Ursachen der räumlichen Heterogenität der Nitratkonzentration im Sickerwasser eines stickstoffgesättigten Waldökosystems
Final Report Abstract
Inhalt des Projektes war die Untersuchung der räumlichen und zeitlichen Heterogenität der Nitratkonzentration im Sickerwasser und deren Ursachen in einem stickstoffgesättigten Waldökosystem vor und nach Kahlschlag. Dazu wurden im April 2005 121 Saugkerzen in einem homogen erscheinenden Fichtenaltbestand eingebaut und monatlich Proben entnommen. Nach den ersten vier Sickerwassermessungen wurden im Juli 2005 20 Intensivmessplätze ausgewählt, die das gesamte bis dahin gefundene Nitratkonzentrationsspektrum abdeckten. An diesen Plätzen wurden zusätzlich Vegetationsaufnahmen und Messungen zum Mikroklima, sowie zum Stoffeintrag durchgeführt. Im Oktober 2005 wurden die Intensivmessplätze destruktiv beprobt und Bodenproben für bodenphysikalische, bodenchemische und bodenbiologische Untersuchungen gewonnen. Im Januar 2006 erfolgte auf der Fläche ein Kahlschlag und ab April 2006 wurde das gleiche Messprogramm auf der neu entstandenen Kahlfläche durchgeführt. Im Altbestand wurden mittlere Konzentrationen von 35,2 bis 21,4 mg l-1 gemessen, mit niedrigeren Werten zum Ende der Vegetationsperiode. Die räumliche Variabilität war hoch (CV% bis 111%), während die zeitlichen Veränderungen an den einzelnen Messplätzen eher gering war (mittlerer CV% = 33%). Die Nitratkonzentration im Sickerwasser zeigte während der gesamten Messperiode im Altbestand eine klare räumliche Strukturierung. Geostatistische Analysen ergaben Autokorrelationslängen von 16 bis 19 m und die strukturbedingte Varianz betrug 65 bis 80 % der gesamten Semivarianz. Nach dem Kahlschlag lagen die mittleren Konzentrationen im April und Mai 2006 unter 10 mg l-1, anschließend stiegen diese bis Dezember 2006 auf über 150 mg l-1. Höchste Werte an einzelnen Messplätzen betrugen mehr als 250 mg l-1, während einige wenige Messplätze unter 5 mg l-1 blieben. Die räumliche Variabilität nach Kahlschlag (mittlerer CV%= 36 %) war deutlich geringer als im Altbestand, die zeitliche dagegen viel höher (mittlerer CV% = 80%). Die räumliche Struktur war wesentlich geringer ausgeprägt. Dies drückte sich in deutlich kürzeren Autokorrelationslängen von 3 - 10 m und einer strukturellen Varianz von zum Teil unter 30% von der gesamten Semivarianz aus. In einem multivariaten Ansatz konnte mit einfach zu erhebenden Parametern 40% der Variabilität des Nitrats im Sickerwasser im Altbestand und 30 % der Variabilität nach Kahlschlag erklärt werden. Zur Erklärung trugen im Altbestand Vegetationsparameter (Deckungsgrade) und Bestandesparameter (BHD und Abstand des Messplatzes vom Stamm) bei. Nach Kahlschlag trugen ebenfalls die Vegetation, die Größe der ehemaligen Bäume und zusätzlich die Menge der Humusauflage und die Sickerwasserspende am Messplatz zur Erklärung der räumlichen Variabilität bei. Es wurde eine sehr hohe Korrelation zwischen dem Nitrat im Sickerwasser und den Nitratgehalten im Boden, gemessen in wässrigen Bodenextrakten, gefunden. Diese Beziehung kann für zukünftige Projekte genutzt werden, um Kosten und Arbeitszeit zu sparen, indem Messplätze gezielt vorab ausgewählt werden. Ebenfalls sehr gute Ergebnisse lieferte die Berechnung der Nitratkonzentrationen im Sickerwasser aus den Nitratgehalten im Boden und Wassergehalten bei Feldkapazität. Auch diese Methode könnte in Zukunft eingesetzt werden, um Zeit und Kosten zu verringern.
Publications
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2006. Untersuchungen zur kleinräumigen Heterogenität der Nitratkonzentration im Sickerwasser am Standort Höglwald. Tagungsband: Forstwissenschaftliche Tagung der TU Dresden, 2006. S. 157
Kohlpaintner, M., Göttlein, A.
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2008. The small-scale pattern of seepage water nitrate concentration in an N saturated spruce forest is regulated by net N mineralization in the organic layer. Plant and Soil
Matejek, B., Kohlpaintner, M., Gasche, R., Huber, C., Dannenmann, M., and Papen, H.
