Abgeschlossene Bachelorarbeiten

Die genaue Messung des Matrixpotenzials ist grundlegend für die Analyse der Wasserdynamik in der vadosen Zone. Es gibt zahlreiche Instrumente und Techniken für die direkte und indirekte Messung des Matrixpotenzials im Boden, jedoch gibt es keine, die den gesamten Potenzialbereich abdecken kann. Das Tensiometer ist eine genaue Technik zur direkten Bestimmung des Matrixpotenzials, welche aber auf relativ feuchte Bedingungen beschränkt ist. Sensoren, die das Matrixpotenzial über diesen Bereich hinaus messen können, werden als poröse Äquivalentmedien klassifiziert. Fehlerquellen bei dieser Art von Matrixpotenzialsensoren resultieren aus verzögerter Reaktionszeit, vor allem unter Bedingungen mit hoher zeitlicher Dynamik, aus unzureichender Kalibrierung, durch Hysterese der Retentionskurve und aus Verlust des hydraulischen Kontaktes zwischen Keramik und Boden. Die Kombination verschiedener Messtechniken zur Abdeckung des ganzen Matrixpotenzialbereichs und Erstellung der Retentionskurve ist eine gängige Praxis. Auf dem Markt gibt es Sensoren, die zu den porösen Äquivalentmedien gehören und die laut den Herstellern einen sehr weiten Messbereich, von (nahe) Sättigung bis lufttrocken oder sogar ofentrocken, abdecken. In dieser Arbeit wurden zwei kommerziell vertriebene Matrixpotenzialsensoren auf ihre Leistungsfähigkeit, sowohl im feuchten als auch im trockenen Bereich, getestet. Dies wurde in einem Verdunstungsversuch im Labor durchgeführt, in welchem die Sensoren in einen Testboden eingebettet wurden.

Der Klimawandel kann nach Modellrechnungen zu länger anhaltenden Trockenperioden in bestimmten Regionen der Erde führen. Dies ist vor allem für die Landwirtschaft auf Böden mit geringer Wasserspeicherfähigkeit problematisch. Eine Möglichkeit die Speicherfähigkeit der Böden für Wasser zu vergrößern ist den Anteil an organischer Substanz durch geschicktes Management zu erhöhen. Dies kann durch Einarbeitung von Ernterückständen oder Biokohle aber auch durch den Anbau von Zwischenfrüchten geschehen. Je nach Einarbeitung wirkt sich dies auf die oberen 5 bis 30 cm eines Bodens aus. Die These für diese Bachelorarbeit lautet, dass durch die Erhöhung des Humusgehaltes und damit der Wasserspeicherfähigkeit im Oberboden mehr Wasser oberflächennah gespeichert und dann direkt durch Evaporation verloren gehen kann. Ziel dieser Arbeit ist es diese These durch numerische Simulationen systematisch zu untersuchen. Hierfür sollen die hydraulischen Funktionen mithilfe von modernen Pedotransferfunktionen für unterschiedliche Texturen und Humusgehalte vorhergesagt werden.

Gründächer leisten Beiträge zur städtischen Biodiversität, haben bauenergetische Vorzüge und positive Einflüsse auf den Wasserhaushalt der Stadt. Diese positiven Effekte von Gründächern sind unter anderem stark vom Aufbau des Gründaches und den Eigenschaften des Substrats abhängig. Die Vegetationstragschicht muss so konzipiert sein, dass die chemischen und physikalischen Eigenschaften sowohl die rechtlichen und baulichen Anforderungen, als auch die Ansprüche des Pflanzenwachstums erfüllen. Um bewerten zu können, ob die Substrate für die Erfüllung der jeweiligen Ziele geeignet sind, müssen ihre Eigenschaften bekannt sein. Mit diesem Hintergrund werden in dieser Arbeit die physikalischen Eigenschaften mit Fokus auf den hydraulischen Funktionen von zwei Gründachsubstraten der Firma Optigrün untersucht.  Es wurden fünf charakteristische Eigenschaften der Substrate untersucht: Der Gehalt organischen Kohlenstoffs, die Korngrößenverteilung, die gesättigte und ungesättigte hydraulische Leitfähigkeit, die Retentionskurve und die Wärmeleitfähigkeit in Abängigkeit vom Wassergehalt. Der Anteil an abschlämmbarem Material (<63 μm), der Anteil an organischer Substanz und die Wasserinfiltrationsrate entsprechen den Grenzwerten der FLL-Richtlinie. Der Feinboden (<2 mm) kann bei allen Substraten als lehmiger Sand eingestuft werden. Die Retentionsdaten liegen größtenteils zwischen den Literaturwerten von Sand und Schluff und die Substrate stellen aufgrund der relativ hohen Wasserhaltefähigkeit einen guten Standort für Pflanzenwachstum dar. Die Ergebnisse der Versuche streuen bei allen Substraten aufgrund der Heterogenität der Proben mehr oder weniger stark, weshalb für sicherere Ergebnisse eine größere Anzahl an Proben untersucht werden müsste.

Sedimentationsmethoden sind die bodenkundlichen Referenzverfahren für die Bestimmung der Korngrößenverteilung für Korndurchmesser unterhalb der Sandfraktion. Die Sedimentation dispergierter Partikel in wässriger Suspension im Schwerefeld der Erde führt zu einer partikelgrößenabhängigen Sedimentationsgeschwindigkeit. Hierdurch bilden sich Sinkfronten aus und die Korngrößenverteilung lässt sich durch die Entnahme eines Aliquots der Suspension zu definierten Zeiten und Tiefen (Pipett-Methode, PM) oder die Erfassung des Auftriebs eines Körpers (Aräometer-Methode) bestimmen. Eine modernere Variante ist die Integrale-Suspensionsdruck-Methode (ISP), in welcher der Suspensionsdruck kontinuierlich in einer Tiefe gemessen wird und die Korngrößenverteilung über eine inverse Simulation der zeitlichen Änderung des Suspensionsdrucks bestimmt wird. In dieser Bachelorarbeit wurde die Sedimentation von Partikeln in Suspension mit der Methode des particle trackings untersucht. Durch verschiedene Simulationen wurden (i) der Einfluss der Brownschen Molekularbewegung, (ii) der Einfluss von Temperaturschwankungen während der Sedimentation und (iii) die Auswirkung einer mit dem Äquivalentdurchmesser der Partikel veränderlichen Partikeldichte untersucht. Die Ergebnisse belegen die Robustheit der ISP-Methode gegenüber diesen Einflüssen. Sedimentationsanalysen sind offensichtlich sehr robust verschiedenen Einflüssen gegenüber und liefern auch bei nicht-optimalen Bedingungen gute Ergebnisse.

Die Schlämmkornanalyse ist das bodenkundliche Referenzverfahren für die Bestimmung der Korngrößenverteilung für Korndurchmesser unterhalb der Sandfraktion. Hierbei wird Bodenmaterial dispergiert und in eine wässrige Suspension überführt. Anschließend erfolgt die Sedimentation der Partikel im Schwerefeld der Erde in einem Sedimentationszylinder. Als Referenzmethode für die Auswertung von Schlämmkornanalysen gilt die Pipettmethode, die jedoch sehr arbeitsaufwändig ist.

Eine moderne Methodik zur Messung und Auswertung der Schlämmkornanalyse ist die Integrale Suspensionsdruck Methode (ISP), in welcher der Druck in der Suspension in einer Tiefe kontinuierlich gemessen wird und die Korngrößenverteilung über eine inverse Simulation der zeitlichen Änderung des Drucksignals ermittelt wird (Durner et al., 2017). Die ISP wurde durch die Firma METER GROUP in einem Messgerät namens PARIOTM kommerziell verfügbar gemacht. Da die Präzision der Methodik nicht befriedigend war, haben Durner und Iden (2019) eine Ergänzung der Methode namens ISP+ („Integrale Suspensionsdruck Methode plus“) entwickelt, die die Genauigkeit der originalen Methode verbessert. Hierbei wird nach einer gewissen Messzeit ein Teil der Suspension aus dem Messzylinder abgelassen und über Wägung die darin befindliche Partikelmasse gemessen.

In dieser Bachelorarbeit wurde für die ISP+ Methode die Auswirkung der Sedimentationsdauer auf die ermittelten Ergebnisse spezifisch für die Tonfraktion untersucht. Neben der Bestimmung der Präzision der Methodik sollte die Richtigkeit durch einen Abgleich mit der Pipettmethode geprüft werden. ISP+ Analysen wurden mit mindestens sechs Messwiederholungen und unterschiedlichen Sedimentationszeiten von 1.5 h, 2.5 h und 4.0 h an zwei feinkörnigen Bodenmaterialien durchgeführt. Es zeigte sich für alle untersuchten Zeiten, dass die ermittelten Tonfraktionen sich weder in Hinblick auf die Streuung der Ergebnisse noch auf mittleren Werte signifikant unterscheiden. Die Übereinstimmung mit den Ergebnissen der Pipettmethode war sehr gut. Die Arbeit kommt zum Schluss, dass man in Hinblick auf Genauigkeit und Aufwand bei der mit ISP+ Analyse von tonigen Schluffen und schluffigen Tonen bei Ablässen in 6 cm Tiefe mit 1.5 Stunden Messzeit gut auskommt und auf längere Sedimentationszeiten verzichtet werden kann.

Referenzen:
Durner, W., S.C. Iden, and G. von Unold (2017): The integral suspension pressure method (ISP) for precise particle-size analysis by gravitational sedimentation., Water Resources Research, 53, 33-48, doi:10.1002/2016WR019830.

Durner, W., and S.C. Iden (2019): ISP+: improving the Integral Suspension Pressure method by an additional measurement, Geophysical Research Abstracts Vol. 21, EGU2019-12761.

Abgabe der Arbeit: 30. März 2021
 

Eine etablierte Methode zur Messung von Wasserretentionseigenschaften (Wassergehalt als Funktion des Matrixpotenzials) in trockenen Böden ist die Taupunktmethode, welche auf der Messung der Wasseraktivität im Boden basiert. Anders als bei den Messungen im feuchten Bereich wird bei dieser Potenzialmessung nicht das Matrixpotenzial, sondern die Summe von Matrix- und osmotischem Potenzial bestimmt. Die quantitative Separierung der beiden Komponenten ist allerding bis heute nicht zufriedenstellend gelöst. Ziel dieser Arbeit ist es den Anteil des osmotischen Potenzials bei Taupunktsmessungen an natürlichen Böden mit hohen Salzkonzentrationen zu quantifizieren und zu prüfen, ob die üblichen Annahmen zur Salzaktivität etc. für die Auswertung gelten oder ob, und gegebenenfalls wie, sie modifiziert werden müssen.

Ackerunkräuter bilden zum einen die Lebensgrundlage für viele Organismen höherer trophischer Ebenen. Zum anderen sind sie vor allem aufgrund der Konkurrenz um Raum, Licht, Nährstoffe und Wasser einer der wichtigsten Ursachen für Ertragseinbußen. Im Hinblick auf den Klimawandel werden immer längere Trockenperioden und insgesamt reduzierte Niederschläge erwartet, sodass die Wasserkonkurrenz durch Unkräuter ein immer wichtigeres Thema wird.

Ziel der Bachelorarbeit ist die Wirkung der Wasserkonkurrenz durch Unkräuter auf Triticum aestivum (Weizen) zu untersuchen. Die Hypothese ist, dass die Konkurrenz um Wasser die Pflanzen dazu veranlasst tiefer zu wurzeln und somit die Wasserausnutzung bei Wassermangel in tieferen Schichten größer wird. Dazu werden Topfversuche im Gewächshaus mit den Unkräutern Viola arvensis (Acker-Stiefmütterchen) und Alopecurus myosuroides (Acker-Fuchsschwanz) sowie Triticum aestivum (Weizen) durchgeführt. Der Wasserverbrauch von Mono- und Mischkulturen wird über regelmäßige Wägung verglichen. Zusätzlich wird die Entwicklung des Wassergehaltes durch Messsonden erfasst.

Die Schlämmkornanalyse ist das bodenkundliche Referenzverfahren für die Bestimmung der Korngrößenverteilung (particle size distribution, PSD) für Korndurchmesser unterhalb der Sandfraktion. Hierbei wird Bodenmaterial dispergiert und in eine wässrige Suspension überführt. Anschließend erfolgt die Sedimentation der Partikel im Schwerefeld der Erde in einem Sedimentationszylinder. Durch die partikelgrößenabhängige Sedimentationsgeschwindigkeit bilden sich Sinkfronten aus und die Korngrößenverteilung lässt sich durch die Entnahme eines Aliquots der Suspension (sog. Pipett-Methode, PM) oder die Erfassung des Auftriebs eines Körpers (sog. Aräometer-Methode) bestimmen. Eine modernere Variante ist die Integrale-Suspensionsdruck-Methode (ISP), in welcher der Suspensionsdruck kontinuierlich in einer Tiefe gemessen wird und die Korngrößenverteilung über eine inverse Simulation der zeitlichen Änderung des Drucksignals bestimmt wird.

Die ISP wurde durch die Firma METER GROUP in einem Messgerät namens PARIO kommerziell verfügbar gemacht. Praxisversuche haben ergeben, dass die Genauigkeit der ISP geringer ist als theoretisch erwartet und dass die erforderliche Messdauer zur Bestimmung des Tongehalts die Erwartungen übersteigt. Eine potenzielle Verbesserung der Messmethode bietet die Zusatzmessung der Partikelmasse in einem nach einer definierten Zeit abgelassenen Teilvolumen der Suspension und die Integration des resultierenden Messwerts in die Zielfunktion zur Parameterbestimmung. Diese Methode hat das Akronym „ISP+“.

Das Ziel der Bachelorarbeit von Frau Giesecke war es, den Gewinn an Genauigkeit und Messzeitverkürzung durch die ISP+-Methode im Vergleich zur ISP in der Praxis zu prüfen. Gleichzeitig soll die Richtigkeit der Ergebnisse durch einen Abgleich mit der Pipettmethode geprüft werden.

Eine etablierte Methode zur Messung von Wasserretentionseigenschaften (Wassergehalt als Funktion des Matrixpotenzials) in trockenen Böden ist die Taupunktmethode, welche auf der Messung der Wasseraktivität im Boden basiert. Die Austrocknung von Böden wird von einer Aufkonzentrierung gelöster Salze begleitet. Anders als bei den Messungen im feuchten Bereich wird bei der Potenzialmessung nicht das Matrixpotenzial, sondern die Summe von Matrix- und osmotischem Potenzial bestimmt. Die quantitative Separierung der beiden Komponenten ist allerding bis heute nicht zufriedenstellend gelöst. Ziel dieser Arbeit war es den Anteil des osmotischen Potenzials bei Taupunktsmessungen zu quantifizieren und zu prüfen, ob die üblichen Annahmen zur Salzaktivität etc. für die Auswertung gelten.

In der Arbeit wurden für verschiedene Böden Gleichgewichts-Sorptionsexperimente mit Proben durchgeführt, die mit CaCl2-Bodenlösung unterschiedlicher Konzentration aufgesättigt worden waren. Die Aufsättigung mit salzfreiem Wasser diente als Referenz. Die Wassergehalte der CaCl2-haltigen Proben waren bei gleichem Potential höher als die der Referenzmessung. Die Ergebnisse wurden mit Potentialkorrekturen nach van’t Hoff in der originalen und einer erweiterten Variante verglichen. Die Ergebnisse fielen uneinheitlich aus. Es konnte nicht gezeigt werden, dass die Erweiterung der van´t Hoff Gleichung um die osmotische Komponente für die Bestimmung des osmotischen Potentials bei Retentionsmessungen mit der Taupunktmethode genauer ist.

Abgabe der Arbeit: 28.1.2020.
 

Um den Einfluss der Lagerungsdichte beim permanenten Welkepunkt auf den Wassergehalt zu untersuchen, wurde der gravimetrische Wassergehalt von fünf Materialien unterschiedlicher Bodenart in drei Lagerungsdichte-Stufen bei Saugspannungen von 1 bar, 3 bar und 15 bar nach Äquilibrierung in Drucktöpfen verglichen. Das Wasserpotential der Proben aus den Drucktöpfen wurde nach Entnahme im Gerät WP4C mit der Taupunktsmethode nachgemessen. Bei 15 bar zeigten die Materialien Sand und Schluff eine Tendenz zu höheren Wassergehalten bei höheren Lagerungsdichten, wohingegen für Quarzmehl kein Trend erkennbar war und für einen lehmigen Sand und einen Ton die Wassergehalte mit steigender Lagerungsdichte sogar geringer waren. Im letztgenannten Fall legt die WP4-Messung nahe, dass die Probe selbst nach drei Wochen im Drucktopf unvollständig entwässert war. Im Allgemeinen war die Abhängigkeit des Wassergehalts von der Lagerungdichte für die geringe Saugspannung (1 bar) gut erkennbar, während dies für höhere Druckstufen weniger deutlich wurde.

Abgabe der Arbeit: 30.7.2020.
 

Ackerunkräuter konkurrieren mit Kulturpflanzen um verschiedene Ressourcen, wie Wasser, Raum, Nährstoffe und Licht. Da die Ackerunkräuter für Beschattung der Kulturpflanzen sorgen, können diese nicht ihr maximales Wachstum erreichen und Ernteverluste können entstehen. Dieser Konkurrenzdruck wirkt auch auf die Unkräuter, wodurch das Unkrautwachstum durch die Beschattung von den Kulturpflanzen beeinflusst wird. Damit die Konkurrenz um Licht genutzt werden kann, um das Unkrautwachstum zu unterdrücken, ist es nötig genauer zu wissen, welche Effekte die Beschattung auf das jeweilige Unkraut hat und wie sich eine Veränderung des Wachstums äußert. Deshalb wurde geprüft, wie sich der Effekt von Beschattung auf das Wachstum von drei wichtigen Ackerunkräutern auswirkt. Dazu wurden drei besonders häufige Arten in Deutschland ausgewählt: Poa annua, Stellaria media und Viola arvensis. Diese wurden in einem Gewächshaus bei drei unterschiedlichen Beschattungsstufen untersucht. Hierbei wurde die Variante 1 nicht beschattet, Variante 2 stark beschattet und Variante 3 sehr stark beschattet. Über einen Untersuchungszeitraum von fünf Wochen wurden die Unkräuter an neun Messtagen mit einem 3D-Scanner eingescannt und so wichtige Wachstumsparameter, wie die Höhe, Biomasse und auch Blattfläche ermittelt. Alle Ackerunkräuter wiesen einen signifikanten Zusammenhang zwischen der maximalen Höhe und der Beschattung auf, mit Ausnahme von Stellaria media Variante 2 und 3. Zusammengefasst äußerten sich die Effekte von Beschattung auf das Wachstum der Ackerunkräuter durch eine Abnahme der Biomasse und Blattfläche, eine Verzögerung der Entwicklung sowie durch Schattenvermeidungswachstum.

Abgabe der Arbeit: 27.7.2020.
 

Das Jahr 2018 war eines der trockensten Jahre der letzten Jahrzehnte. Selbst auf den Lössäckern in Südniedersachsen, die einen beträchtliche Masse an Wasser pflanzenverfügbar speichern können, traten Wassermängel auf. Die nahezu völlige Ausschöpfung der Wasservorräte bis in große Bodentiefen kann auch einen negativen Einfluss auf die Wasserversorgung in den Folgejahren haben. Der Wasserhaushalt wird in der Praxis meist hinreichend genau mit einfachen Überschlags-berechnungen nachgebildet. Daran angeschlossen ist dann die Vorhersage der Stoffverlagerung, in erster Linie der N-Dynamik. Da die Methoden zur Überschlagsberechnung i.d.R. an Daten aus der Vergangenheit kalibriert wurden, können sie Extremereignisse, die außerhalb der Kalibrierung liegen nicht abbilden. Das hat sich auch auf verschiedenen Lößäckern in Südniedersachsen gezeigt. Ziel dieser Bachelorarbeit ist mithilfe einer „state-of-the-art“-Modellierung eine realistische Abschätzung der Wasserdynamik für ausgewählte Standorte für unterschiedliche Ackerfrüchte durchzuführen.

Die Arbeit umfasst die folgenden Schritte:

• Literaturrecherche zum Thema,
• Numerische Simulation des Wasserflusses mit der Richardsgleichung mit der Software Hydrus-1D,
• Simulation des Wasserflusses mit ein oder zwei einfachen Berechnungsmethoden aus der Praxis,
• Vergleich der Ergebnisse mit aktuellen Messungen,
• evtl. Vorschläge zur Verbesserung der praxisnahen Ansätze.

Ein neuentwickeltes Gerät zur Bestimmung der gesättigten bodenhydraulischen Leitfähigkeit im Feld wurde mit bereits existierenden Messmethoden verglichen. Hierfür wurden an drei Standorten, die sich in ihrer Bodenart unterscheiden, Infiltrationsmessungen mit drei unterschiedlichen Messgeräten durchgeführt. Zwei fanden im Feld und eine über Bodenproben im Labor statt Die Messergebnisse wurden ausgewertet, statistisch analysiert und miteinander verglichen. Ziel der Studie war es eine Einschätzung über die Genauigkeit und Handhabung der Geräte zu geben.

Die berechneten gesättigten hydraulischen Leitfähigkeiten der zwei verglichenen Feldmethoden wiesen an zwei der drei Standorte eine hohe Korrelation auf. Das Laborverfahren hingegen zeigte eine sehr große Streuung der Leitfähigkeiten an. Alle Ergebnisse wurden gemittelt und logarithmiert, um sie vergleichbar zu machen. Mit steigenden Sandanteil wurde auch ein Ansteigen der Leitfähigkeiten erwartet. Ausschließlich das neuentwickelte Gerät lieferte gesättigte hydraulische Leitfähigkeiten in den zu erwarteten Spannweiten der verschiedenen Bodenarten.

Insgesamt wurde einer Bestimmung der gesättigten hydraulischen Leitfähigkeit im Feld eine höhere Genauigkeit zugesprochen als der Laborvariante. Trotz vorhandener Fehler im System und sehr langen Messzeiten konnte das neuentwickelte und vollautomatisierte Messgerät in seiner Handhabung und Genauigkeit deutliche Verbesserungen gegenüber den schon existierenden Methoden aufweisen. Zu Literaturwerten besser passende Ergebnisse und ein deutlich gesenkter Materialaufwand waren hier die Hauptfaktoren. Die Studie ergab, dass sich weitere Optimierungen lohnen und dass das neue Verfahren großes Potential besitzt die herkömmlichen Methoden abzulösen.

Abgabe der Arbeit: 8.7.2019
Betreuung: Dr. Sascha C. Iden, Dr. Kai Germer und Prof Dr. Wolfgang Durner

Das Bevölkerungswachstum in China hat in den vergangenen Jahrzehnten zu einer starken Intensivierung der Landwirtschaft und einer Vervielfachung der Nutztierbestände geführt. Überhöhter Einsatz von Stickstoff- (N-) Düngern wie Harnstoff, Gülle und in zunehmendem Umfang von Gärresten aus Biogasanlagen verursachen drastisch zunehmende N-Verluste an die Umwelt. Verlustpfade des Stickstoffs sind zum einen gasförmige Emissionen (N2O, NOx, NH3, N2), NO3- Auswaschung ins Grundwasser sowie Oberflächenabfluss von Böden. Die NH3-Volatilisation ist einer der wichtigsten N-Verlustpfade im Nordchinesischen Tiefland. Ammoniak trägt zur Bodenversauerung und Eutrophierung bei und ist an der Bildung von Feinstaub beteiligt, was zu gravierenden gesundheitlichen Problemen führen kann. N2O ist hingegen ein Treibhausgas, welches erheblich zum Klimawandel beiträgt und somit globale Folgen nach sich zieht. Da es an vergleichenden Untersuchungen zur Freisetzung von umwelt- und klimarelevanten Gasen nach Gärrestapplikation in der Nordchinesischen Tiefebene bislang weitgehend fehlt, wurden Im Rahmen dieser Bachelorarbeit im Juni und Juli 2019 N2O und NH3 Emissionen auf einem Maisfeld in der Nähe von Baoding in der Nordchinesischen Tiefebene quantifiziert. Hierbei wurde mineralischer Dünger, Gülle sowie Gärrest in gedüngten Furchen ausgebracht, und Gülle sowie Gärrest zusätzlich in Oberflächenausbringung. Zusätzlich zu den Emissionsmessungen wurde der mineralische Stickstoff (NO3- und NH4+) vor Beginn und am Ende der Versuche bestimmt. Außerdem erfolgte eine Analyse der Standard-Bodeneigenschaften. Die Untersuchungen wurden in Zusammenarbeit mit der Agricultural University of Hebei, Baoding (Prof. Dr. Ma Wenqi und Prof Dr. Gao Zhiling) durchgeführt.

Um den Einfluss unterschiedlicher Trocknungstemperaturen auf Kohlenstoff-, Stickstoff und Wassergehalt in Torfproben zu untersuchen, wurden methodische Trocknungsversuche durchgeführt. Dazu wurden 19 Torfe und 2 Mineralböden bei 105, 80, 60, 40 °C und an der Luft (ca. 25 °C) getrocknet und im Anschluss der organische Kohlenstoffgehalt, der Stickstoffgehalt und der gravimetrische Wassergehalt bestimmt. Unterschiede zu einer standardisierten Trocknung bei 105 °C wurden statistisch ausgewertet. Bei steigender Trocknungstemperatur ergaben sich steigende Kohlenstoff,- Stickstoff- und Wassergehalte. Bei steigendem gravimetrischem Wassergehalt wurde ein steigendes Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis beobachtet. Es wurden keine Unterschiede zwischen den Trocknungstemperaturen und den untersuchten Bodentypen bei Betrachtung des organischen Kohlenstoffgehaltes gefunden. Dies galt auch für die Stickstoffgehalte und den gravimetrischen Wassergehalt der Torfproben und der Mineralböden. Bei der Probe aus dem Niedermoor hingegen traten signifikante Unterschiede bei Trocknungstemperaturen von 40 °C und bei Lufttrocknung auf. Bei den Hochmoorproben ergaben sich signifikante Unterschiede bei allen Trocknungstemperaturen abgesehen von der Trocknung bei 80 °C. Unterschiedliche Trocknungstemperaturen hatten bei Sphagnumtorfen mit höheren Humifizierungsgraden signifikante Auswirkungen auf den Kohlenstoffgehalt und keine Auswirkungen auf den Stickstoffgehalt gezeigt. Bei beiden untersuchten Humifizierungsgraden hatten nur Trocknungstemperaturen unter 40 °C signifikante Auswirkungen auf den gravimetrischen Wassergehalt. Somit ist ersichtlich, dass unterschiedliche Trocknungstemperaturen einen Einfluss auf den Kohlenstoff,- Stickstoff- und Wassergehalt in Torfen haben. Bei niedrigen Trocknungstemperaturen verbleibt mehr Wasser in den Proben, was bei einer Bestimmung des Kohlenstoffes und Stickstoffes in Gewichtsprozent zu einer Überschätzung dieser Parameter führt. Daher wird empfohlen eine Trocknungstemperatur von 40 °C bei Torfproben nicht zu unterschreiten.

Abgabe der Arbeit: 20.8.2019

Für die genaue Modellierung von Wasser- und Nährstoffflüssen im System Boden-Pflanze-Atmosphäre ist u.a. eine möglichst realistische Abbildung der zeitlichen Dynamik der Wurzelverteilung erforderlich. Herkömmliche Modelle zur Beschreibung des Wurzelwachstums lassen den Einfluss des Zustandes des Bodens auf die Wurzelentwicklung unberücksichtigt. In der Realität wird die Wurzelentwicklung jedoch stark vom Zustand des Bodens, z.B. des zeitabhängigen Wasservorrates, bzw. des Bodenwasserpotenzials, beeinflusst.

Frau Wichmann testet in ihrer Bachelorarbeit ein neues Modell, das die Wechselwirkung zwischen Wurzelentwicklung und die Wasserdynamik im System Boden-Pflanze-Atmosphäre für Ackerfrüchte berücksichtigt. Sie verwendet hierzu das Softwarepaket HYDRUS-1D. Sie vergleicht die Ergebnisse hinsichtlich Wurzelentwicklung und Wasserdynamik mit dem konventionellen Ansatz und überprüft die beiden Varianten auf ihre Plausibilität. Eine Sensitivitätsstudie gibt Aufschluss darüber, geben welche Parameter des neuen Modells eine große Bedeutung haben.

Mit der Intensivierung der Landwirtschaft in China in den letzten Jahrzehnten ist ein überhöhter Einsatz von Düngemitteln verbunden, was mit massiven Umweltproblemen verbunden ist. Hohe Stickstoff- (N-) Überschüsse verursachen Emissionen von Ammoniak (NH3) und Lachgas (N2O) sowie Nitratauswaschung.

Ziel dieser Bachelorarbeit ist es, die NH3- und N2O-Emissionen aus einem Ackerboden nach Applikation von Rindergülle in einem Laborversuch in China zu quantifizieren. Hierbei wurden zwei unterschiedliche Inhibitoren, zwei Applikationsmethoden („oberflächliche Applikation“ und „Einarbeitung“) und ein konstanter Boden-Wassergehalt (60% der Feldkapazität) eingesetzt. Der erste Inhibitor (Dicyandiamid: DCD) ist ein Nitrifikations-Inhibitor. Der zweite Inhibitor (Procyanidins: PC) soll die Denitrifikation hemmen. Die Laufzeit des Experiments umfasste 13 Tage. Einmal täglich wurden NH3- und N2O-Messungen durchgeführt. Zusätzlich zu den Emissionsmessungen wurde der mineralische Stickstoff (NO3- und NH4+) vor Beginn und am Ende der Versuche bestimmt. Außerdem erfolgte eine Analyse der Standard-Bodeneigenschaften. DCD ist in der Literatur bereits bekannt, während PC bislang noch wenig erforscht wurde. Es wird erwartet, dass die zwei Inhibitoren die N-Emissionen signifikant beeinflussen. Die Untersuchungen wurden in Zusammenarbeit mit der Hebei Agricultural University, Baoding (Prof. Dr. Ma Wenqi und Prof Dr. Gao Zhiling) durchgeführt.

Mithilfe numerischer Simulationen wurde der Einfluss der Interzeption auf den Bodenwasserhaushalt untersucht. Hierfür wurden die Berechnung der Verdunstung nach Penman-Monteith und die beiden Interzeptionsmodelle nach Rutter und nach von Hoyningen-Hüne in MATLAB implementiert. Die Verdunstung und die Interzeption wurden für verschiedene Grasbestände berechnet. Anschließend wurde der Bodenwasserhaushalt für die Bodentypen sandiger Lehm und Schluff mit dem Programm HYDRUS-1D simuliert.

Der berechnete Interzeptionsverlust war mit dem Modell nach Rutter höher als mit dem Modell nach von Hoyningen-Hüne. Die realen und potenziellen ET-Flüsse waren bei größerem Interzeptionsverlust geringer. Die realen Flüsse waren im Schluff höher als im sandigen Lehm. Die Transpiration wurde mit steigendem Leaf Area Index (LAI) größer, die Evaporation und der Fluss über den unteren Rand des Profils kleiner.

Insgesamt wurde ein Einfluss der Interzeption auf den Bodenwasserhaushalt bestätigt. Sowohl Evaporation und Transpiration als auch der Fluss über den unteren Rand und der Bodenspeicher waren unter Berücksichtigung der Interzeptionsverluste geringer als ohne Berücksichtigung. Dabei war der Einfluss auf den Bodenspeicher erst bei Vegetation mit höherem LAI erkennbar. Bei den anderen Flüssen waren auch bei Vegetationen mit niedrigerem LAI Unterschiede erkennbar. Zur korrekten Abbildung des Bodenwasserhaushaltes sollte der Interzeptionsverlust nicht als ein Teil der Evaporation, sondern getrennt von dieser betrachtet werden.

Abgabe der Arbeit: 1.4.2019

Die Wasserretentionskurve ist ein Kernelement zur Quantifizierung bodenhydraulischer Eigenschaften. Ihre präzise Bestimmung ist essenziell für verschiedene hydrologische und pflanzenphysiologische Untersuchungen. Die Welkepunktwasserkapazität (WWK) ist eine Kenngröße von Böden und wird zur Berechnung der nutzbaren Feldkapazität benötigt. Die Durchführung der vereinfachten Verdunstungsmethode mit dem HYPROP™-Gerät erzeugt verlässliche Daten für den nassen und mittleren Feuchtigkeitsbereich. Bei der Bestimmung der Retentionskurve im trockenen Bereich, hat die Taupunktmethode (TPM) zunehmend an Bedeutung gewonnen. Da es momentan noch an einem einheitlichen Protokoll zur Messung der WWK mit der TPM mangelt, stellen wir einen neuen Ansatz vor: Verdunstungsmethode und TPM werden kombiniert, indem der HYPROP-Bodenkern nach dem Ende des Verdunstungsversuchs in vier Scheiben geschnitten wird, denen Subproben für die Messung mit der TPM entnommen werden. Andere Methoden der Probenvorbereitung beruhen auf der texturabhängigen Zugabe von Wasser zu jeweils ofen- und lufttrockenen Materialien oder der Lufttrocknung von nassen Proben, bis ein gewünschter Wassergehalt erreicht ist.

Diese vier Vorgehensweisen und die traditionelle Drucktopfmethode wurden an fünf Böden von verschiedener Textur in Hinblick auf Präzision, Exaktheit, Robustheit und Aufwand miteinander verglichen. Die Messdaten wurden mit Hilfe numerischer Simulation ausgewertet. Die Kombination aus HYPROP-Daten und TPM-Messungen von nur vier Proben, die aus dem HYPROP-Kern gewonnen wurden, ermöglicht eine präzise Beschreibung der Wasserretentionskurve über den kompletten Feuchtebereich. Durch das Anpassen einer Retentionskurve an die Messwerte können Wassergehaltswerte, zum Beispiel am permanenten Welkepunkt, mit großer Sicherheit bestimmt werden. Die vorgeschlagene Methodik ist einfach in der Durchführung und ist im Gegensatz zu anderen Verfahrensweisen robust, präzise und exakt. Sie scheint als Standardprotokoll geeignet zu sein.

Abgabe der Arbeit: 21.6.2018
Betreuung: Prof Dr. Wolfgang Durner und Dr. Sascha C. Iden.

Veränderte Ernährungsgewohnheiten, die wachsende Bevölkerung und die Urbanisierung in China führten zu einer Intensivierung der Landwirtschaft. Um die Nachfrage an Tierfutter und Lebensmittel für die Menschen zu decken, ohne auf Importe angewiesen zu sein, ist es notwendig mehr Nahrung auf den existierenden, landwirtschaftlichen Flächen zu produzieren. Aus diesem Grund steigen die Raten an ausgebrachtem Stickstoffdünger. Weil die Pflanzen jedoch nicht in der Lage sind, den gesamten Stickstoff aufzunehmen, führt diese Praxis zu einer erhöhten Verflüchtigung von Ammoniak und zur Versickerung von Nitrat ins Grundwasser. Für diese Arbeit wurden Ammoniakemissionen in einem Gemüse- und einem Winterweizenfeld in der Provinz Hebei in China nach der Düngung mit Gärresten in Ersterem und Harnstoff in Letzterem gemessen. Zur Messung der Ammoniakemissionen wurde die Dräger Röhrchen Methode (DTM) (Roelcke et al., 2002, Pacholski et al., 2006) verwendet. Es wurden jeweils zwei unterschiedliche Ausbringungsmethoden angewandt, mit dem Ziel festzustellen, bei welchem Düngemittel und welcher Ausbringungsmethode die Ammoniakemissionen reduziert werden können. Nach der Messung wurde die Kalibrationsgleichung von Pacholski et al. (2006) genutzt, um die kumulativen Stickstoffverluste zu berechnen. Es zeigte sich, dass die Einarbeitung des Harnstoffs im Weizenfeld fast überhaupt keine NH3 Emissionen verursachte, wohingegen bei der oberflächlichen Ausbringung von Harnstoff bis zu 8.3 mg N m-2 h-1 emittiert wurden. Für beide Ausbringungsmethoden von Gärrest im Gemüsefeld waren die Ammoniakemissionen deutlicht höher (bis zu 16.7 mg N m-2 h-1 für eine Ausbringungen in kleinen Furchen und bis zu 34.2 mg N m-2 h-1 für eine oberflächliche Ausbringung). Die Zeitspanne, in der Ammoniak emittiert wurde, war jedoch beim Gärrest viel kürzer, so dass Gesamtverluste von Stickstoff hier niedriger waren, als beim Harnstoff.

Mehr Details folgen hier in Kürze

Zunehmender Wohlstand und eine Veränderung der Ernährungsgewohnheiten der Menschen in China gehen einher mit einer drastischen Steigerung der Tierproduktion. Diese steht im Zusammenhang mit starken Umweltbelastungen, die unter anderem durch hohe Emissionsraten von Ammoniak (NH3) gekennzeichnet sind. Dieser reaktive Stickstoff ist gesundheitsschädlich. Ammoniak wird zu einem erheblichen Anteil in der Nähe seiner Emissionsquelle wieder deponiert, was zur Eutrophierung der Ökosysteme und weiteren Umweltbeeinträchtigungen führen kann. Die NH3-Emissionen entstehen aus tierischen Exkrementen, die zur Düngung in der Landwirtschaft verwendet werden. In der Nordchinesischen Tiefebene finden sich zudem vor allem alkalische Böden, welche die Bildung von NH3 begünstigen. Im Rahmen dieser Bachelorarbeit werden die NH3-Emissionen auf einer Dattelplantage am Rande der Großstadt Baoding (Provinz Hebei, südlich von Beijing) mithilfe der Dräger-Methode gemessen, nachdem Rindermist bzw. Harnstoff zur Düngung mit verschiedenen Ausbringungsmethoden appliziert wurden. Die Untersuchungen erfolgten mit dem Ziel, Methoden zu entwickeln, welche zur Reduzierung der gegenwärtig extrem hohen NH3-Emissionen beitragen.

Die organische Bodensubstanz (OBS) ist nicht nur ein entscheidender Indikator für Bodenfruchtbarkeit, sondern aufgrund ihrer Schlüsselrolle im globalen Kohlenstoffkreislauf auch bedeutend für den Klimaschutz. Ein Großteil der terrestrischen Kohlenstoff- (C-) Vorräte wird in Böden gespeichert. Die OBS wird ständig neu gebildet, verändert und mineralisiert, wodurch CO2 freigesetzt wird. Eine Veränderung der Bilanz zwischen Bildung und Abbau der OBS verändert die C-Vorräte und ist damit klimawirksam. Daher ist es wichtig, ein grundlegendes Verständnis bezüglich der Größenordnung von C-Einträgen in Fraktionen mit unterschiedlicher Verweilzeit zu erlangen, um dadurch die Sequestrierung und Stabilisierung organischen Kohlenstoffs im Boden verstehen, vorhersagen und beeinflussen zu können. In dieser Bachelorarbeit werden mittels spezieller Fraktionierungsverfahren funktionelle Fraktionen der OBS separiert, die hinsichtlich ihrer Stabilität definiert sind, um Aussagen über die Kohlenstoffdynamik in Böden treffen zu können. Die Bodenproben dazu stammen von zehn europäischen landwirtschaftlichen Dauerversuchsflächen. Auf diesen Langzeitversuchsflächen hat vor 16 bis 36 Jahren ein Vegetationswechsel von C3- zu C4-Pflanzen stattgefunden, mit dem eine Veränderung der Häufigkeit des Isotops 13C einhergeht. Hiermit werden detailliertere Einsichten in die Kohlenstoffdynamik im Oberboden möglich, insbesondere in die Humus-Neubildung sowie die Stabilität der neu gebildeten OBS. Neben der OBS werden auch weitere Bodenparameter wie Textur, Kationenaustauschkapazität, pH-Wert, Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt, sowie der Einfluss von Textur und pH auf die Umsetzung der OBS untersucht.

Details folgen hier in Kürze.

Die Bestimmung der Wasserrückhaltung von Böden oder bodenähnlichen Substraten im moderat trockenen Bereich (pF 3 bis 4.5) kann mit verschiedenen Methoden vorgenommen werden. Die Übereinstimmung der Methoden (Drucktopf, Membranpresse, Taupunktmethode) für mineralische Böden ist mehrfach untersucht und dokumentiert worden. Dagegen fehlen entsprechende veröffentlichte Vergleiche für Torfböden, so dass die Belastbarkeit veröffentlichter Ergebnisse derzeti unklar ist.

In ihrer Bachelorarbeit soll Frau Nünning drei gängige Labormethoden zur Bestimmung der Bodenwasserretention im Bereich des permanenten Welkepunktes für unterschiedliche Torfböden in einem systematischen Versuchsprotokoll verglichen werden. Die Methoden sind die Eijkelkamp Membranpresse, das Decagon WP4C Water Potential Meter, und die Drucktopfmethode.

Hintergrund der Arbeit ist ein Forschungsprojekt (EU-Projekt "CAOS - Climate Smart Agriculture on Organic Soils"; www.ti.bund.de/de/ak/projekte/caos/), welches die Entwicklung einer klimaschonenden Nutzung von organischen Böden zum Ziel hat. Bei der dafür notwendigen Anpassung des Wassermanagements spielen die hydraulischen Eigenschaften der Torfböden eine entscheidende Rolle. Die Arbeit wird kooperativ betreut von Dr. Michel Bechtold vom Institut für Agrarklimaschutz des Thünen-Instituts sowie Prof. Wolfgang Durner. Die praktischen Arbeiten umfassen

• Vorbereitung von Bodenproben (Referenzmaterial, sowie verschieden degradierte Torfböden mit unterschiedlichem Ausgangszustand: getrocknet vs. feldfeucht, ungestört vs. gestört)
• Vorbereitung der drei Labormethoden
• Durchführung des Versuchsprogramms (WP4-Messung nach Zugabe von Wasser; alle drei Messmethoden durch Entwässerung vorher angefeuchteter Proben)
• Gegenüberstellung der Daten und Diskussion der auftretenden Unterschiede
• Empfehlung für ein Messprotokoll für Torfböden

Alle Arbeiten finden in den Laboren des IGÖ sowie am Standort des Thünen-Instituts statt.

Die Korngrößenverteilung ist eine der wichtigsten physikalischen Kenngrößen von Bodenmaterialien, da sie fast alle physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften und Prozesse beeinflusst. Zur Messung der Korngrößenverteilung im Beriech des Schluffs (Partikel zwischen 63 mm und 2 mm Durchmesser) werden Sedimentationsverfahren eingesetzt, bei denen die Absetzgeschwindigkeit von Teilchen in eines Suspension zur Größenbestimmung verwendet wird („Schlämmkornanalyse“). Die beiden etablierten Verfahren sind dabei die Pipettmethode und die Aräometermethoden. Beide Methoden verlangen das manuelle Ablesen oder Probenehmen nach definierten Zeiträumen, so dass ihre Durchführung personalaufwändig ist und Fehler oder Eigenheiten der Bearbeiter sich auf das Ergebnis durchschlagen können.

Gegenwärtig wird an der Entwicklung einer automatisierten Aräometermethodik gearbeitet. Ziel der Arbeit von Frau Huber ist es, mit Hilfe von Prototypen von automatisierten Aräometern die Richtigkeit und die Güte der so bestimmten Korngrößenverteilungen zu testen.

Die praktischen Arbeiten umfassen

• Vorbereitung von Bodenproben (drei Materialien) für die Schlämmkornanalyse: Sieben, Abwiegen, Zerstörung organischer Substanz, Dispergierung.
• Durchführung von Schlämmkornanalysen für die drei Materialien mit Hilfe der Aräömeter, der Pipett, und der automatisierten Aräometermethode.
• Hier bei Prüfung verschiedener Varianten für das untersuchte Material: Material mit den Sandfraktionen, teilweise abgesiebtes Material, reines Schluff- + Tonmaterial.
• Gegenüberstellung der Daten und Diskussion der auftretenden Unterschiede
• Empfehlung für ein Messprotokoll für Torfböden

Alle Untersuchungen werden in zwei Wiederholungen durchgeführt. Die Arbeiten finden in den Laboren des IGÖ statt.

Das Vorhandensein von Steines und Steinbruchstückes im Boden wirkt sich unmittelbar auf eine Vielzahl bodenphysikalischer Eigenschaften wie Bodentemperatur, Porosität, Poren-Konnektivität und -Tortuosität, gesättigte und ungesättigte hydraulische Leitfähigkeit und Wasserrückhaltevermögen aus. Die Rolle des Steinanteils in Böden muss bekannt sein, um in Modellen mit z.B. ökologischer Fragestellung eine zutreffende Abbildung des Kompartiments Boden zu erreichen. Trotz der wichtigen Rolle von Steinen und Gesteinsfragmenten ist über die Wasserdynamik in solchen Bodenkörpern noch recht wenig bekannt. So ist offen, wie weit kann man mit etablierten Modellansätzen (Richardsgleichung, bodenhydraulische Eigenschaften) das Verhalten von Wasser im Bodenkörper zutreffend beschreiben kann, und ob man ab einem gewissen Steinanteil auf neue Beschreibungsansätze ausweichen muss.

Das lückenhafte Wissen um das hydraulische Verhalten von steinigen oder kiesigen Substraten geht zum einen auf Schwierigkeiten bei der messtechnischen Erfassung zurück, zum andern auf die Herausforderung, den Übergang von einem viskos-laminaren Fluss in Kapillaren auf einen Fluss auf Steinoberflächen zu modellieren. Hierbei ist das Systemverhalten besonders dann interessant, wenn der zwischen den Steinen eingelagerte Feinanteil so gering wird, dass er seine „Phasenkonnektivität“ verliert.

Das Ziel dieser Studie ist es, Messstrategien zu testen, die verwendet werden könnten, um das effektive hydraulische Verhalten von Bodenkörpern mit verschiedenen, auch sehr hohen, Anteilen von Steinen zu erfassen. Besonderes Interesse findet dabei die Prüfung der Anwendbarkeit der sogenannten „Verdunstungsmethode“, mit der Kies-Boden-Mischungen mit zunehmend hohen Anteilen von Kies (bis zu 100%) in relativ kleinen Proben vermessen werden können.

Bei der Untersuchung von Böden werden häufig die vorhandenen Aggregate zerstört, um zum Beispiel eine Analyse der Partikelgröße oder der Aggregatstabilität durchführen zu können. Eine der häufigsten angewendeten Methoden zur Zerstörung der Aggregate ist die Verwendung eines Ultraschall-Desintegrators. Dabei wird eine Boden-Wasser-Suspension in ein Gefäß gegeben, in welches die Ultraschallspitze eingetaucht wird. Durch die Aussendung der Schallwellen entwickeln sich Blasen, welche Druck auf die Aggregate ausüben und sie dadurch zerstören. Obwohl dieses Verfahren ständig Verwendung findet, ist die Nutzung bisher nicht standardisiert. Dabei kann es sein, dass die Temperatur oder die Dichte der zugegebenen Flüssigkeit Einfluss auf die Wirkung des Ultraschall-Desintegrators nimmt. Auch die Wahl des Gefäßes, die Eintauchtiefe der Ultraschallspitze oder die Leistung des Gerätes sind mögliche Einflussfaktoren. Alternativ wird das Verfahren des „Mild Shaking“ eingesetzt, bei welchem die Proben ebenfalls mit Flüssigkeit in ein Gefäß gegeben werden, dann jedoch für 15 Stunden auf einer Schüttelmaschine verbleiben, anstatt mit dem Ultraschall-Desintegrators behandelt zu werden. Diese Methode kann mit oder ohne kleinen Glaskugeln im Gefäß durchgeführt werden und soll ebenfalls Aggregate in den Bodenproben zerstören. Inwieweit dies jedoch mit der Behandlung durch den Ultraschall-Desintegrator vergleichbar ist, wurde bisher nicht getestet. Um fortan Ergebnisse unterschiedlicher Behandlungen durch verschiedene Forschungsteams miteinander vergleichen zu können, wurde in dieser Arbeit untersucht, inwieweit die Einflussfaktoren Temperatur, Gefäßtyp, Dichte, Leistung/Methode und Eintauchtiefe zu unterschiedlichen Fraktionierungsergebnissen führen. Dabei wurden bei den Einflussfaktoren Temperatur, Gefäßtyp, Dichte und Eintauchtiefe je drei Varianten getestet. Überdies kamen zwei Varianten der Leistung, sowie das „Mild Shaking“ mit und ohne Glaskugeln zum Einsatz.

Gebräuchliche Methoden zur Bestimmung der mikrobiellen Biomasse sind unter anderem die Methode der Substrat-induzierten Respiration (SIR) nach Anderson und Domsch (1978) und die Fumigations-Extraktions-Methode (CFE) nach Vance et al. (1987). Bisher wurden diese Methoden vor allem für Proben aus dem Oberboden angewandt. Ziel dieser Arbeit war es, die Anwendbarkeit dieser Methoden auch für Unterbodenproben zu überprüfen. Untersucht wurden Bodenprofile von fünf Standorten aus bis zu 100 - 160 cm Tiefe. Die Methode der Substrat-induzierten Respiration führte sowohl für die Ober- als auch die meisten Unterbodenproben zu gut reproduzierbaren Ergebnissen. Zwei Unterbodenproben zeigten allerdings keinen durch die Glukosezugabe hervorgerufenen Anstieg der Mikroorganismenpopulation. Dies lässt sich möglicherweise durch fehlenden Kontakt zwischen den Mikroorganismen und der zugegebenen Glukose erklären. Bei drei Proben war ein Einfluss der unterschiedlichen zugegebenen Glukosemengen auf die CO2-Produktion erkennbar. Der Gehalt an mikrobiellem Kohlenstoff sank mit einer Ausnahme einer Probe in allen Profilen durchweg mit der Tiefe. Der Anteil des mikrobiellen Kohlenstoffs am organischen Kohlenstoff dagegen stieg mit der Tiefe an. Die Messergebnisse der CFE- und der SIR-Methode waren nur sehr schwach korreliert. Die Messungen der Kohlenstoffkonzentrationen in den mit Chloroform begasten und den unbegasten Proben wiesen ebenfalls eine ausreichende Reproduzierbarkeit auf. Die daraus entstehenden relativen Fehler bei der Bestimmung des mikrobiellen Kohlenstoffs waren allerdings selbst bei den Oberbodenproben mit bis zu 29% relativ hoch. Zudem ergab die CFE-Methode für einen Teil der Unterbodenproben (>30 cm Tiefe) durch geringere Kohlenstoffkonzentrationen in den mit Chloroform begasten Proben als in den nicht begasten Proben eine „Negative Biomasse“. Diese Methode scheint für die Messung von Unterbodenproben nur sehr bedingt geeignet und möglicherweise von Bodentextur und Landnutzung beeinflusst zu sein.

Unter der Methode des Tiefumbruchs, auch als Tiefpflügen bezeichnet, versteht man eine einmalig wendende Bodenbearbeitung zur Standortverbesserung. Auf diese Weise entsteht ein neuer anthropogener Bodentyp, der "Treposol". Das Profil ist dadurch charakterisiert, dass die Humusauflage und die obersten Schichten durch eine Wendung um 135 Grad schräg im Unterboden eingearbeitet werden, was meist zu einer guten Dränleistung führt. Die Anfänge des Tiefpflügens liegen in der Mitte des 19. Jahrhunderts in England mit der Erfindung des Dampfpfluges. Im Zuge der Industrialisierung und Mechanisierung der Landwirtschaft verbreitete sich der Dampfpflug in der ganzen Welt. In Deutschland wurde er zuerst auf den Lößböden der Zuckerrübenfelder in Mittel- und Ostdeutschland eingesetzt. Die Arbeitstiefe betrug damals noch 40 cm. Nach dem ersten Weltkrieg arbeitete die Firma Ottomeyer mit speziellen Tiefpflügen hauptsächlich im Emsland zur Ödlandkultivierung (Moore und Heiden), wobei maximale Pflugtiefen bis 250 cm erreicht wurden. Seinen zweiten Höhepunkt erreichte das Tiefpflügen während des Emslandplanes zwischen 1950 und 1975, infolgedessen über 100.000 ha Boden umgebrochen wurden (Bamberg, 1977 und Eggelsmann, 1979). Verschiedene Gründe, wie Intensivierung der Landwirtschaft durch Kunstdüngereinsatz, das Aufkommen konservierender Bodenbearbeitung sowie Umweltschutzbestimmungen führten zum Rückgang des Tiefpflügens, dieses wird heute nur noch vereinzelt angewendet. Parallel zu dieser Entwicklung wurden seit Anfang des 20. Jahrhunderts unzählige wissenschaftliche Untersuchungen zu den Auswirkungen des Tiefpflügens und Tieflockerns auf Pflanzenertrag und Bodenverbesserung unternommen. Die Ergebnisse fallen abhängig von Standort, Bodenfeuchte, Bodenart und Bearbeitungstechnik stark unterschiedlich aus und sind daher nur begrenzt übertragbar. In dieser Arbeit soll die historische technische und wirtschaftliche Entwicklung des Dampf- und Tiefpflügens sowie ihre Bedeutung für die Landwirtschaft aufgezeigt werden. Darüberhinaus ist die Gesamtfläche mineralischer Umbruchböden in Deutschland bislang unbekannt. Daher soll durch Auswertung von Daten aus den beiden Bodenzustandserhebungen (BZE LW und Wald) als auch durch Literaturangaben die Flächenrelevanz dieser Böden, bezogen auf die Gesamtfläche der einzelnen Bundesländer, abgeschätzt werden.

Die organische Bodensubstanz (OBS) hat einen wichtigen Einfluss auf den globalen Kohlenstoffkreislauf und den Klimawandel, da eine langfristige Stabilisierung eine Senke für atmosphärisches Kohlenstoffdioxid (CO2) darstellt. Für die Stabilität der OBS spielen vor allem Abbauprozesse durch Mikroorganismen eine entscheidende Rolle, da Mikroorganismen die Hauptzersetzer darstellen. Die OBS besteht aus einem heterogenen Gemisch organischer Verbindungen, die je nach chemischer Zusammensetzung und physikalischem Zustand Halbwertszeiten von wenigen Tagen bis zu mehreren Jahrtausenden haben können. Zusammengefasst werden diese Substanzen in Klassen mit ähnlicher Umsetzungsrate, die als sogenannte Kohlenstoff C-Fraktionen experimentell bestimmt werden. Zahlreiche wissenschaftliche Arbeiten haben sich mit der Fraktionierung der OBS im Oberboden befasst. In dieser Arbeit hingegen werden drei Methoden verglichen und bewertet, die zur Auftrennung der OBS in stabile und labile Fraktionen im Unterboden geeignet sein könnten. Für die Methodenentwicklung werden Proben von drei Standorten genutzt, auf denen nach vorhergehendem Anbau von C3 Pflanzen seit mindestens 10 Jahren Miscanthus (C4 Pflanze) angebaut wird. Somit kann durch unterschiedliche 13C zu 12C Verhältnisse in C4 und C3 Pflanzen, die durch eine stärkere Diskriminierung von 13C durch C3 Pflanzen bedingt werden, auf das Alter der organischen Substanz geschlossen und die Stabilisierung abgeschätzt werden. Bei der ersten getesteten Methoden handelt es sich um ein thermisches Verfahren, mit welchem die OBS über vier Temperaturstufen (200°C, 300°C, 350°C und 400°C) oxidiert wird. Im Gegensatz zur bisher häufig angewandten Thermogravimetrie, wird bei der neu entwickelten Carbon Combustion Fractionation (CCF) das entstandene CO2 abgefangen und auf 13C untersucht. Als zweite Methode wird eine Ultraschalldispergierung mit anschließender Fraktionierung in einer schweren Salzlösung sowie anschließender sequenziellen Fraktionierung nach weiteren Ultraschallbehandlungen angewendet. Hier werden Energien von 400 bis 3200 J ml-1 eingesetzt und das entstehende gelöste organische C auf 13C untersucht. Als dritte Methode wird eine gesiebte und getrocknete Bodenprobe von 1,5 kg horizontal geschüttelt. Durch große Dichteunterschiede im Vergleich zur Mineralphase trennt sich die leichtere partikuläre OBS mechanisch von der anorganischen Substanz ab. Bei üblichen Fraktionierungen dieser Art werden häufig nur 10-20 g Bodeneinwaage verwendet. Da anzunehmen ist, dass die partikuläre OBS im Unterboden wenig vorhanden ist, wird mit einer größeren Einwaage die Wahrscheinlichkeit erhöht, die partikuläre OBS in den Unterbodenproben hinreichend quantifizieren zu können. Anschließend werden die Ergebnisse der hier angewendeten Methoden sowie die praktische Durchführung miteinander verglichen und evaluiert im Hinblick auf ihre Anwendbarkeit für Unterböden.

Oberflächenrauhigkeit hat eine bedeutende Auswirkung auf die Verdunstung aus brachen Böden. Die Frage wurde deshalb in der Vergangenheit aus verschiedenen Blickwinkeln intensiv untersucht. Aus einer bodenphysikalischen Sichtweise erfordert die Modellierung des Verdunstungsprozesses über eine aufgerauhte Oberfläche sowohl eine veränderte „potentielle“ Verdunstung sowie die Berücksichtigung anderer bodenhydraulischer Eigenschaften in einem kleinen oberflächennahen Bodenkompartiment. Diese oberflächennahe Schicht entzieht sich jedoch einer direkten messtechnischen Bestimmung. Unbekannt ist zudem, wie sich Oberflächenrauhigkeit auf die Bestimmung effektiver hydraulischer Eigenschaften aus Verdunstungsexperimenten auswirkt. In dieser Arbeit soll durch den Vergleich von Verdunstungsexperimenten mit unterschiedlicher Oberflächenrauhigkeit geprüft werden, wie effektive Bodeneigenschaften durch Oberflächenrauhigkeit verändert werden, und ob es möglich ist, unter Annahme eines Zweischicht-Systems bei Kenntnis der „bulk“ Eigenschaften des eigentlichen Bodenkörpers durch inverse Simulation zu einer Identifikation effektiver hydraulischer Eigenschaften einer Oberflächenschicht zu kommen.

The simplified evaporation method by Schindler (1980) is a frequently used method to simultaneously determine unsaturated hydraulic conductivity and the retention curve. Evaporation couples the water cycle with the surface energy balance making it a non-isothermal process under most environmental conditions. Analyses of the evaporation experiments have scarcely accounted for temperature effects. In this study, numerical 1D forward simulations with a coupled heat, water and vapour flow model based on Saito et al. (2006) were used to simulate evaporation experiments with a modified code of the HYDRUS-1D software package (Šimůnek et al., 2013) for virtual sand, loam and clay loam. This required an extended Richards equation and heat flow equations. Virtual realities were created with different inputs for shortwave radiation and aerodynamic resistance to solve the surface energy balance. The unsaturated hydraulic conductivity and the retention curve were determined according to the Schindler method over a wide pressure head range using two different averaging approaches and a temperature correction. The results were compared to the virtual input functions and quantified with the root mean squared error (RMSE).

The accuracy of the Schindler method proved to be temperature dependent and differed between the soil textures. Scenarios with larger evaporation rates and greater temperature deviations to the ambient temperature yielded stronger inaccuracies in the determination of the hydraulic conductivity and retention curve. For all soil textures the geometric mean yielded more accurate results for the hydraulic conductivity. The arithmetic mean yielded more accurate results for the retention curve up to the assumed measurement range of the tensiometers, which was set to h = -3000 [cm]. However, beyond the assumed measurement range the geometric mean resulted in smaller RMSE values. The retention curve and the hydraulic conductivity determined by the Schindler method were in good agreement with the virtual reality for clay loam and in reasonable agreement with loam when the pressure head was averaged geometrically. The Schindler method should be used with care for sandy soils.

Another set of data was temperature corrected to a 20°C reference level to test if a temperature correction improves the Schindler method. The pressure head was corrected for temperature dependent surface tension and the unsaturated hydraulic conductivity was corrected for temperature dependent viscosity. The temperature correction did not improve the Schindler method significantly and even increased inaccuracies in some cases. The increased inaccuracies can partly be eliminated when using a sufficiently large minimum hydraulic gradient. It was concluded that the systematic errors caused by the linearization assumptions of the Schindler method were greater than the compensated temperature effects when the system becomes non-linear.

In der landwirtschaftlichen Flächennutzung ist Stickstoff (N) ein entscheidender Faktor hinsichtlich der Qualitätssicherung und Maximierung pflanzlicher Erträge. Einerseits ist es erforderlich, die Menge an verfügbarem N so an den N-Bedarf der Kulturpflanzen anzupassen, dass eine optimale N-Versorgung über die gesamte Vegetationsphase möglich ist. Andererseits sollten keine N-Überschüsse entstehen, die zu N-Emissionen in die Umwelt (benachbarte Ökosysteme, Grundwasser, Atmosphäre) führen und somit die N-Effizienz verschlechtern. Innovative Applikationstechniken werden als Maßnahmen zur Erhöhung der N-Effizienz diskutiert. In dieser Arbeit soll ein Überblick über die N-Effizienz von herkömmlichen im Vergleich mit innovativen Düngerapplikationstechniken gegeben werden. Dazu werden zahlreiche wissenschaftliche Arbeiten analysiert. Ein Schwerpunkt liegt im Vergleich von Verfahren mit oberflächlicher Ausbringung vs. Verfahren mit Einarbeitung der N-Dünger (z.B. CULTAN-Verfahren). Abschließend werden Lösungsansätze zur Steigerung der N-Effizienz in größerem Zusammenhang diskutiert.

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit arbeite ich mit HYPROP. Dies ist ein System zur Bestimmung der pF-Kurve und der ungesättigten Leitfähigkeit einer Bodenprobe. Es gibt bereits viele Erfahrungen im Umgang mit HYPROP(TM) und 250 cm3 Stechzylindern. In diesem Projekt arbeite ich jedoch mit dem Big-HYPROP, bei dem der Stechzylinder einen Durchmesser von 24,5 cm und eine Höhe von 10 cm hat. Außerdem befinden sich je drei Tensiometer in den Tiefen 2,5 cm und 7,5 cm. Zudem können noch Tensiometer in horizontaler Lage in den Stechzylinder eingebaut werden.

Das Ziel ist es, die kleinräumige Variabilität der Messignale in Hinsicht auf Wassergehalt und Temperatur in der Probe zu erfassen. Zum einen soll dies eine Basis zur Beurteilung der Verlässlichkeit der Messsignale der Standard-Messmethodik HYPROP ergeben. Zum andern wird untersucht, ob der Wasserfluss im Stechzylinder einem größeren Temperaturgradienten unterliegt als bisher angenommen. Hierfür wird die Temperatur in der Bodenprobe in den Höhen 2 cm, 4 cm, 6 cm, 8 cm und direkt an der Oberfläche gemessen.

Hydraulische Prozesse spielen eine große Rolle für die Kohlenstoffflüsse in Mooren. Das Verständnis und die Modellierung dieser Prozesse erfordert auf der einen Seite die Bestimmung hydraulischer Eigenschaften des Torfs und auf der anderen Seite die Beobachtung von Wassergehalten unter Feldbedingungen. Hydraulische Eigenschaften lassen sich durch die Auswertung von Verdunstungsexperimenten wie der Methode nach Schindler (1980) oder der Methode nach Wind (1968) bestimmen. Die Methoden unterscheiden sich in den getroffenen Annahmen und sind daher möglicherweise für Torfe unterschiedlich gut geeignet. Für die Messung von Wassergehalten im Feld sind elektromagnetischen Wassergehaltssensoren gut geeignet, da sie über eine lange Zeit kontinuierlich Messdaten liefern können. Die Messung wird allerdings durch verschiedenste Faktoren beeinflusst und wurde bisher vor allem in mineralischen Böden getestet. Um beide Fragestellungen zu untersuchen, wurde ein Verdunstungsexperiment im Labor mit einer 29 cm hohen Sphagnumtorfprobe durchgeführt. Der volumetrischeWassergehalt wurde während des Experiments durch fünf verschiedene elektromagnetischeWassergehaltssensoren in zwei Tiefen gemessen. Zusätzlich wurden die Masse der Probe sowie Matrixpotentiale in vier Tiefen kontinuierlich aufgezeichnet. Die Windmethode führte zu einer großen Streuung der aufgestellten Leitfähigkeitskurve aufgrund einer großen Unsicherheit bei der Bestimmung der Flüsse zwischen den Kompartimenten. Dieses Problem könnte durch eine Verringerung der zeitlichen Auflösung der Eingangsdaten vermieden werden. Die Schindlermethode zeigte überwiegend verlässliche Werte für die Leitfähigkeit bei Anwendung auf synthetische Daten, allerdins mit Abweichungen von der Wahrheit im feuchten Bereich. Die Wassergehaltssensoren in gleicher Tiefe zeigten weder in den gemessenen Permittivitäten noch in den nach sensor- und substratspezifischen Kalibrationsgleichungen berechneten Wassergehalten eine Übereinstimmung. Dieses ist vermutlich auf Probleme bei der Erstellung einer allgemeinen Kalibrationsgleichung für Torf und auf die Abhängigkeit derMesswerte von sensorspezifischen Eigenschaften zurückzuführen. Es wird geschlussfolgert, dass für jeden Torf eine sowohl substrat- als auch sensorspezifische Kalibration durchgeführt werden sollte, um eine gute Akkuranz zu erzielen.

Die Ausbringung von Biokohle zur Kohlenstoffsequestrierung und Erhöhnung der Bodenfruchtbarkeit wird zur Zeit intensiv diskutiert und in Feldstudien und Laborexperimenten untersucht. Im Rahmen dieser Bachelorarbeit hat Jennifer Geilich den Einfluss von Biokohle auf den Austrag von gelöstem organischem Kohlenstoff (DOC) und Schwermetallen aus Auenböden untersucht. Die Freisetzung der Zielelemente wurde mit wassergesättigten Säulenexperimenten mit Flussunterbrechnung experimentell untersucht. Die Zugabe von Biokohle führte zu einem erhöhten Austrag von Kalium und zu reduzierten Austrägen von DOC, Kalzium und Magnesium. Im Laufe des Perkolationsexperiments kam es zu partieller Anaerobie, welche zu verstärkten Austrägen von Eisen und Mangan führte. Die Freisetzung dieser redoxsensitiven Elemente war in den mit Biokohle versetzen Bodensäulen deutlich reduziert. Zusammenfassend wurde ein deutlicher Einfluss der Zugabe von Biokohle auf den Austrag von DOC, Hauptkationen und Schwermetallen festgestellt, der im wesentlichen auf Oberflächenreaktionen an der Biokohle zurückzuführen ist.

Die Modellierung des Bodenwasserhaushaltes ist ein wichtiges Instrument der Bodenphysik. In den meisten Modellanwendungen wird jedoch der Einfluss der Interzeption vernachlässigt. Die hieraus resultierende Überschätzung der Infiltration führt letztlich auch zu einer Überschätzung von Transpiration und Grundwasserneubildung. Angelehnt an existierende Modelle wurde ein Interzeptionsmodell entwickelt, welches den Bestandsniederschlag aus dem Freilandniederschlag berechnet und diesen als Eingangsgröße für die Modellierung des Bodenwasserhaushaltes mit der Richardsgleichung zur Verfügung stellt. Die Simulation des Bodenwasserhaushalts für verschiedener Graswuchshöhen auf sandigem und schluffigem Boden zeigte, dass eine Vernachlässigung des Interzeptionsverlustes, der in dieser Arbeit im untersuchten Grünland bis zu 19.4 % betrug, zu deutlichen Abweichungen des modellierten Bodenwasserhaushaltes führt. Beispielsweise war die Transpiration unter dem Einfluss der Interzeption um bis zu 27 % verringert, was einen deutlich erhöhten Wasserstress und somit letztlich auch geringere Erträge erwarten lässt.

Traditionell wird die Beziehung zwischen Bodenwasserspannung und Wassergehalt (Retentionskurve) im mittleren bis trockenen Bereich durch Drucktopf-Extraktoren ermittelt, in jüngerer Zeit findet zunehmend das WP4-Potentiameter der Firma DECAGON Verwendung. Bei diesem Verfahren wird für eine Bodenprobe mit vorgegebenem Wassergehalt das Wasserpotential über eine Messung der relativen Luftfeuchte im Gleichgewicht mit der Probe ermittelt. Ergänzt werden diese Methoden durch dynamische Verfahren zur Erfassung der Retentionskurve im eher feuchten Bereich. Ein Beispiel dafür ist das vereinfachte Labor-Verdunstungsverfahren nach Schindler (1980), für dessen apparative Durchführung und Auswertung mit dem Messsystem HYPROP© der Firma UMS GmbH München neuerdings ein kommerzielles Gerät zur Verfügung steht.

Ziel dieser Arbeit ist es, in Ergänzung zur Bachelorarbeit von Lisa Heise die Übereinstimmung der durch Unterdruckmethode, Drucktopf, WP4, sowie dem Verdunstungsverfahren ermittelten Retentionseigenschaften zu prüfen, sowie Aufschluss über die Kompatibilität und Zuverlässigkeit sowie Messbereichslimits der Methoden zu erlangen. Hierzu werden für einen schluffigen Lehmboden aus der Nähe von Wolffenbüttel 100 cm³-Stechzyliinder nach cer Standardmethode entwässert, sowie gepackte Bodenproben im Drucktopf entwässert und anschließend das Bodenwasserpotential mit dem WP4 bestimmt. Zusätzlich werden mit dem WP4-Gerät die Bodenproben bis in den lufttrockenen Bereich (pF 6) vermessen. Dies erfolgt in zwei Messreihen, bei denen sich das Potential entweder als Folge einer Entwässerung (durch Verdunstung nach vollständiger Aufsättigung) oder durch Bewässerung der ofentrockenen Böden einstellt. Die so erhobenen Daten sollen zusammen mit den durch das dynamische Verdunstungsverfahren mit HYPROP abgeleiteten hydraulischen Eigenschaften verglichen und kombiniert werden.

Das Verständnis und die Erforschung von Stoffkreisläufen auf globaler, wie auch auf lokaler Ebene besitzen einen hohen Stellenwert. Wegen steigender Nachfrage nach Lebensmitteln und fossilen Energien auf der Welt nimmt der Stickstoffkreislauf eine besondere Stellung ein. Rund 78% der Atmosphäre besteht aus molekularem N₂. Dieser nicht reaktive Stickstoff muss in reaktive Formen überführt werden, um Wechselwirkungen mit marinen und terrestrischen Ökosystemen einzugehen.

In Böden liegt der Stickstoff zum überwiegenden Teil in organischen Formen vor. Über den Prozess der Mineralisation (alternativ: Ammonifikation) wird organisches N in die mineralische Form Ammonium (NH_4⁺) überführt. Unter dem Begriff Nitrifikation versteht man die Umwandlung von NH_4⁺ über Nitrit (NO_2^-) zu Nitrat (NO_3^-). Dieser Prozess wird hauptsächlich von chemolithoautotrophen Mikroorganismen aber auch von heterotrophen Organismen und einigen Pilzen unter aeroben Bedingungen durchgeführt. Stickstoff ist ein essentielles Nährelement und kann in der Form von Nitrat am leichtesten von den Pflanzen aufgenommen werden.

Das Hauptaugenmerk dieser Bachelorarbeit liegt auf der Nitrifikation in Böden. Ziel ist es, die aktuelle, internationale Literatur zu analysieren und den derzeitigen Kenntnisstand zusammen zu fassen. Besonderes Augenmerk wird auf die Einflussfaktoren Klima, pH-Wert und Ladungsverhältnisse in Böden (permanente und variable Ladungen) gelegt.

Die Anteile von NH_4⁺ und NO_3^- am Mineralstickstoff im Boden werden in erster Linie von der Nitrifikationsrate bestimmt. Dies ist nicht nur für die pflanzliche N-Aufnahme sondern auch für das Transportverhalten von Mineral-N bei den jeweiligen Ladungsverhältnissen bzw. der Variabilität der Ladungen im Bodenprofil (vor allem durch Gradienten der organischen Bodensubstanz und ggf. auch der Mineralzusammensetzung) von Bedeutung. Permanente, negative Ladungen von 3-Schicht-Tonmineralen (sog. „high activity clays“) sind für die austauschbare Bindung von NH_4⁺ verantwortlich, während aufgrund gleicher Vorzeichen bei den Ladungen keinerlei Wechselwirkungen mit NO_3^- stattfinden können. Im Kontrast dazu bedingen die bei niedrigem pH-Wert dominierenden positiven Ladungen der Mineralsubstanz stark verwitterter Böden (durch Dominanz von „low activity clays“ und Präsenz von Fe- und Al-Oxiden) sowie der organischen Bodensubstanz eher ein Rückhalten von Nitrat und hohe Mobilität von NH_4⁺.

Der Befall mit Fusarium, einer Gattung bodenbürtiger Schadpilze, stellt aufgrund der Infektionsgefahr der Folgefrucht ein Problem konservierender Bodenbearbeitung dar und kann zu Reduzierung des Ernteertrags, sowie zu gesundheitlichen Folgen für Mensch und Tier führen. Bestimmte Collembolen- und Nematodenarten können Fusarium abbauen. Folsomia candida und Aphelenchoides saprophilus gehören zu den am weitesten verbreiteten Collembolen- bzw. Nematodenarten. Bisher sind keine Untersuchungen veröffentlicht worden, die die Frage beantworten, ob eine Kombination von Nematoden und Collembolen zu einem erhöhten Abbau von Fusarium-Pilzen führt.

In einem Feldexperiment wurden Proben infizierten Strohs in Probenbehältern zusammen mit Collembolen, Nematoden oder einer Kombination beider Organsimen in einen Ackerboden eingebracht. Nach zwei bzw. vier Wochen Verweildauer der Proben im Boden wurde jeweils die Individuendichte bestimmt, sowie die Fusarium-Protein-Äquivalent-Konzentration (FPE) gemessen und Veränderungen über die Zeit analysiert.

Es konnte gezeigt werden, dass künstlich mit Fusarium infiziertes Stroh ein attraktiveres Nahrungsangebot für die verwendeten Nematoden darstellte, als nicht künstlich infiziertes. Für die verwendeten Collembolen konnte dies zwar nicht signifikant nachgewiesen werden, jedoch ließ sich ein Trend erkennen der in diese Richtung wies. Die Analyse der FPE-Konzentration zeigte keinen statistisch signifikanten Abbau des Fusariums, weder durch die verwendeten Collembolen oder Nematoden noch durch die Kombination beider Organsimen, im Vergleich zu der Kontrollgruppe ohne Organismen. Es zeigte sich jedoch ein tendenzieller Unterschied zwischen den Werten der Einzelorgansimen und den Werten der Kontrollgruppe. Die Kombination der Organismen zeigte keinen signifikant unterschiedlichen Einfluss auf die Fusarium-Biomasse im Vergleich zu den Einzelorganismen. Jedoch ist hier eine tendenzielle Verschlechterung des Abbaus durch die Kombination der Organismen festzustellen.

Zwar konnte mit diesem Feldexperiment keine eindeutig signifikanten Ergebnisse erzielt werden. Die gefundenen Trends zeigen jedoch, dass eine gezielte Nutzung von Collembolen und Nematoden in der Landwirtschaft das Potential zur Kontrolle von Fusarium-Infektion besitzen könnte.

Für die Rückhaltung von Uran (VI) bei dem Transport durch Quarzmehl spielt vor allem die Adsorption eine entscheidende Rolle. In dem betrachteten pH- Bereich zwischen 3,9 und 4,5 variiert die Adsorption des Urans sehr stark, wenn der pH-Wert nur gering geändert wird. Das System ist in sofern komplex, da bei hohen Uran (VI) Konzentrationen die Bildung der Oberflächenkomplexe auch Einfluss auf den pH-Wert hat.

Ziel der Bachelorarbeit ist es, den Transport von Uran (VI) in Säulenversuchen zu beschreiben. Dazu werden im Labor zwei mit Quarzmehl gefüllte Säulen mit einer Uranlösung durchströmt und Messwerte der Urankonzentrationen mittels Fraktionensammler und ICP-Messung aufgenommen. Diese Daten bilden die Grundlage der Modellierung der Säulenexperimente, die mit PhreeqC durchgeführt wird. Die Beschreibung der Uransorption in den Säulenversuchen wird durch die Einbindung von Oberflächenkomplexmodellen geschehen, deren Parameter durch die im Labor erhaltenen Daten bestimmt werden.

Inwieweit sich diese Oberflächenkomplexe auf ähnliche Säulenversuche anwenden lassen, soll im späteren Verlauf noch überprüft werden.

Die Erfassung des Bodenwasserhaushalts im Feld erfordert die Messung von Wassergehalten und/oder Bodenwasserpotenzialen. Für die Messung des Matrixpotenzials werden traditionell Tensiometer eingesetzt. Diese haben jedoch den Nachteil eines begrenzten Messbereichs und einer durch die Notwendigkeit der Wiederbefüllung und Entgasung hervorgerufenen hohen Wartungsintensität. Aus diesem Grund werden von verschiedenen Herstellern inzwischen kapazitive Matrixpotenzialsensoren als Alternative zu Tensiometern angeboten, die das Matrixpotenzial indirekt durch die Messung des Wassergehalts in einem Äquivalentmedium bestimmen.

In der Bachelorarbeit von Felix Pruter wird das Verhalten des Matrixpotentialsensors MPS-1 der Firma Decagon Devices bei Variation der räumlichen Orientierung im Boden numerisch analysiert, basierend auf Hinweisen früherer Arbeiten (Metzger, 2010). Die Arbeit gliedert sich in einen experimentellen und einen numerischen Teil. Zunächst wurden die hydraulischen Eigenschaften der Keramik des MPS-1-Sensors im Labor untersucht. Neben der gesättigten Leitfähigkeit wurde die Retentionsfunktion der Keramik bestimmt.  Anschließend wurden mit dem Programmwerkzeug Hydrus-3D der Firma PC-Progress numerische Simulationen mit der Richardsgleichung durchgeführt. Die aus den Laborexperimenten gewonnenen Informationen wurden hierbei für die Parametrisierung der hydraulischen Eigenschaften der Keramik genutzt. Die behandelten Geometrien, Anfangs- und Randbedingungen orientieren sich an der Bachelorarbeit von Johanna Metzger (2010). Die Ergebnisse von Metzger konnten teilweise bestätigt werden. Um die von Metzger aufgeworfenen Fragen bezüglich der Wasserdynamik während des Evaporationsprozesses noch detaillierter beantworten zu können, wird vorgeschlagen, aufbauend auf dieser Arbeit ein neues Modell mit deutlich erhöhter Komplexität zur besseren Erfassung dieser Prozesse zu erstellen.

Seit Beginn der Industrialisierung wurde weltweit ein dramatischer Anstieg der atmosphärischen CO₂-Konzentration beobachtet. Neben einer globalen Erwärmung umfassen die erwarteten Konsequenzen extreme klimatische Bedingungen, wie beispielsweise den Rückgang sommerlicher Niederschlagshöhen. Wissenschaftler am Braunschweiger Johann Heinrich von Thünen-Institut untersuchen seit 1999 in einem Freiland- CO₂-Anreicherungsversuch (FACE) die Folgen solcher Klimaveränderungen für den Anbau von Kulturpflanzen. In den Jahren 2010 und 2011 wurden die C4-Pflanzen Mais und Sorghumhirse unter aktueller und künstlich erhöhter atmosphärischer CO₂-Konzentration kombiniert mit ausreichender und begrenzter Wasserversorgung angebaut. Die Bodenfeuchte innerhalb der Trockenflächen wurde in regelmäßigen Abständen anhand von TDR-Messungen registriert. Aus früheren Untersuchungen ist bekannt, dass eine Erhöhung der CO₂-Konzentration in der Umgebungsluft eine Verbesserung der Wassernutzungseffizienz von C4-Pflanzen zur Folge hat. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, diesen indirekten Düngeeffekt aus zeitlichen Änderungen des Bodenwasservorrats im Versuchsjahr 2010 nachzuweisen und zu quantifizieren. Es wird ein Ansatz vorgestellt, bei dem zunächst die Sickerwassermenge als unbekannte Komponente des Wasserhaushalts mit Hilfe inverser Identifikation der bodenhydraulischen Eigenschaften mit dem Softwarewerkzeug HYDRUS-1D abgeschätzt wurde. In einem weiteren Schritt wurde die Verdunstung im Versuchszeitraum über eine Bodenwasserbilanz ermittelt. Im Mittel zeigte sich ein Rückgang der Evapotranspiration um (14.1 ± 2.3)% unter FACE-Bedingungen und Sommertrockenheit. Zwischen den beiden Pflanzensorten konnten keine signifikanten Unterschiede festgestellt werden. Es werden Ergänzungen zur Datengrundlage vorgeschlagen, die zur Verlässlichkeit des vorgestellten Ansatzes beitragen können.

Im globalen Kohlenstoff-Zyklus nimmt der C-Vorrat in Böden eine wichtige Position ein, deren Größenabschätzung jedoch unsicher ist. Der Kohlenstoffverlust über den CO2-Ausstoß ist dabei maßgeblich an die Produktivität mikrobieller Zersetzer gebunden. Es ist daher ein besseres Verständnis dafür wichtig, wie Landbearbeitung und Klimaveränderungen diese Produktivität beeinflussen können.

Ziel dieser Arbeit ist es, den Einfluss von unterschiedlichen Wassergehalten, sowie regelmäßigen mechanischen Störungen auf die mikrobielle C-Umsetzung in Laborexperimenten zu untersuchen. Für den ersten Versuchsteil wurden Bodenproben unterschiedlich stark befeuchtet, sodass fünf unterschiedliche Feuchtestufen vorlagen. Im Laufe mehrerer Wochen wurde über den CO2-Ausstoß die Produktivität der Mikroorganismen gemessen. Für den zweiten Versuchsteil wurden Bodenproben wöchentlich stark mechanisch gestört. Die Auswirkungen der einzelnen Störungen wurden beobachtet und verglichen. Die Experimente erfolgten an den Heinemeyer-Anlagen des vTI Agrarrelevante Klimaforschung, welches dem Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei untersteht. Mithilfe dieser Anlagen ist es möglich, den CO2-Ausstoß von Bodenproben in einer kontinuierlichen Messung stündlich aufzunehmen.

The study investigates the carbon dioxide (CO2) fluxes, which are emitted from the soil-plant system to the atmosphere. CO2 fluxes were measured using an Automatic chamber deployed over periods (autumn and spring 2010) from an intensively grazed dairy farm in Methven, Canterbury, New Zealand. The respiratory losses will evaluated as a component of the overall carbon exchange, and the response of CO2 fluxes to the biophysical environment will investigated.

There has been a marked intensification of agriculture in Canterbury over recent years, mainly due to the conversion of mixed cropping/ grazing to dairy farming. This type of land use change involves conversion from dry land to irrigation and substantially higher inputs of nitrogen. Intensification of agriculture is generally associated with increased output of the greenhouse gases methane and nitrous oxide, but the implications for the overall carbon cycle are unclear.

Due to this the knowledge about carbon exchange on a paddock scale becomes increasingly important.

Farmers are interested in the quantity of carbon sequestered by pastoral systems, because there is a possibility that they could offset methane and nitrous oxide emissions liability by claiming carbon credits for soil organic carbon storage. Understanding the factors regulating respiratory losses of carbon are important for designing strategies that sequester more soil carbon. In terms of global warming it is necessary to understand how the respiration is regulated by the environment and how the carbon sequestration (of the agricultural ecosystem) may respond to a warming climate.

Furthermore, respiratory losses represent a loss of agricultural productivity. In reference to this, it is interesting to know in which extent biomass gain is determined in pasture by the respiratory losses to photosynthetic production.

The objective of this study are (i) to calculate the ecosystem respiration measured by the autochamber; (ii) evaluate its importance as part of the overall CO2 exchange measured by the eddy covariance system; and (iii) relate ecosystem respiration to environment drivers. It is expected that the respiratory fluxes will strongly respond to the environmental conditions. Therefore, we measured a suite of environmental variables that are likely to influence surface respiration, including soil temperature, soil moisture and relative humidity.

The measurements were performed during late autumn (May-June), a period of cooling temperatures and high rainfall, and during spring (October-November), a period of warming soil temperatures and almost constant irrigation.

Net ecosystem CO2 exchange was measured by an eddy covariance tower with an IRGA (LI-7500, LICOR Inc.), a 3D sonic anemometer (CSAT3, Campbell Scientific Inc.). The surface (soil and plants) respiration was measured with an automated dynamic closed chamber (8100 Autochamber, LICOR Inc.). Furthermore a meteorological and a soil station were established for recording important soil and temperature variables. The paddock is predominated by perennial ryegrass (Lolium perenne) and white clover (Trifolium repens).

By using an eddy covariance system to measure net ecosystem exchange (NEE), the overall net carbon flux between the paddock and the atmosphere is quantified. The autochamber measures the gross one way flux of CO2 from the paddock towards the atmosphere. This includes both, the heterotrophic component (soil micro- and macrofauna) and the autotrophic (plants) respiration component. Respiration is a very complex biological and physiological process, which is affected by a lot of environmental factors. Due to this it is difficult to measure the whole plant CO2 release (especially) for a day or year period. The ratio photosynthesis/ respiration for example can just be estimated and not exactly measured. Respiratory-related components are necessary for putting up a balance of the carbon exchange. This balance is essential for understanding the CO2 fluxes between soil and atmosphere.

The study will show the strong interaction between carbon fluxes and respiration in the context of a pastoral agroecosystem. The correlation between respiration and soil temperature will be analyzed including all responding factors. A C balance of the ecosystem dairy farm will be estimated by the seasonal respiration and photosynthesis values.

Etwa ein Drittel der Fläche Deutschlands ist von Wald bedeckt. Die Böden unter Wald zeigen eine besondere Vielfalt, was ihre Eigenschaften und Funktionen im Landschaftshaushalt und in der Lebensgemeinschaft Wald betrifft. Sämtliche Wälder sind heute mehr oder weniger stark anthropogenen Belastungen, wie z.B. Luftschadstoffen, ausgesetzt und dadurch beeinträchtigt. Für einen Großteil der Wälder in Deutschland muss davon ausgegangen werden, dass die Fähigkeit zur Selbstregulierung zum Teil eingeschränkt ist. Abgesehen von den Blatt- und Nadeloberflächen der Bäume sind insbesondere die Humusauflagen der Waldböden besonders stark von der Deposition schädlicher Stoffe betroffen. Die insbesondere in den Humusauflagen stattfindenden Prozesse der Humifizierung (Humusaufbau) und der Mineralisation (Abbau zu anorganischen Endprodukten), können durch eingetragene Schadstoffe, speziell durch Schwermetalle beeinträchtigt werden. Durch das Absinken des pH-Wertes als Folge bodeninterner Stoffumsetzungen (z.B. Nitrifikation) und des sauren Regens, werden die sonst fest an die organische Substanz gebundenen Schwermetalle mobil und können unter Umständen sogar ins Grundwasser gelangen. Eine Maßnahme gegen die weitere Versauerung der Böden ist die Bodenschutzkalkung, die den niedrigen pH-Wert der betroffenen Böden anheben soll.

Ziel der geplanten Bachelorarbeit ist es, das Ausmaß sowie das Verhalten von Schwermetallen in der Humusauflage in ausgewählten Regionen Deutschlands darzustellen sowie einen Zusammenhang mit Emissionsquellen herzustellen. Weiterhin werden die Folgen der Bodenschutzkalkungen im Hinblick auf das Mobilitätsverhalten von Schwermetallen in Humusauflagen diskutiert.

Zur Bestimmung hydraulischer Eigenschaften von Böden im mittleren bis niedrigen Feuchtebereich finden verschiedene Laborverfahren Anwendung. Besonders die Kenntnis des Wasserrückhaltevermögens eines Bodens ist hierbei von Interesse, etwa zur Beurteilung und Abschätzung der Wasserdynamik und Wasserspeicherung im Boden. Traditionell wird die Beziehung zwischen Bodenwasserspannung und Wassergehalt (Retentionskurve) im mittleren bis trockenen Bereich durch Drucktopf-Extraktoren ermittelt, in jüngerer Zeit findet zunehmend das WP4-Potentiameter der Firma DECAGON Verwendung. Bei diesem Verfahren wird für eine Bodenprobe mit vorgegebenem Wassergehalt das Wasserpotential über eine Messung der relativen Luftfeuchte im Gleichgewicht mit der Probe ermittelt. Ergänzt werden diese Methoden durch dynamische Verfahren zur Erfassung der Retentionskurve im eher feuchten Bereich. Ein Beispiel dafür ist das vereinfachte Labor-Verdunstungsverfahren nach Schindler (1980), für dessen apparative Durchführung und Auswertung mit dem Messsystem HYPROP© der Firma UMS GmbH München neuerdings ein kommerzielles Gerät zur Verfügung steht. Es gibt jedoch Hinweise auf Diskrepanzen zwischen den durch die Gleichgewichts- oder Verdunstungsmethode ermittelten Retentionsdaten. Ziel dieser Arbeit ist es, die Übereinstimmung der durch Drucktopf, WP4 und HYPROP ermittelten Retentionseigenschaften zu prüfen, sowie Aufschluss über die Kompatibilität und Zuverlässigkeit sowie Messbereichslimits der Methoden zu erlangen. Hierzu wurden für Böden unterschiedlicher Textur gepackte Bodenproben im Drucktopf entwässert und anschließend das Bodenwasserpotential mit dem WP4 bestimmt. Variiert wurden die Faktoren Äquilibrierungs-Zeitraum (1 bis 16 Tage), Lagerungsdichte (dicht, locker) und Druckstufen. Zusätzlich wurden mit dem WP4-Gerät die Bodenproben bis in den lufttrockenen Bereich (pF 6) vermessen. Dies erfolgte in zwei Messreihen, bei denen sich das Potential entweder als Folge einer Entwässerung (durch Verdunstung nach vollständiger Aufsättigung) oder durch Bewässerung der ofentrockenen Böden eingestellt hatte. Die so erhobenen Daten sollen zusammen mit den bereits vorliegenden Retentionsdaten aus HYPROP-Messungen verglichen werden.

Mit dem Betrieb und der anschließenden Stilllegung der Bergwerke Bleicherode, Sollstedt und Bischofferode ging die Frage einher, in wie weit die entstandenen Laugenrückstände sicher gelagert werden konnten. Mit dem Bau der beiden Laugenrückhaltebecken Wipperdorf Anfang der 60iger Jahre des vergangenen Jahrhunderts sollte dieses Problem der nachhaltigen Sicherstellung gewährleistet werden. Heutige Untersuchungen bezüglich der Stabilität der Becken eröffneten Mängel, sodass eine Sanierung unumgänglich war.

Im Zuge einer Fremdprüfung durch die Ingenieursgesellschaft DBI-EWI in Blankenburg stellt sich die Frage, inwiefern die Salzlauge einen Einfluss auf die hydraulische Leitfähigkeit innerhalb der Tondichtungen besitzt. Ziel dieser Bachelorarbeit ist, hydraulische Leitfähigkeitsmessungen für die Materialien der Basisabdichtungen vorzunehmen, wobei die Proben mit Wässern unterschiedlicher Salzkonzentrationen equilibriert und vermessen werden. Die Praktischen Arbeiten werden nach nach DIN 18130-1 bei der DBI-EWI in Blankenburg durchgefürht. Die Ergebnisse der Arbeiten sollen erlauben, Rückschlüsse auf die anhaltende Stabilität der vorhandenen und neu eingebauten mineralischen Dichtung unter dem Einfluss der Salzlösung ziehen zu können.

Lysimeter bieten eine gute Messmethode um den Wasser- und Stofftransport in der ungesättigten Zone zu untersuchen. In dieser Arbeit wurden dafür zwei nicht wägbare, mit gestörtem Boden befüllte Gravitationslysimeter der Forschungsstation Wagna in Österreich untersucht. Die Daten von 17 Jahren (1992 - 2008) wurden analysiert. Hier für wurde der Wasser- und Stofftransport mit der Software HYDRUS-1D simuliert. Bei dem Stofftransport wurden vier verschiedene Tracerversuche mit Bromid ausgewertet. Als Messdaten lagen Wetterdaten, sowie Sickerwassermengen und die Tracerkonzentrationen der Lysimeter vor. Die Evapotranspiration der Lysimeter war nicht bekannt und wurde extern berechnet. Die Anpassung der Simulation an die Messdaten war auf Grund der fehlenden Evapotranspiration schwer möglich. Die ungenaue Anpassung lässt sich hauptsächlich auf die ermittelte Transpiration zurückführen. Die Berechnung der Transpiration basiert auf Literaturwerten für normal wachsende Pflanzen. Auf den Lysimetern herrschen jedoch andere Bedingungen als im Feld. Es treten starke Oasen- und Randeffekte auf, sodass es zu einem veränderten Pflanzenwachstum kommt. Neben dem Wassertransport wurden vier Tracerversuche mit Bromid analysiert. Diese unterscheiden sich zum Teil stark. Ein Modell wurde an einem im Frühjahr 1993 durchgeführten Versuch angepasst und mit einem ähnlichen Versuch von 2006 verifiziert. Mit diesen ermittelten Einstellungen war es nicht möglich, die anderen beiden Versuche vom Winter 1997 und Sommer 2003 hinreichend anzupassen. Bei diesen kommt es zu starkem präferentiellen Fluss, der im Modell nicht berücksichtigt wurde. Bei den Tracerversuchen wurde eine erhebliche jahreszeitliche Abhängigkeit und die damit verbundene Bodenbeschaffenheit (z.B. trockene Zustände) festgestellt.

Das Matrixpotential liefert als Teil des Bodenwasserpotentials eine wichtige Aussage über den Energiezustand des Bodenwassers in der ungesättigten Bodenzone. Es ist in der Umweltforschung sowie in der Anwendung, z.B. im Ingenieurswesen oder in der Landwirtschaft, eine bedeutsame Größe. Die gängigen Instrumente zur Messung des Matrixpotentials sind Tensiometer. Sie messen das Potential sehr genau, haben jedoch einen auf feuchte Verhältnisse beschränkten Messbereich. Der Mangel an relevanten alternativen Messtechniken hat unlängst zu dem Erscheinen mehrerer neuer Sensoren auf dem Markt geführt. Der MPS-1 der Firma Decagon Devices basiert auf der Messung des Wassergehalts in einer statischen Matrix über die kapazitiven Bestimmung der dielektrischen Permittivität. Die Funktionalität des Sensors sowie die Qualität der Messungen wurden in dieser Arbeit anhand von Laborversuchen getestet. Dazu wurden die Sensoren in gepacktes Quarzmehl eingebaut. Ihre Ausrichtung wurde dabei variiert. Zur quantitativen Beurteilung der Messwerte wurden Tensiometer in den Versuch integriert. Während eines Verdunstungsversuches wurden die Sensormessungen verfolgt. In der Wiederholung wurde die Verdunstung mit einem Ventilator beschleunigt. Im feuchten Bereich lieferten die MPS-1 relativ genaue Messungen, mit zunehmender Trockenheit nahm die Genauigkeit der Messungen ab. Die vom Hersteller angegebene Genauigkeit wurde knapp, bei erhöhter Dynamik nicht mehr eingehalten. Die verschiedenen Einbauausrichtungen der Sensoren ergaben deutlich Messunterschiede. Dabei zeigte sich ein flacher Einbau des Sensors besonders ungeeignet. Auffällig war die große Übereinstimmung der Messreihen der einzelnen Sensors im ersten und zweiten Versuchsdurchlauf. Der Hersteller gibt an, dass alle Sensoren vorkalibriert sind und durch den Anwender keine Kalibrierung mehr vorgenommen werden muss. Dies konnte nicht bestätigt werden. Mit einer guten Kalibrierung liefert der MPS-1 relativ genaue Matrixpotentialmessungen. Diese können Tensiometermessungen nicht ersetzen, jedoch ergänzen. Reicht eine ungenaue Angabe des Matrixpotentials aus, so eignet sich der Sensor zu Forschungs- und Anwendungszwecken. Insgesamt ist jedoch eine Verbesserung des Sensors ratsam. Der MPS-1 ist ein Schritt auf dem Weg zu einer sicheren, genauen und einfachen Messung eines weiten Matrixpotentialspektrums, der eben erst betreten wurde.

In den nächsten Jahrzehnten werden aus dem Rückbau kerntechnischer Anlagen Tonnen an Bauschutt anfallen. Diese tragen größere Massen aller nach §29 der Strahlenschutzverordnung freizugebenden Stoffe mit sich und werden zum Teil wiederverwertet oder auf Deponien abgelagert. Zur Herleitung der Freigabewerte wurden die Freisetzungen von Radionukliden aus dem Bauschutt ins Grundwasser berücksichtigt, wobei Parametersätze (Verteilungskoeffizienten) für Böden verwendet wurden. Allerdings kann man davon ausgehen, dass Böden andere physikalische, chemische und mineralogische Eigenschaften aufweisen als Bauschutt. Aus diesem Grund wurde das Sorptionsverhalten von Uran238 , Thorium232 , Lithium7 und Cäsium133 an den verschiedenen Baustoffen Normalbeton, Strahlenschutzbeton und Mörtel mittels Batchversuch erforscht. Ziel war es für alle Radionuklide und jeden Baustoff Sorptionsisothermen zu erstellen und somit Verteilungskoeffizienten zu ermitteln, um die Freisetzung der Radionuklide ins Grundwasser berechenbar zu machen.

In den Versuchen wurde der Baustoff mit einer bestimmten Konzentration der Nuklide ins Gleichgewicht gebracht. Mit Hilfe des ICP-MS (Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma) wurde die Konzentration der Lösung im Gleichgewicht gemessen, um die sorbierte Menge des Stoffes zu berechnen. Durch die lineare Transformation nach Freundlich sowie nach Lineweaver-Burk, Langmuir, Eadie-Hofstee und Scatchard wurden die Freundlich- und Langmuir-Isothermen ermittelt und daraus die Kd-Werte berechnet.

Diese Bachelorarbeit wurde in Zusammenarbeit mit der Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS), die vom Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) beauftragt wurde, durchgeführt.

Bei der Kalibrierung von SVAT-Modellen zur Berechnung des latenten Wärmestromes wurde in der Studie von Schulz und Beven (2002) unter Anwendung der GLUE-Methode festgestellt, dass für einen Kalibrierzeitraum von zwei bis drei Wochen keine Identifizierung der Modellparameter möglich ist, so dass das Problem der Parameter Equifinality auftrat.

Dabei besaßen die verwendeten SVAT-Modelle kein vegetationsdynamisches Modul, so dass es fraglich ist, ob die kalibrierten Modelle in der Lage sind, den latenten Wärmestrom auch für längere Zeiträume geeignet vorherzusagen. Das Ziel dieser Studienarbeit ist die Prüfung der Frage, ob die Kalibrierung eines SVAT-Modells für einen längeren Zeitraum, als die von Schulz und Beven gewählten Zeiträume, der Parameter Equifinality entgegen wirken kann und ob eine Erweiterung des Modells um ein vegetationsdynamisches Modul erforderlich ist, falls eine Kalibrierung über einen Zeitraum mit verschiedenen vegetationsdynamischen Phasen angestrebt wird.

Für die Umsetzung dieser Fragen wird ein Datensatz der Länge einer Vegetationsperiode in fünf Vegetationsphasen mit differenzierten Vegetationsdynamiken unterteilt. Unter Anwendung der GLUE-Methode erfolgt die Kalibrierung des ausgewählten SVAT-Modells (TOPUP) für die dritte Vegetationsphase, deren Zeitraum sieben Wochen beträgt. Das kalibrierte Modell wird dann verwendetet, um den latenten Wärmestrom für die vier weiteren Phasen vorherzusagen. Bei dieser Untersuchung stellt sich heraus, dass eine "gute" Kalibrierung des TOPUP für die dritte Phase möglich ist, sie aber der Parameter Equifinality nicht entgegenwirken kann.

Desweiteren ist das kalibrierte Modell nicht in der Lage, den latenten Wärmestrom für die vier weiteren Vegetationsphasen vorherzusagen. Daher ist es notwendig TOPUP zu erweitern, falls eine Kalibrierung des Modells für einen Zeitraum durchgeführt werden soll, der sich durch eine hohe Vegetationsdynamik auszeichnet.