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Zusammenfassung Heft 37


Freiburger Bodenkundliche Abhandlungen

Schriftenreihe des

Institut für Bodenkunde und Waldernährungslehre
der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg i.Br.
Schriftleitung: P. Trüby


Heft 37


Ernst E. Hildebrand (Hrsg.)

Der Gashaushalt von Waldböden:
Messung, Modellierung und ökologische Bedeutung

Teil 1:
H. Schack-Kirchner und E.E. Hildebrand: Prozessmonitoring mit Gaskonzentrationsmessungen in Waldböden
Teil 2:
B. Metzler: Feinstwurzelgesundheit der Fichte in unterschiedlich durchlüfteten Bodenhorizonten

Freiburg im Breisgau 1998

ISSN 0344-2691


Zusammenfassung:

Teil 1: "Prozessmonitoring mit Gaskonzentrationsmessungen in Waldböden" (Schack-Kirchner & Hildebrand)

Die Zusammensetzung der Bodenluft wurde auf drei südwestdeutschen Waldstandorten mit unterschiedlichem Lufthaushalt (Pseudogley im Alpenvorland, grusige Braunerde aus Paragneis im mittleren Schwarzwald, und schwach pseudovergleyte Braunerde aus mittlerem Buntsandstein im Nordschwarzwald) mit hoher vertikaler Auflösung in 14tägigem Rhythmus in mehrjähriger Zeitreihe untersucht. Die gaschromatografische Analyse erfolgte im Labor an Bodenluftproben, die mit einem konvektionsfreien Verfahren gesammelt wurden.

Die Identifikation der beteiligten Prozesse erfolgte durch Vergleich gemessener Konzentrationsrelationen mit Modellrelationen, die auf den unterschiedlichen diffusiven Mobilitäten der Bodenluftbestandteile basieren. Als besonders aussagekräftig hat sich dabei die Beziehung zwischen N2 und CO2 erwiesen. Der Verlauf dieser Funktion ermöglicht die Ausscheidung von 3 diskreten Gashaushaltstypen. Im Falle optimaler Bodenbelüftung sinkt mit zunehmender C02-Konzentration die N2-Konzentration geringfügig ab, im Falle eingeschränkter Bodenbelüftung steigt sie stark an, da CO2 im Bodenwasser gelöst wird. Bei anaerober Atmung, also CO2-Freisetzung ohne entsprechenden O2-Verbrauch, kulminiert die N2/CO2-Relation durch N2-Verdrängung. Eine qualitative Abgrenzung zwischen relativer N2-Anreicherung und N2-Produktion ist anhand der  Relation zwischen Ar und N2 möglich. Modellrechnungen zeigen jedoch, dass wegen des hohen relativen Analysefehlers bei der Argon-Bestimmung, die Quantifizierung der Denitrifikation über die Ar/N2-Relation nur im Falle hoher Denitrifikationsraten und geringer Gasdiffusionskoeffizienten möglich ist.

Wenn anhand der Prozessindentifikation die Annahmen des Fick'schen Gesetzes bestätigt werden, können durch Zusammenführen von Gaskonzentrationsprofilen und gemessenen Gasdiffusionskoeffizienten Tiefenprofile der Gasumsätze berechnet werden.

Als zweckmäßiger Ansatz zur Differentiation erweist sich die Regressionsanpassung einer quadratischen Spline Funktion mit definierten Unstetigkeiten der 1. Ableitung an den Horizontgrenzen als mechanistisches Modell. An der Schnittstelle zur Atmosphäre wurden die Bodengasflüsse zusätzlich durch einen linearisierenden Ansatz berechnet. Die jährlichen Freisetzungsraten von CO2-C an den beiden Braunerde-Standorten liegen zwischen 5 und 6 t/ha/a, die des N2O-N um 1 kg/ha/a. Am Buntsandsteinstandort findet die Respiration überwiegend (72%) im Ah und AhBv statt. Die Variabilität der horizontspezifischen Respirationsraten lässt sich zu 45 bis 91% mit der Temperatur in einem Q10-Modell erklären. Im Gegensatz zum CO2 wird N2O nur zu 30% im Ah und Bv, aber zu 45% in der organischen Auflage und zu 25% im Bv produziert und. Die Gradientenmethode zur Bestimmung von Bodengasflüssen erweist sich unter der Vorraussetzung, dass zuverlässige Zeitverläufe der Diffusionskoeffizienten bereitgestellt werden können, als preisgünstige und störungsarme Alternative zu Kammermessungen.

Teil 2: "Feinswurzelgesundheit der Fichte in unterschiedlich durchlüfteten Bodenhorizonten" (Metzler)

Begleitend zu intensiven Messungen des Gashaushalts in verschiedenen Böden an drei Standorten mit aufstockenden Fichtenbeständen im Südwesten Baden-Württembergs wurden als wesentliche Faktoren der Feinstwurzelgesundheit die Wurzelverteilung, die Mykorrhizierung sowie der Besatz mit Pilzen unterschiedlicher Pathogenität untersucht.

An allen drei Standorten (Stockach I und II, Berneck I und II, Conventwald) ist das schwache Pathogen Mycelium radicis atrovirens der mit Abstand am häufigsten aus insgesamt 1353 Feinstwurzelstücken isolierte Pilz (36% von 2261 Isolaten aus etwa 70 Pilzarten). Bisher unbekannt war die generelle Zunahme der Frequenz und der Dominanz dieses Pilzes mit zunehmender Bodentiefe. Am Pseudogley-Standort Stockach erreicht er bereits im Ah-Horizont sehr hohe Besiedelungsdichten. Seine ökologische und pathologische Bedeutung für Fichtenwurzeln wird diskutiert.

Der Pseudogley-Standort Stockach ist gekennzeichnet von einer extremen Konzentration der Feinstwurzelmasse auf den Ah-Horizont, sowie durch den mit Abstand höchsten Besatz an pathogenen Pilzen (u.a. Pythium sp., Cryptosporiopsis abietina) in den Feinstwurzeln. Dies wird mit den geringen Sauerstoffgehalten in Verbindung gebracht, die hier in 50% der Messungen die 10%-Marke unterschreiten. Die stark eingeschränkte Tiefendurchwurzelung ist damit nicht nur über die direkte Hemmung des Wurzelwachstums durch Anaerobie zu erklären, sondern auch über einen erhöhten Infektionsdruck durch pathogene Pilze.

Eine Überlockerung des Bodens ist für den Standort Conventwald (Braunerde aus Paragneiszersatz) anzunehmen. Die hier insgesamt geringe Wurzelmasse weist den schwächsten Gradienten in Abhängigkeit von der Bodentiefe auf. Der Pathogenbesatz, insbesondere duch Cylindrocarpon destructans ist gegenüber den beiden Berneck-Flächen (Parabraunerde) leicht erhöht.


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