Dipl.-Lök. Sarah Witte, Doktorandin

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Die Küstenregionen der Nord- und Ostsee sind durch den Klimawandel stark gefährdet. Insbesondere der beschleunigte Meeresspiegelanstieg, zunehmende Häufigkeiten von Sturmfluten und größere winterliche Regenmengen stellen eine Gefahr für die bestehenden Küstenschutzmaßnahmen dar. Das vom BMBF geförderte Verbundforschungsvorhaben COMTESS untersucht anhand von Szenarien die Auswirkungen bewährter und innovativer Maßnahmen zum Küstenschutz auf Ökosystemdienstleistungen und Ökosystemfunktionen unter dem Einfluss des Klimawandels. Dazu werden ökologische, ökonomische und sozialwissenschaftliche Analysen in Küstenräumen Nordwest-Europas durchgeführt und die Szenarien soziologisch und ökonomisch bewertet.

• M.Sc. Carolin Stasch, Doktorandin

Im Rahmen dieses Vorhabens soll die Auswirkung einer wiederholten Gärrestdüngung auf den Stickstoff- sowie den Kohlenstoffhaushalt unterschiedlich genutzter landwirtschaftlicher Flächen (Acker, Grünland) mit Schwerpunkt auf die Auswaschung von Nitratstickstoff ins Grundwasser untersucht werden. Im weiteren Fokus steht eine mögliche Veränderung der Stabilität der organischen Substanz (labil, stabil) mit Konsequenzen für die Stickstoffverteilung. Die praxisorientierten Untersuchungen sind auf sandigen Standorten mit einem erhöhten Nitrataustragspotenzial geplant.

Insbesondere in Hinblick auf einen zunehmenden Flächendruck sowohl hinsichtlich der Anpflanzung von Energiepflanzen als auch hinsichtlich der Lagerung und Ausbringung von Reststoffen aus Biogasanlagen, ist eine Analyse der Wirkung auf Boden und Grundwasser wichtig. Die Ergebnisse sollen zeigen, ob einer aus landwirtschaftlicher Sicht positiven Wirkung, durch eine mögliche Erhöhung der Bodenfruchtbarkeit, eine negative Entwicklung in Richtung einer erhöhten Gefährdung des Grundwassers durch Nitrateinträge gegenüber steht. Auf Grund der Zusammenhänge zwischen organischer Bodensubstanz und Stickstoffgehalten im Boden soll im Rahmen dieses Projektes eine Analyse der Kohlenstofffraktionen im Boden, der Bodenaggregierung sowie eine Erfassung der Stickstoffgehalte im Boden bzw. im Sickerwasser im Verlauf einer zweijährigen Düngung auf erstmals mit Gärreste gedüngten Flächen durchgeführt werden. Darüber hinaus sollen Flächen mit vergleichbaren Bodeneigenschaften untersucht werden, die bereits über einen längeren Zeitraum hinweg mit Gärreste gedüngt wurden. Die gewonnen Ergebnisse sollen klären,

1) welchen Einfluss eine Gärrestdüngung auf die unterschiedliche Kohlenstofffraktionen im Boden hat.

2) inwieweit die Bodenaggregierung und damit das Porensystem des Bodens verändert wird.

3) ob ein Zusammenhang zwischen den Anteilen der Kohlenstofffraktionen und den Stickstoffgehalten im Boden besteht.

4) ob durch eine Gärrestdüngung ein erhöhter Austrag an Nitrat ins Grundwasser stattfindet.

Dr. Olga Kalinina, wissenschaftliche Mitarbeiterin

In vielen Ländern war die Ackernutzung bis vor kurzem stark im Rückgang begriffen. Landwirtschaftlich genutzte Böden wurden umgenutzt oder sie wurden sich selbst überlassen (Selbst-Restaurierung). Diese Entwicklung kann bei bekanntem und unterschiedlichem Alter sich selbst-restaurierender Böden in Chronosequenzen untersucht werden, was für dieses Forschungsvorhaben vorgeschlagen wird. Da der Anteil sich selbst-restaurierender Böden gerade in Russland besonders groß ist, sollen in diesem Vorhaben die chronosequenziellen Veränderungen von Eigenschaften sich selbst-restaurierender Albeluvisole der Taiga und Calcisole und Solonetze der trockenen Steppe untersucht werden. Es werden Veränderungen der Vegetation und der Bodeneigenschaften in Richtung der natürlichen Ausprägungen erwartet sowie Veränderungen in der Quellen-Senkenfunktion für Kohlenstoff. Während, wie bei Selbstrestaurierungen typisch, eine Kohlenstoffsenke für die Albeluvisole angenommen werden kann, ist bei den Calcisolen und Solonetzen eher eine Kohlenstoffquelle zu erwarten. 

In diesem Vorhaben werden die bei Selbst-Restaurierung erwarteten Veränderungen, insbesondere in der Vegetation, Morphologie, im Gefüge, im Nährstoffhaushalt und in der organischen Substanz, bezüglich Quantität, Qualität sowie verschiedener Pools bzw. Fraktionen und Assoziationen untersucht. Letzteres steht aufgrund der Relevanz hinsichtlich des globalen Kohlenstoffkreislaufs im besonderen Focus dieses Projekts.
Um die Dauer der Selbstrestaurierungen bis zum endgültigen Erreichen des natürlichen Bodenzustands und die Verläufe der Selbst-Restaurierungen bei unterschiedlichen Faktorenkonstellationen zu erfassen, werden unterstützend Modellierungen vorgenommen. 

(kürzlich abgeschlossenes Promotionsvorhaben von Dr. Oliver Thomsen)
  
Der Boden erfüllt laut Bundesbodenschutzgesetz unterschiedliche natürliche Funktionen, die durch die zunehmende Verknappung der Ressource Raum gefährdet werden. Zu den tiefgreifensten Eingriffen in die schützenswerten Bodeneigenschaften kommt es dabei durch die Versiegelung bzw. Bebauung der Böden. 
In Form eines hedonischen Preismodells soll untersucht werden, welche ökönomischen und ökologischen Faktoren als erklärende Variablen an der Bodenwertbildung in welcher Form und in welchem Ausmaß beteiligt sind. Dieses Modell erklärt den ökonomischen Wert des Bodens durch seine Eigenschaften. Besonders betrachtet werden sollen dabei die gem. Bundesbodenschutzgesetz schützenswerten Bodenfunktionen Lebensraumfunktion im Hinblick auf die Punkte extremer Standorteigenschaften (Extremstandorte) und Naturnähe sowie die Archivfunktion nach ihrem Kriterium Seltenheit. 
Die Untersuchung findet an den Bodenwerten der Stadt Freiburg im Breisgau statt. Ziel der Arbeit ist es, den Stellenwert des Schutzgutes Boden abzuleiten und zu beziffern, eine ökonomische Sichtweise auf ökologische Fragestellungen zu gewinnen und damit eine Möglichkeit zu finden, ökologische Wertigkeiten in ökonomischen Größen auszudrücken und diese in Überlegungen zu Eingriffen oder Renaturierungen einbeziehen zu können.  

Dr. Olga Kalinina (wiss. Mitarb.) 

In vielen Ländern ist die Ackernutzung im Rückgang begriffen. Landwirtschaftlich genutzte Böden werden umgenutzt oder sie werden sich selbst überlassen (Selbst-Restaurierung). Diese Entwicklung kann bei bekanntem und unterschiedlichem Alter sich selbst-restaurierender Böden in Chronosequenzen untersucht werden, was für dieses Forschungsvorhaben vorgeschlagen wird. Der Anteil sich selbst-restaurierender Böden ist in Russland besonders groß. In diesem Vorhaben sollen deshalb die  chronosequenziellen Veränderungen von Eigenschaften sich selbst-restaurierender Böden Russlands in der Podsol-Taiga-Zone und der Tschernosem-Steppe-Zone untersucht werden. Eine vorläufige Untersuchung, die mit diesem Vorhaben verifiziert und ergänzt werden soll, liegt vor. Danach ergeben sich bezüglich der organischen Substanz der Böden selbst nach vielen Dekaden der Selbst-Restaurierung kaum Veränderungen in ihren Gesamtgehalten. 

In diesem Vorhaben sollen die bei Selbst-Restaurierung erwarteten Veränderungen insbesondere in der Morphologie, im Gefüge, im Nährstoffhaushalt und in der organischen Substanz bezüglich Quantität, Qualität sowie verschiedener Pools bzw. Fraktionen und Assoziationen untersucht werden. Letzteres steht aufgrund der Vorstudie und der Relevanz hinsichtlich des globalen Kohlenstoffkreislaufs im Focus dieses Projekts.   

(Dr. Kirsten Madena, ehemalige wiss. Mitarb.) 

According to the IPCC climate change conditions will induce several risks for coastal regions in respect of rising sea level, increasing probability and frequency of storm tides as well as increasing temperatures and increasing precipitation rates. One of the most affacted of the Lower Saxony coastal zone is the county of the “Wesermarsch”. The most distributed soils there are Gleysols and Fluvisols (Marschböden) and Histosols (Moorböden), some of situated below sea level. Thus the focus of this study is set on this region. 
The above described impacts will result in landscape changes and thereby in changes of soil properties and soil functions. Consequently the aim this project is to investigate the impact of predicted climate change conditions on soil properties and soil functions. Several szenarios have to be checked, for example the compliance of the soil retention functions. Do they improve with increasing temperatures, increasing precepitation rates, increasing salinity, etc.? And what about the other soils functions? Because of the implemantation of the compliances of soil functions with aspects of soil conservation these questions are fundamental in the current pedological debate and are to be solved in this study. 

(abgeschlossenes Promotionsvorhaben von Dr. Marie Spohn)

Gegenwärtig steigt der Anteil der Ackerflächen an der gesamten Landfläche der Bundesrepublik Deutschland dramatisch. Dabei werden zunehmend auch sog. Grenzerwerbsstandorte, bzw. Böden mit angepasster Weidenutzung, wie hydromorphe anorganische Böden, in Ackernutzung überführt, mit erheblichen Konsequenzen für die Kohlenstoffdynamik. In diesem Vorhaben soll daher die Kohlenstoffspeicherung in und die Kohlenstofffreisetzung aus hydromorphen mineralischen Böden untersucht werden. Im Mittelpunkt dabei stehen die Kohlenstoffvorräte bei unterschiedlicher Landnutzung und die Stabilität der einzelnen Kohlenstofffraktionen. Um diese Ziele zu erreichen, sollen Chronosequenzen unterschiedlich lange ackerbaulich genutzter hydromorpher Böden untersucht werden sowie hydromorphe Böden unter Grünland und unter Wald. Der Vergleich unterschiedlich lange genutzter Böden soll eine Abschätzung der CO2-Emission ermöglichen, die eine zukünftige Änderung der Landnutzung bewirken würde. Das hier vorgeschlagene Forschungsprojekt lässt somit nicht nur wichtige Ergebnisse für einen klimagerechten Bodenschutz erwarten, sondern darüber hinaus auch Ergebnisse über CO2-Emissionsraten aus Böden, die eine notwendige Ergänzung aktueller Klimamodelle darstellen.

(abgeschlossenes Promotionsvorhaben von Dr. Sabine Kunzmann)

Vor allem die hohe Konsumorientierung in den Industrienationen führt zu mehr oder minder intensiven Eingriffen in die natürliche Umwelt. Dadurch erfährt u. a. der Boden zahlreiche Beeinträchtigungen, insbesondere durch stoffliche Einträge, Übernutzung, Bodenversiegelung und Bodenabtrag. In der Konsequenz werden die betroffenen Böden je nach Nutzungsart und -intensität geschädigt oder zerstört. Dies ist besonders deshalb als kritisch anzuse­hen, da es sich bei dem Boden um eine begrenzte und zudem nicht-erneuerbare Ressource handelt, welche darüber hinaus eine grundlegende Stellung im Naturhaushalt einnimmt.

Aus ökologischer Sicht ist es daher von Interesse, ob und inwieweit sich die Anzahl und Intensität der Eingriffe vermindern lassen und ob Bewertungsmaßstäbe entwickelt werden können, welche die Schutzwürdigkeit sowie Schutzbedürftigkeit unterschiedlicher Böden abbilden.

Mit dieser Studie werden vor allem nachstehende Ziele verfolgt:

• Prüfung der Eignung ausgewählter umweltpolitischer/umweltrechtlicher Instrumente zum Schutz des Bodens,
• Analyse ausgewählter rechtlicher Bestimmungen zum Schutz des Bodens,
• Effektivierung des Bodenschutzes durch Empfehlungen für einen Instrumenten-Mix,
• Entwicklung von Vorschlägen für den Vollzug des Bodenschutzes in der Bauleitplanung,
• Gewinnung und Nutzung von Bodeninformationen für die Bauleitplanung,
• Konzeption eines Auswahlverfahrens für die abschließende Gewichtung und Bewertung von Bodeninformationen in der Bauleitplanung.

Die Abhandlung ist - dem Studiengang der Landschaftsökologie entsprechend - interdisziplinär ausgerichtet und verbindet bodenkundliche mit umweltpolitischen und umweltrechtlichen Aspekten.

Dissertation

(abgeschlossenes Promotionsverfahren von Dr. Sven Kruse-Irmer)

The aim of this study was to investigate the mobility and binding forms of radiocesium more than ten years after the deposition in undisturbed grassland and forest soils with different physicochemical properties (e.g. Histosols, calcic Regosols, Cambisols) in the southeast of Bavaria. Besides the examination of the vertical distribution, two sequential extraction procedures were investigated (using e.g. XRD and FTIR spectroscopy) concerning their selectivity and efficiency to ascertain different ¹³⁷Cs-binding forms. Consequently, the sequential extraction procedures were applied to various mineral and peat soils and to humus layers. Furthermore, soil-to-plant experiments were conducted to ascertain the bioavailability of radiocesium.
The vertical distribution of ¹³⁷Cs in the investigated soils was low. Over 90 % of ¹³⁷Cs were located in the upper 10 cm of the soils. A distribution at greater depth was observed in the peat soils, where only 73-87 % was located at the same depth. The different vertical distribution of ¹³⁷Cs in the mineral soils can primarily be explained by the initial deposition / infiltration and a downward movement with solid soil particles by bioturbation and to a less extent with the physicochemical properties of this soils. The low migration of ¹³⁷Cs in the mineral soils is due to the specific sorption in the interlattice of expandable clay minerals, like smectites and vermiculites and in the frayed edge sites of illites. Since there are no exchangeable clay minerals in the peat soils, it seems that ¹³⁷Cs were immobilized by organic substances.
Moreover, the results of the sequential extractions and the soil-to-plant experiments shows a higher mobility and bioavailability of radiocesium in the peat soils and in the humus layers, where 11-24 % of the total ¹³⁷Cs were in the saturation extract and reversibly sorbed. In the mineral soils, only 1-5 % were located in these fractions. Furthermore, in comparison to the mineral soils a higher radiocesium transfer into plants was observed in the organic soils.
This different behaviour in mineral and organic soils is explained by to a low content of clay minerals and a high Corg-content in the peat soils and humus layers. The different amounts of ¹³⁷Cs observed in the various fractions of the mineral soils cannot be explained by the physicochemical properties.
Despite the high mobility and bioavailability of ¹³⁷Cs in the humus layers, the downward migration was low. Obviously, plant uptake plays an important role in the immobilization of radiocesium in humus layers of forest soils. Thus, radiocesium is suggested to be involved in a short cut element circle in the system humus layer-plant uptake-litter. Therefore, radiocesium remains bioavailable until its physical decay in humus layers.