Nährstoffbelastung und Naturschutz Flashcards
Nährstoffbelastung (Eutrophierung) und Naturschutz
- einige ausgewählte Aspekte
- Nährstoffaufnahme und -nutzung durch die Vegetation
- Nährstoffverfügbarkeit, N bzw. P durch Primärproduktion
- Primärproduktion und Biodiversität
Typische Konzentrationen von einigen ausgewählten Nährelementen in Oberböden und Pflanzen
Pflanzen:
N:P = 16,7 (atomar)
N:P = 7,8 (g:g)
Oberboden: mehr Eisen, manchmal Calcium + Stickstoff
Pflanzen: mehr K, P, S, manchmal N, Ca, Mg
Wovon hängt N- Pflanzenverfügbarkeit ab?
Hängt von der Mineralisierungsrate im Boden ab. Wird durch ein niedriges (enges) C/N-Verhältnis begünstigt.
Durch Mineralisierungsprozesse größtenteils auswaschbar (Nitrat und Ammonium) und direkt Pflanzenverfügbar
Grünland > Wald
Wie hängen N und C im Blatt zusammen?
- hoher N-Bedarf für Phytosyntheseapparat
- C-Assimilation, N-Versorgung und relative Wachstumsrate stehen in der Pflanze im direkten Zusammenhang
- C/N-Verhältnis: begrenzt variabel durch das Verhältnis Kohlenhydrate: Proteine
Was findet bei N-Mangel statt?
- Keine ausreichende Verwertung der Photosyntheseprodukte mehr -> Drosselung
- führt zum C-Überschuss, und C-Mangel zum N-überschuss
- Vegetation welches gut mit Licht versorgt ist tendiert leicht zur N-Limitation des Wachstums
- > Hochmoorpflanzen weisen trozt Nässe oft xeromorphe Merkmale auf wegen Überproduktion von Kohlenhydraten bei N-Mangel
Biomassenproduktion und Vegetationsstruktur: Wie korrelieren Photosynthesekapazität und N sowie SLA?
Sie korrelieren positiv: um so größer die SLA und der N-Gehalt, umso höher die Photosynthesekapazität
R2=0,85
Wie reagieren nährstoffarme Offenlandökosysteme, wie zum Beispiel die Calluna-Heiden auf N-Deposition?
Sie reagieren drastisch wegen enger Beziehung zwischen N- und C-Assimilation. Bsp: Vergrasung
Wirkung der N-Depsition auf Calluna-Heiden in der Lüneburger Heide?
Calluna Vulgaris (Sproß:Wurzel- groß): 80% des Ns wird von Blättern abgefangen (Interzeption)-> geringe N-Aufnahme aus dem Boden wegen schwacher Wurzelentwicklung
Avenella flexuosa (Sproß:Wurzel- kleiner): 50% N erreicht Boden; hohe N-Aufnahme aus dem Boden wegen guter Wurzelentwicklung und N-Ausbeute im Boden -> Vergrasung statt üppige Bodenvegetation
Wirkung einer Nährstoffzufuhr auf die Vegetationsstruktur einer Wiese..
Verlagerung des Biomassenschwerpunktes nach oben (Höhe der Vegetation steigt)
Strukturunterschiede der Nährstoffarme vs. Nährstoffreiche Wiesen?
Nährstoffreich: höhere Vegetation (Kohldistel)
Nährstoffarm: stärkere Verwurzelung (Goldhafer)
Welche Arten sind am meisten gefährdet in Brandenburger basiphilen Trockenrasen? Management?
Arten mit gerigem N-Bedarf und niedriger SLA (hoher Lichtbedarf)
Pflege durch Mahd, besser durch Schafbeweidung unterstützt Arten
Wie beeinflusst die Massentierproduktion atmosphärisches Ammonium?
Es ist eine Quelle des atmosph. Ammoniums:
Die Zentren der Ammonium-Emissionen + Ammonium-Konz. im Regen in NRW sind zugleich die Zentren der Tierproduktion
Ammonium Emissionen pro Milchkuh
36 kg N/a (6mal mehr als ein Kfz NOx-N/a freisezt)
200g Schnitzel -> 3,5 l Gülle
NRW: N-Emission von 15 kg N /ha /a aus Rinderzucht
Wie groß ist die N-Retention im Boden und in der Vegetation?
Bis zu 10 kg N/ha /a eingetragener N werden in Oberboden und Vegetation zurückgehalten
Alles darüber hinaus wird proportional ins Grundwasser ausgetragen
Was bewirken Ammonium-Niederschläge im Boden?
Nitrifikation und Ammonium-Assimilation: produziert H+ Ionen -> Basenverarmung des Oberbodens -> Auswaschung zusammen mit Anionen (z.B. Nitrat)
Wie differenziert Nitrat- und DOC-Auswaschung durch Sickerwasser die Böden?
Kuppe: bodensauer, Kationen-arm und N-arm
Hangfuß: neutral bis schwach alkalisch, Kationen- und N-reich
-> Entzug von Substrat für mikrobielle Aktivität
Kuppen- und Muldendifferenzierung ab Beispiel von Talsandinseln/Flutmulden
Sandkuppe: relative P-Akkumulation wegen oxidativer Verhältnisse und oberflächennahen N-Auswaschung
Flutmulde: relativer P-Export, wegen überwiegend reduktiver Verhältnisse
-> Vegetation ist auch differenziert:
Talsandinseln: nährstoffarme Silikatmagerrasen
Hangabwärts: nährstoffreiche Flutrasen + Röhrdichten
-> Düngung: Vergleichmäßigung der Nährstoffverhältnisse und Artenverarmung
Phosphor im Boden und seine Verfügbarkeit
Auengrünland: 40.4% fast vollständig immobil, kann aber durch Säureausscheidung pflanzenverfügbar gemacht werden
anorg. geb. P (an Ca, Fe, Al): 2,9% leicht mobil, gelöst, sorbiertes Phosphat
P-Versorgung hängt nicht direkt von der Mineralisierungsrate ab
Einflüsse auf die Auswaschbarkeit von P aus dem Oberboden
P in der Bodenlösung:
- sorbiertes P (Sorptionskapazität, pH)
- Bindung als anorganisches Phosphat bzw. Sorption an Metalloxiden (Fällung, Lösung, pH, Redoxpot.)
- organisch gebundener P (pH,Feuchte, Temp., Mineralisierung, Immobilisierung)
- P-Bindung in Mikroben und Pflanzen
-> Im Neutralbereich und bei hohem Redoxpotential und geringer Feuchte ist P-immobilisierung im Boden sehr hoch
Unterschiedliche Mobilität von N und P
Mit zunehmender Bodentiefe und Geländetiefe nimmt der N-Gehalt relativ zum P-Gehalt zu - schnellere Verlagerung des N mit dem Sickerwasser
(Trockenstandorte sind daher eher N-arm)
N:P Verhältnis in Senke höher als auf Kuppe
N-Gehalt des Bodens, speziell das C/N-Verhältnis beeinflusst die Mineralisierungsrate
Die organische Substanz von Böden enthält natürlicherweise nicht genügend N für den Aufbau von Bakterienbiomasse, d.h. der vollständige Abbau der org. Substanz ist stark verzögert oder sogar verhindert.
Mineralische N-Düngung erhöht die Abbaubarkeit der organischen Bodensubstanz, deren Erhaltung jedoch von großer Bedeutung ist.
-> Abbaudauer steigt mit C/N Verhältnis
Was für ökologische Folgen hat N-Aufnahme aus untersch. anorg. Quellen?
Auschl. Nitrat-Ernäherung führt zur Anhebung des pHs
Auschl. Ammonium-Ernäherung zur pH-Senking des Bodens
Nutzung verschiedener N-Quellen: N2
Leguminosen (Knöllchenbakterien), Alnus glutinosa
Nutzung verschiedener N-Quellen: NH4+
vorzugsweise durch Helophyten (geringe Nitrat-reduktaseaktivität)
Nutzung verschiedener N-Quellen: NO3-
ausgeprägt an nicht nassen Standorten
Nutzung verschiedener N-Quellen: Aminosäuren
auf N-Mangelstandorten z.B. boreale Wälder
Nutzung verschiedener N-Quellen: NH4+, NOx
aus dem Niederschlag, Aufnahme über die Blätter
Verschiedene N-Quellen
N2, NH4+, NO3-, Aminosäuren, Nox
In Gewässern wirkt meist P limitierend auf die Primärproduktion, auf dem Land ist es eher N- warum?
Phytoplankton: (Mikrophyten)
- hohe Wachstumsrate
- Nährstoffaufnahme nur aus dem Wasserkörper (oft P-lim)
Makrophyten:
- geringe Wachstumsrate
- Nährstoffaufnahme aus Wasserkörper und Boden -> gutes Wachstum auch bei sehr niedrigen Konz. in Wasser
Starke Nährstoffzufuhr in den Wasserkörper führt zum Vegetationswechsel von Makrophytendominanz zur Mikrophytendominanz
Primärproduktion und Biodiversität
Beobachtung: im Zuge der Eutrophierung von Standorten verschwinden Arten
-Verallgemeinbar?
-Nimmt Artenvielfalt mit zunehmender Primärproduktion ab? Oder ist es komplexer?
Viele Alternativhypothesen:
- Schwierige quantitative Bestimmbarkeit von Biodiversität
- Enorme Komplexität der Einflüsse auf die Biodiversität
- Räumlich und zeitlich extrem heterogene Struktur von Ökosysteme. Diversität manifestiert sich für die einzelnen Organismengruppen in sehr unterschiedlichen Raum- und Zeitdimensionen
-> Arten(oligotroph) > Arten(meso-/eutroph)
Sind Ökosystemen mit geringer Diversität weniger schüztenswert?
Aus der in der Regel geringeren Diversität in wenig produktiven Ökosystemen folgt nicht, dass diese für den Naturschutz weniger bedeutsam sind.
In diesen, zumeist stressreichen, Habitaten leben viele hochspezialisierte Arten, die oft vom Aussterben bedroht sind.
Grundsätzliche Möglichkeiten zur Verminderung des Nährstoffniveaus in Ökosystemen: Phosphor
- in terrestrische Ökosystemen keine besonderen Anstrengungen erforderlich (P kein Minimumfaktor)
- in Gewässern Verminderung der P-Mobilität (O2 -> Bindung von P an Fe (III)) oder Export von P (z.B. Entschlammung)
Grundsätzliche Möglichkeiten zur Verminderung des Nährstoffniveaus in Ökosystemen: Stickstoff
- in terrestrischen Ökosystemen Aushagerung durch natürliche Auswaschung (Sickerwasser) und durch ständige Biomasseentnahme
- in Gewässern keine besonderen Anstrengungen nötig, da N natürlicherweise durch Denitrifikation entfernt wird
Grundsätzliche Möglichkeiten zur Verminderung des Nährstoffniveaus in Ökosystemen: Stickstoff und Phosphor - Moore
Moore sind oft durch Entwässerung eutrophiert (Mineralisierung)- Wiedervernässung führt aber zu einem starken temporären P-Export (an Fe(III) gebundener und zwischengespeicherter P)
