Nitrogen deposition in tropical areas is projected to increase rapidly in the next decades due to increase in N fertilizer use, fossil fuel consumption and biomass burning. As tropical forest ecosystems cover about 17 percent of the land surface and are responsible for about 40 percent of net primary production, even small changes in N (and consequently C) cycling can have global consequences. Until now studies an consequences of enhanced N input in tropical forest ecosystems have been very limited and even very rarely addressed its deleterious effects to the environment. There is undoubtedly a huge discrepancy between the expected increase in N deposition in the tropics and the present knowledge an how tropical forest ecosystems will react to this extra input of reactive N. Our research aims at quantifying the changes in processes of N retention (plant growth, biotic and abiotic N immobilization in the soil) and losses (gaseous N losses, nitrification, denitrification, leaching of different forms of dissolved N). Implementation of policy and management tools, like the international trading of carbon credits under the Kyoto Protocol, need researches that allow us to better understand the consequences of environmental change (N deposition) an forest productivity. Our research will have important implications for predicting future responses of forest C cycle to changes in N deposition, and for the role of N deposition in tropical forests to affect potential feedback mechanisms of CO2 fertilization and climate change.
Phosphorus (P) is an essential nutrient for living organisms. Whereas agriculture avoids P-limitation of primary production through continuous application of P fertilizers, forest ecosystems have developed highly efficient strategies to adapt to low P supply. A main hypothesis of the SPP 1685 is that P depletion of soils drives forest ecosystems from P acquiring system (efficient mobilization of P from the mineral phase) to P recycling systems (highly efficient cycling of P). Regarding P fluxes in soils and from soil to streamwater, this leads to the assumption that recycling systems may have developed strategies to minimize P losses. Further, not only the quantity but also the chemistry (P forms) of transported or accumulated P will differ between the ecosystems. In our project, we will therefore experimentally test the relevance of the two contrasting hypothetical nutritional strategies for P transport processes through the soil and into streamwater. As transport processes will occur especially during heavy rainfall events, when preferential flow pathways (PFPs) are connected, we will focus on identifying those subsurface transport paths. The chemical P fractionation in PFPs will be analyzed to draw conclusions on P accumulation and transport mechanism in soils differing in their availability of mineral bound P (SPP core sites). The second approach is an intensive streamwater monitoring to detect P losses from soil to water. The understanding of P transport processes and P fluxes at small catchment scale is fundamental for estimating the P exports of forest soils into streams. With a hydrological model we will simulate soil water fluxes and estimate P export fluxes for the different ecosystems based on these simulations.
Die Funktionen des Waldes sind bedroht: Einträge von Schadstoffen, Risiken des Klimawandels und Einflüsse des Waldmanagements, besonders im Zuge der modernen Holzernte, haben negative Auswirkungen auf das komplexe Ökosystem Wald. Insbesondere den anthropogenen Einfluss durch Erntemaßnahmen gilt es in dieser Hinsicht zu minimieren. Strukturelle Schädigungen des Waldbodens durch stetig an Masse zunehmende Fahrzeuge müssen durch ein intelligentes Waldmanagement vermieden werden. Dabei nimmt der Bodenwassergehalt eine kritische Rolle ein: Verantwortlich für die mechanische Stabilität des Bodens muss dieser Parameter bei dem Maschineneinsatz berücksichtig werden. Dies ist derzeit nicht möglich, da keine zuverlässigen Prognosen der Feuchte in Rückegassen getroffen werden können. Das Ziel des geplanten Projektes ist somit die Untersuchung der jahreszeitlichen Dynamik des Bodenwasserhaushaltes und Ableitung von Prognosen zur räumlichen und zeitlichen Verteilung des Wassergehaltes in Rückegassen. Drei Versuchsstandorte sollen bodenphysikalisch untersucht und Parameter des Bodenwasserhaushaltes innerhalb eines Messnetzes kontinuierlich erfasst werden. Die Daten des intensiven Monitorings werden online in einer Cloud zur Verfügung gestellt, dort verarbeitet und der Wasserhaushalt des Standortes in einer Modellsimulation für die Rückegassen prognostiziert. Kritische Zustände der Befahrbarkeit können so standortspezifisch ermittelt werden. Ziel ist es eine Befahrbarkeitsvorhersage für die Fahrspuren innerhalb des Versuchsstandortes treffen zu können. Vorhersagekarten sollen kritische Bereiche der Befahrbarkeit klassifizieren und ausweisen und Hilfestellung bei der Maschineneinsatzplanung bieten. Das Projekt soll einen Beitrag zur Digitalisierung in der Forstwirtschaft leisten, indem ein automatischer Datentransfer relevanter Parameter zum Wasserhaushalt stattfindet, die jederzeit online über ein Cloudsystem abgerufen werden können.
Aufnahme und Dokumentation der natürlichen Verjüngung auf Kyrill-Flächen; Förderung der Biodiversität vor Ort (Countdown-Prozess 2010) Beitrag des LB Wald und Holz-NRW
In diesem Projekt werden (1) die Wirbellosen und Mikroorganismen in zwei unterschiedlichen Management Typen (2 Düngungslevel, 2 Typen des Jätens) in Palmölplantatgen untersucht, sowie (2) der Einfluss von Baumpflanzungen in Palmölplantagen auf ober- und unterirdische Tiergemeinschaften und Mikroorganismen. Die Wirbellosen werden mit allen verfügbaren Bestimmungsschlüsseln untersucht; mittels der Methode der Stabilen Isotope (15N/13C) und der Neutralfette (NLFAs) wird deren Nahrungsbiologie untersucht; und die Mikroorganismen werden mittels Analyse ihrer Phospholipide und ihrer Gesamtrespiration untersucht.
Die Umweltprobenbank des Bundes (UPB) mit ihren Bereichen Bank für Umweltproben und Bank für Humanproben ist eine Daueraufgabe des Bundes unter der Gesamtverantwortung des Bundesumweltministeriums sowie der administrativen und fachlichen Koordinierung des Umweltbundesamtes. Es werden für die Bank für Umweltproben regelmäßig Tier- und Pflanzenproben aus repräsentativen Ökosystemen (marin, limnisch und terrestrisch) Deutschlands und darüber hinaus für die Bank für Humanproben im Rahmen einer Echtzeitanalyse Blut-, Urin-, Speichel- und Haarproben studentischer Kollektive gewonnen. Vor ihrer Einlagerung werden die Proben auf eine Vielzahl an umweltrelevanten Stoffen und Verbindungen (z.B. Schwermetalle, CKW und PAH) analysiert. Der eigentliche Wert der Umweltprobenbank besteht jedoch in der Archivierung der Proben. Sie werden chemisch veränderungsfrei (über Flüssigstickstoff) gelagert und somit können auch rückblickend Stoffe untersucht werden, die zum Zeitpunkt ihrer Einwirkung noch nicht bekannt oder analysierbar waren oder für nicht bedeutsam gehalten wurden. Alle im Betrieb der Umweltprobenbank anfallenden Daten und Informationen werden mit einem Datenbankmanagementsystem verwaltet und aufbereitet. Hierbei handelt es sich insbesondere um die biometrischen und analytischen Daten, das Schlüsselsystem der UPB, die Probenahmepläne, die Standardarbeitsanweisungen (SOP) zu Probenahme, Transport, Aufbereitung, Lagerung und Analytik und die Lagerbestandsdaten. Mit einem Geo-Informationssystem werden die Karten der Probenahmegebiete erstellt, mit denen perspektivisch eine Verknüpfung der analytischen Ergebnisse mit den biometrischen Daten sowie weiteren geoökologischen Daten (z.B. Daten der Flächennutzung, der Bodenökologie, der Klimatologie) erfolgen soll. Ausführliche Informationen und eine umfassende Datenrecherche sind unter www.umweltprobenbank.de abrufbar.
Die in den äquatornahen Bereichen der Tropen innerhalb des ganzen Jahres relativ gleichbleibenden Lufttemperaturen veranlassten viele Wissenschaftler dazu, zu glauben, dass die Jahrringforschung in den gesamten Tropen nicht bzw. nur sehr schwer möglich ist. Sie gingen von einem kontinuierlichen Wachstum der Bäume und infolgedessen von einem Nichtvorhandensein von Jahrringen aus. In den letzten Jahren gelang es jedoch verschiedenen Wissenschaftlern die Existenz von Jahrringen und Zuwachszonen anderer Periodizität in tropischen Hölzern nachzuweisen. Somit konnten die bereits zu Beginn des 20. Jahrhunderts erbrachten Ergebnisse früher Pioniere auf dem Gebiet der Jahrringforschung bestätigt werden. Zuwachszonen in tropischen Hölzern entstehen dann, wenn die kambiale Aktivität aufgrund ungünstiger Wuchsbedingungen reduziert wird oder zum erliegen kommt. Als Ursache können hier die Trockenphasen in Gebieten mit Trockenzeiten sowie die submerse Phase in periodisch überschwemmten Gebieten genannt werden. Die Periodizität des Wachstums tropischer Bäume zu erkennen und zu verstehen, ist eine wichtige Voraussetzung für die Beantwortung vieler Fragen zu Zustand und Entwicklung der tropischen Wälder. Nur mit diesem Wissen und durch die Kenntnis der Zusammenhänge zwischen Umwelt und Wachstum können ökologische Fragestellungen angegangen, Fragen bezüglich der nachhaltigen Bewirtschaftung tropischer Waldökosysteme geklärt und auch die gerade in jüngster Zeit an Bedeutung gewinnenden Aspekte der Bedeutung der tropischen Wälder für das globale Klimageschehen ausreichend genau beantwortet werden. Das Institut für Waldwachstum erforscht in Zusammenarbeit mit Partnern an der Universidade Federal de Santa Maria (Brasilien) das Wachstum verschiedener wertvoller heimischer Baumarten aus Rio Grande do Sul (Brasilien). Es werden Ansätze zur nachhaltigen Bewirtschaftung naturnaher Wälder hergeleitet. Das Institut für Waldwachstum hat darüber hinaus das Ziel, für tropische Bäume geeignete Analysemethoden zu schaffen, mit deren Hilfe auch große Stichproben weitestgehend automatisiert analysiert werden können. In diesem Zusammenhang besteht eine enge Kooperation in Forschung und Lehre mit Dr. Martin Worbes, Universität Göttingen.
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.
Im Zuge der vierten Bundeswaldinventur (BWI2022) wurden erstmals in ganz Deutschland Proben für die genetische Inventur von sieben Hauptbaumarten gesammelt. Diese durch die Thünen-Institute für Waldökosysteme und Forstgenetik koordinierte deutschlandweite, flächenrepräsentative Probennahme ermöglicht erstmalig einen wirklich fundierten und umfassenden Überblick über die genetische Vielfalt sowie die räumliche Struktur der genetischen Diversität der wichtigsten Waldbaumarten in Deutschland. Anhand der deutschlandweit eingesammelten Proben soll eine hochaufgelöste Karte der genetischen Vielfalt und Struktur der Waldkiefer (Pinus sylvestris L.) erstellt werden. Die Erstellung einer solchen Karte gibt Aufschluss über die aktuelle genetische Vielfalt der Kiefer in Deutschland, die räumliche Verteilung dieser genetischen Vielfalt und den Zusammenhang zwischen genetischer Struktur und Umwelt- sowie Standortfaktoren. Die Kenntnis der genetischen Variation und ihrer Muster ist eine notwendige Grundlage für die nachhaltige Nutzung und Erhaltung forstgenetischer Ressourcen. Das Vorhaben dient damit der genetisch nachhaltigen Bewirtschaftung der Kiefer, dem Schutz ihrer lokalen genetischen Variation und bildet die Grundlage für ein Monitoring künftiger Veränderungen. Es verfolgt somit sowohl forstliche als auch naturschutzfachliche Ziele.
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