitrogen species is considered, too.
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.
An Buchenwurzeln soll im Labor und Freiland untersucht werden, in welcher Weise wachsende Feinwurzeln die Chemie der Rhizosphaere veraendern, und welche Rolle die Rhizosphaerenchemie fuer die Naehrstoff- und Wasseraufnahme spielt. Im Laborversuch wird die Chemie der Rhizosphaerenloesung an Wurzeln junger Buchen untersucht, die in Bodenmaterial vom natuerlichen Standort wachsen. Neben einer Bestandsaufnahme unter moeglichst naturnahen Bedingungen werden Manipulationen des Substrats und der Naehrstoffversorgung vorgenommen. Dabei werden die Reaktionen der Rhizosphaerenchemie auf ein erhoehtes N-Angebot (Ammonium vs. Nitrat) und Aenderungen der Al-Konzentration bzw. des Ca-Al-Verhaeltnisses untersucht. Ein Schwerpunkt liegt auf der Speziierung des Al in Loesung, das im Zuge der Versauerung die Chemie der Waldboeden praegt. Weiterhin ist zu klaeren, wie sich die genannten Manipulationen auf die Naehrstoff- und Wasseraufnahme der Wurzeln auswirken. Parallel dazu wird mit Hilfe von Wurzelfenstern im Bestand die Chemie der Rhizosphaere an Wurzeln von Altbaeumen unter Freilandbedingungen untersucht. Zwischenbericht 1999: Die Rhizosphaere von Buchenwurzeln kann sich hinsichtlich der Bodenloesungschemie stark von ihrer Umgebung unterscheiden. Das ist fuer den pH-Wert gezeigt worden, es liegen aber bisher kaum experimentelle Ergebnisse vor, welche Auswirkungen Wurzeln auf die Konzentrationen der wichtigsten Kationen und Anionen in der Bodenloesung haben. In dieser Arbeit wurde im Freiland untersucht, in welcher Weise Feinwurzeln von Altbuchen die Chemie der Rhizosphaere veraendern. Dazu wurde Bodenloesung in hoher raeumlicher und zeitlicher Aufloesung an zwei wachsenden Langwurzeln und einem Geflecht von nicht wachsenden, mykorrhizierten Kurzwurzeln entnommen und analysiert. Um mindestens eine der Langwurzeln wiesen die Ionen Mg2+, Ca2+, Fe+Mn, NH4+, NO3- und SO42- eine statistisch signifikante Verarmung auf. Leichte Anreicherungen um die Wurzeln traten nur fuer K+ und H+ auf, die Al3+ Konzentrationen in der Bodenloesung lagen unterhalb der Nachweisgrenze. Die gemessenen Gradienten an Buchenlangwurzeln decken sich mit Messungen an Langwurzeln von Altfichten, obwohl sich das Konzentrationsniveau der Bodenloesung stark zwischen dem Buchen- und dem Fichtenstandort unterschied. Um die mykorrhizierten Wurzeln waren Mg2+ und NH4+ signifikant angereichert, waehrend Fe+Mn, NO3- und SO42- signifikant verarmt waren. Die Gradienten an mykorrhizierten Buchenwurzeln stimmen nur fuer Mg2+ und NH4+ mit Messungen um mykorrhizierte Fichtenwurzeln ueberein. Die Ergebnisse zeigen, dass Wurzeln ihre direkte Umgebung, die Rhizosphaere, veraendern koennen. Langwurzeln scheinen ihre Umgebung i.d.R. zu verarmen, wobei Langwurzeln von Buchen und von Fichten aehnliche Auswirkungen auf die Bodenloesung hatten. Lediglich K+ scheint in der Rhizosphaerenbodenloesung von aelteren Wurzelabschnitten angereichert zu sein, moeglicherweise durch Freisetzung von K+ aus abgestorbenen Wurzel
Im Gegensatz zu den mineralischen N-Komponenten ist der Umsatz und die Bedeutung von geloesten organischen Stickstoffverbindungen (DON) bisher wenig untersucht. Von Oktober 95 bis 97 wurden Fluesse von Gesamtstickstoff, Ammonium, Nitrat, DON und DOC (geloester organischer Kohlenstoff) in Freiland - und Bestandesniederschlag (BN) in 2 Bodentiefen (20 und 90 cm) und im Gebietsaustrag innerhalb eines Fichtenwaldoekosystems erfasst. Laborinkubationsversuche zur Produktion von DON in Abhaengigkeit von Temperatur (5, 10, 15 Grad Celsius) und Substrat (Oh, Ah) ergaenzten die Freilanduntersuchungen. Die Herkunft und Stabilitaet des DON im BN wurde durch mikrobielle Untersuchungen der Phyllosphaerenflora und durch Freilandinkubationsversuche mit definierten Regenloesungen untersucht. Die DON-Fluesse in der organischen Auflage lagen mit 5-7 kg Nxha-1xa-1 in der Dimension der NH4-N-Fluesse und deutlich ueber den DON-Fluessen im BN. Im Mineralboden nahmen DON- und NH4-N-Fluesse mit der Tiefe ab, NO3-N dominierte den N-Fluss. Die zeitliche Variabilitaet der DON-Fluesse nahm mit zunehmender Tiefe in der organischen Auflage ab. Die chemische Zusammensetzung von DON bestimmte zu 50-80 Prozent Aminosaeure-N, waehrend Aminozucker-N mit 5-15 Prozent weniger bedeutsam war. Eine mikrobielle Bildung von DON in BN-Sammlern konnte ausgeschlossen werden. Die DON-Konzentration in den Sammlern blieb relativ stabil. Die Herkunft von DON im BN ist wahrscheinlich auf mikrobielle Umsetzungen von atmosphaerisch deponierten Nmin in Norg zurueckzufuehren. Der DON-Fluss im BN ist dann als N-Eintrag in das System zu bewerten. Der Rindenlausbefall auf Fichten bewirkte eine massive, kurzfristige Erhoehung der DOC-Fluesse im BN durch Ausscheidung von Honigtau. Die Ausscheidung von Honigtau in die Phyllosphaere foerderte das Wachstum von Bakterien, Hefen, und filamentoesen Pilzen und es kam im BN zu einer Verminderung der Nmin-Fluesse und zu einer Erhoehung der partikulaeren Amino-N-Fluesse. Unsere Untersuchungen bestaetigen die Ausgangshypothese, dass DON als Eintrag zu bewerten ist und der Umsatz von DON zum N-Haushalt erheblich beitraegt.
Energie- und Materiefluesse von bewaldeten Oekosystemen wurden bereits intensiv untersucht. Selbst bei aehnlicher Zielsetzung werden unterschiedliche Messaufloesungen und Modelltypen zur Auswertung der Beobachtungen eingesetzt. In diesem Ansatz werden die mit den Energie- und Massefluessen zusammenhaengenden Informationsstroeme ermittelt und fuer einen systematischeren Vergleich von Modellen und Felddaten verschiedener Einzugsgebiete verwendet. Die Komplexitaetstheorie liefert Methoden zur Quantifizierung von (i) Zufaelligkeit, Unvorhersagbarkeit, Informationsgehalt und (ii) der Komplexitaet der Struktur der Daten oder ihrer Repraesentation (durch ein Modell). Dieser Ansatz ist neu in der Anwendung auf Oekosysteme, soweit uns dies bekannt ist. Ein Computerprogramm, SYMDYN (SYMbolic DYNamics), wurde geschrieben, welches die automatische Berechnung von derzeit 12 verschiedenen Komplexitaetsmassen erlaubt. Die Masse wurden anhand der logistischen Abbildung getestet und mit Ergebnissen aus der Literatur verglichen. Die Stabilitaet der Methoden wurde durch Parametervariationen untersucht. Die Hypothese, dass bewaldete Einzugsgebiete die Information der Eingangssignale zum Ausgang hin filtern, wurde fuer die Niederschlags- und Abflusszeitreihen von 4 verschiedenen Einzugsgebieten bestaetigt. In einem Fall lagen die Daten in zwei verschiedenen Messaufloesungen vor (taeglich und stuendlich). Die Bestimmung von Information und Komplexitaet von aggregierten Niederschlags- und Abflussdaten von einer Stunde bis 23 Tagen ergab Hinweise fuer eine optimale Messaufloesung. Stundendaten liefern wegen einer hohen Redundanz nur geringe Informations- und Komplexitaetswerte. Ein Komplexitaetsmaximum kennzeichnet eine optimale Aggregation, die maximale Information ueber den beobachteten Prozess liefert. Eine noch hoehere Aggregierung liefert zwar mehr Information, aber auch mehr Zufaelligkeit, die zu einer einfacheren Beschreibung der Daten und damit einer geringeren Komplexitaet fuehrt. Demnach koennte der Abfluss des untersuchten Gebietes alle 2-3 Tage gemessen werden, waehrend der Niederschlag mit einer Aufloesung von 2-3 Stunden gemessen werden muesste. Diese Werte liegen unterhalb der Autokorrelationslaengen von 4 Tagen (Niederschlag) und 3,5 Monaten (Abfluss). Ein Vergleich mit ueblichen Beprobungsstrategien fuer Einzugsgebiete, in denen die zeitliche Aufloesung heuristisch gewaehlt wurde, bestaetigt das Ergebnis. In Zusammenhang mit Black-Box Modellen, wie neuronalen Netzen, liefert dieser Ansatz ausserdem eine neue leistungsfaehige Methode fuer eine unabhaengige Einschaetzung der Leistung und Abstimmung von Modellen.
Im Mai 1996 wurde in fuenf Buchenbestaenden (Fagus sylvatica L.) im Alter zwischen 10 und 140 Jahren ein 15N-Tracer-Puls-Experiment begonnen, um die Auswirkungen kontinuierlicher atmosphaerischer Eintraege von Stickstoff (N) auf Laubwaldoekosysteme zu untersuchen. Ziel dieses Projektes ist es, aufbauend auf entsprechenden Untersuchungen im Rahmen frueherer BITOeK-Projekte an Fichtenbestaenden bzw aufbauend auf einem Vorversuch in einem 30 jaehrigen Buchen/Eichen-Mischbestand, (1) die Aufnahme von Mineral-N durch Buchen und Begleitvegetation; (2) die Fluesse und Umsetzungen von N im Buchenwaldoekosystem; (3) den saisonalen Effekt auf N-Aufnahme und Verteilungsmuster und (4) den Einfluss des Bestandesalters auf N-Aufnahme und Verteilungsmuster sowohl qualitativ als auch quantitativ zu klaeren. Die bisherigen Ergebnisse zeigen: (1) Buche nutzt Ammonium und Nitrat ueber die ganze Wachstumsperiode hinweg. Dies steht im Einklang mit den Ergebnissen aus Untersuchungen an Nadelwaeldern. Die untersuchten Buchenbestaende zeigen eine sehr geringe Deckung durch Bodenvegetation. In Fichtenwaeldern stellt die Begleitvegetation einen starken Konkurrenten um Mineral-N, insbesondere fuer Nitrat dar. Die Bodenvegetation spielt daher eine bedeutende Rolle in der Kompensation von N-Eintraegen in Fichtenwaelder. Eine spaerliche Bodenbedeckung in den Buchenbestaenden koennte daher Auswirkungen auf die Nitrataustraege haben. Im Gegensatz zu Fichte nutzt Buche mehr Nitrat als Ammonium. Es gibt gute Hinweise darauf, dass die N-Nutzung von Buchen insgesamt hoeher ist als die von Fichten. Eine hoehere N-Nutzung in Verbindung mit bevorzugter Nutzung von Nitrat koennte, zumindest zum Teil, hoehere Nitrifikationsraten in Laubwaldboeden sowie geringere Beitraege der Begleitvegetation an der N-Aufnahme kompensieren, verglichen mit Nadelwaldoekosystemen. Ein bedeutender Faktor fuer eine effektive Kompensation von N-Eintraegen auf Bestandesebene ist die Bestandesdichte, dh die lebende Biomasse pro Flaeche sein. Daher koennte den Laubbaeumen im Hinblick auf nachhaltiges Forstmanagement in Zukunft eine wichtige Rolle zukommen. (Forschungsbericht 1998).
Studien ueber biogeochemische Prozesse in Oekosystemen vernachlaessigen ueblicherweise Herbivore wegen der experimentellen Schwierigkeiten ihre Haeufigkeit, Verteilung oder bionomischen Strategien zu manipulieren und die Effekte abzuschaetzen. Blattlaeuse sind vergleichsweise leicht zu handhaben und sie koennen die Wuchsleistung ihrer Wirtspflanzen stark beeinflussen. Oft scheiden sie grosse Mengen an Honigtau aus, eine energiereiche Ressource, die die Verteilung und Haeufigkeit von Honigtaukonsumenten, wie Mikroorganismen oder Ameisen beeinflussen kann, die ihrerseits die Wege der Naehrstoffe durch ein Oekosystem beeinflussen koennen. Die Untersuchung ueber die Auswirkungen von Blattlaeusen auf Oekosystemprozesse hatte zwei Ziele: a) zu zeigen, dass Blattlaeuse eine Ursache der raeumlichen und zeitlichen Heterogenitaet in den Naehrstofffluessen eines Oekosystems sind und b) wichtige und unwichtige Informationen auf dem Individuen und Populationsniveau zu identifizieren, wenn Oekosystemfragestellungen untersucht werden. Die verwendeten Untersuchungsmethoden beinhalteten Labor- und Feldexperimente und beruecksichtigten verschiedene Skalen. Auf der Ebene der Individuen wurde gezeigt, dass die Pflanzenqualitaet und Temperatureffekte die Reproduktionsbiologie und Honigtauproduktion von Cinariden entscheidend beeinflussen. Allerdings sind die Kombinationseffekte auf die Fitness der Blattlaeuse nicht trivial. Auf der Ebene der Populationen waren Raeuber-Beute-Beziehungen sowie Blattlaus-Ameisen-Interaktionen fuer die Populationsdynamik der Blattlaeuse bestimmend. Ebenso konnte eine enge Beziehung zwischen der Populationsdynamik der Cinariden auf Fichten und der Populationsdynamik von Mikroorganismen in der Phyllosphaere gezeigt werden. Auf der Ebene des Oekosystems wurde der Weg des Honigtaus und seiner Umsetzungsprodukte (zB DOC, DON, NO3-N, NH4-N) von der Kronentraufe bis zur Bodenloesung in einem Fichtenbestand und in einem Simulationsexperiment verfolgt. Wir konnten zeigen, dass Blattlaeuse signifikant die oberirdischen und unterirdischen Kohlenstoff- und Stickstoffkreislaeufe beeinflussen. Die Verknuepfung der Oekologie von Blattlaeusen und Mikroorganismen mit biogeochemischen Prozessen in Oekosystemen kann das Verstaendnis ueber das Verhalten von Waldoekosystemen erweitern.
Ziel des Projektes war es, mikroskalige Variabilitaeten der Bodenloesungschemie, welche durch Bodenstruktur und Bodenhorizontierung sowie durch die Aktivitaet wachsender Wurzeln hervorgerufen werden, naeher zu untersuchen. Hierzu wurden Mikrosaugkerzen zur Probengewinnung und Kapillarelektrophorese fuer die mikroanalytische Ionenbestimmung eingesetzt. Im Bodenprofil konnten auf kleinster Distanz (kleiner 2 cm) deutliche Gradienten wesentlicher Parameter sowohl der Loesungs- als auch der Festphase festgestellt werden. Es trat in keinem Fall ein Konzentrationssprung an einer Horizontgrenze auf. Auch war es nicht moeglich Regulationsmechanismen zwischen Festphaseneigenschaften und Loesungsphase eindeutig aufzuklaeren. Der deutliche Konzentrationsunterschied zwischen Altot und Alhoch3+ in der Bodenloesung fuehrte zu Differenzen bei der Berechnung der Ca/Al-Verhaeltnisse, die in der Groessenordnung einer Zehnerpotenz lagen. Die von wachsenden Fichtenwurzeln induzierten Veraenderungen der Rhizosphaerenbodenloesung konnten sowohl im Freilandexperiment als auch im Rhizotronversuch in hoher zeitlicher Aufloesung verfolgt werden. Ein durchgaengiges Ergebnis war die Abnahme von Mghoch2+ und Alhoch3+ in Wurzelnaehe. Im Freiland zeigte sich, dass Rhizosphaereneffekte von Heterogenitaeten der Festphase und der Sickerwasserdynamik ueberlagert wurden. Die zeitliche und raeumliche Variabilitaet der Bodenloesungschemie laesst sich durch Mikrosaugkerzen und Kapillarelektrophorese gut erfassen, wobei als wesentlicher Vorteil die Moeglichkeit zur Bestimmung von Alhoch3+ (Al-Toxizitaet) zu nennen ist. Aufgrund der ausgepraegten mikroskaligen Variabilitaet des Naehrstoffangebotes und der deutlichen Konzentrationsgradienten in der Rhizosphaere kann die 'konventionelle' Charakterisierung eines Standortes (Standardsaugkerzen, Mischprobenanalysen) nur zur groben Abschaetzung des aktuellen Naehrstoffangebotes dienen.
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.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 46 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 46 |
| License | Count |
|---|---|
| offen | 46 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 42 |
| Englisch | 11 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 46 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 42 |
| Lebewesen und Lebensräume | 45 |
| Luft | 38 |
| Mensch und Umwelt | 46 |
| Wasser | 39 |
| Weitere | 46 |