Nährstoffbelastung und Naturschutz

Question 1

Nährstoffbelastung (Eutrophierung) und Naturschutz

- einige ausgewählte Aspekte

Answer 1

1. Nährstoffaufnahme und -nutzung durch die Vegetation
2. Nährstoffverfügbarkeit, N bzw. P durch Primärproduktion
3. Primärproduktion und Biodiversität

Question 2

Typische Konzentrationen von einigen ausgewählten Nährelementen in Oberböden und Pflanzen

Answer 2

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

Question 3

Wovon hängt N- Pflanzenverfügbarkeit ab?

Answer 3

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

Question 4

Wie hängen N und C im Blatt zusammen?

Answer 4

• 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

Question 5

Was findet bei N-Mangel statt?

Answer 5

• 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

Question 6

Biomassenproduktion und Vegetationsstruktur: Wie korrelieren Photosynthesekapazität und N sowie SLA?

Answer 6

Sie korrelieren positiv: um so größer die SLA und der N-Gehalt, umso höher die Photosynthesekapazität
R2=0,85

Question 7

Wie reagieren nährstoffarme Offenlandökosysteme, wie zum Beispiel die Calluna-Heiden auf N-Deposition?

Answer 7

Sie reagieren drastisch wegen enger Beziehung zwischen N- und C-Assimilation. Bsp: Vergrasung

Question 8

Wirkung der N-Depsition auf Calluna-Heiden in der Lüneburger Heide?

Answer 8

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

Question 9

Wirkung einer Nährstoffzufuhr auf die Vegetationsstruktur einer Wiese..

Answer 9

Verlagerung des Biomassenschwerpunktes nach oben (Höhe der Vegetation steigt)

Question 10

Strukturunterschiede der Nährstoffarme vs. Nährstoffreiche Wiesen?

Answer 10

Nährstoffreich: höhere Vegetation (Kohldistel)

Nährstoffarm: stärkere Verwurzelung (Goldhafer)

Question 11

Welche Arten sind am meisten gefährdet in Brandenburger basiphilen Trockenrasen? Management?

Answer 11

Arten mit gerigem N-Bedarf und niedriger SLA (hoher Lichtbedarf)
Pflege durch Mahd, besser durch Schafbeweidung unterstützt Arten

Question 12

Wie beeinflusst die Massentierproduktion atmosphärisches Ammonium?

Answer 12

Es ist eine Quelle des atmosph. Ammoniums:

Die Zentren der Ammonium-Emissionen + Ammonium-Konz. im Regen in NRW sind zugleich die Zentren der Tierproduktion

Question 13

Ammonium Emissionen pro Milchkuh

Answer 13

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

Question 14

Wie groß ist die N-Retention im Boden und in der Vegetation?

Answer 14

Bis zu 10 kg N/ha /a eingetragener N werden in Oberboden und Vegetation zurückgehalten
Alles darüber hinaus wird proportional ins Grundwasser ausgetragen

Question 15

Was bewirken Ammonium-Niederschläge im Boden?

Answer 15

Nitrifikation und Ammonium-Assimilation: produziert H+ Ionen -> Basenverarmung des Oberbodens -> Auswaschung zusammen mit Anionen (z.B. Nitrat)

Question 16

Wie differenziert Nitrat- und DOC-Auswaschung durch Sickerwasser die Böden?

Answer 16

Kuppe: bodensauer, Kationen-arm und N-arm
Hangfuß: neutral bis schwach alkalisch, Kationen- und N-reich

-> Entzug von Substrat für mikrobielle Aktivität

Question 17

Kuppen- und Muldendifferenzierung ab Beispiel von Talsandinseln/Flutmulden

Answer 17

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

Question 18

Phosphor im Boden und seine Verfügbarkeit

Answer 18

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

Question 19

Einflüsse auf die Auswaschbarkeit von P aus dem Oberboden

Answer 19

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

Question 20

Unterschiedliche Mobilität von N und P

Answer 20

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

Question 21

N-Gehalt des Bodens, speziell das C/N-Verhältnis beeinflusst die Mineralisierungsrate

Answer 21

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

Question 22

Was für ökologische Folgen hat N-Aufnahme aus untersch. anorg. Quellen?

Answer 22

Auschl. Nitrat-Ernäherung führt zur Anhebung des pHs

Auschl. Ammonium-Ernäherung zur pH-Senking des Bodens

Question 23

Nutzung verschiedener N-Quellen: N2

Answer 23

Leguminosen (Knöllchenbakterien), Alnus glutinosa

Question 24

Nutzung verschiedener N-Quellen: NH4+

Answer 24

vorzugsweise durch Helophyten (geringe Nitrat-reduktaseaktivität)

Question 25

Nutzung verschiedener N-Quellen: NO3-

Answer 25

ausgeprägt an nicht nassen Standorten

Question 26

Nutzung verschiedener N-Quellen: Aminosäuren

Answer 26

auf N-Mangelstandorten z.B. boreale Wälder

Question 27

Nutzung verschiedener N-Quellen: NH4+, NOx

Answer 27

aus dem Niederschlag, Aufnahme über die Blätter

Question 28

Verschiedene N-Quellen

Answer 28

N2, NH4+, NO3-, Aminosäuren, Nox

Question 29

In Gewässern wirkt meist P limitierend auf die Primärproduktion, auf dem Land ist es eher N- warum?

Answer 29

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

Question 30

Primärproduktion und Biodiversität
Beobachtung: im Zuge der Eutrophierung von Standorten verschwinden Arten
-Verallgemeinbar?
-Nimmt Artenvielfalt mit zunehmender Primärproduktion ab? Oder ist es komplexer?

Answer 30

Viele Alternativhypothesen:

1. Schwierige quantitative Bestimmbarkeit von Biodiversität
2. Enorme Komplexität der Einflüsse auf die Biodiversität
3. 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)

Question 31

Sind Ökosystemen mit geringer Diversität weniger schüztenswert?

Answer 31

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.

Question 32

Grundsätzliche Möglichkeiten zur Verminderung des Nährstoffniveaus in Ökosystemen: Phosphor

Answer 32

• 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)

Question 33

Grundsätzliche Möglichkeiten zur Verminderung des Nährstoffniveaus in Ökosystemen: Stickstoff

Answer 33

• 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

Question 34

Grundsätzliche Möglichkeiten zur Verminderung des Nährstoffniveaus in Ökosystemen: Stickstoff und Phosphor - Moore

Answer 34

Moore sind oft durch Entwässerung eutrophiert (Mineralisierung)- Wiedervernässung führt aber zu einem starken temporären P-Export (an Fe(III) gebundener und zwischengespeicherter P)