H. Kreilein

Effects of land-use change on matter and energy exchange between ecosystems in the rain forest margin and the atmosphere

Greenhouse gas and energy fluxes between the land surface and the atmosphere are important aspects for the evaluation of land-use options in tropical areas. Changes in vegetation cover alter the capacity to absorb carbon dioxide and solar radiation from the atmosphere and influence the magnitudes of latent and sensible heat flows to the atmosphere. If happening at a larger spatial scale, land-use change can lead to significant local feedbacks like drought, flooding, soil erosion or shifts in local climate.

Stomatal and surface conductance of a spruce forest: Model simulation and field measurements

Abstract Canopy surface conductances of a spruce forest in the Solling hills (Central Germany) were derived from LE and H fluxes measured (by eddy correlation technique and the Bowen ratio method) and modelled (by an one-dimensional non-steady-state SVAT model (SLODSVAT)) using a rearranged Penman-Monteith equation (“Big-leaf” approximation) during June 1996. They were compared with canopy stomatal conductances estimated by consecutive integrating the stomatal conductance of individual leaves over the whole canopy (“bottom-up” approach) using SLODSVAT model. The results indicate a significant difference between the canopy surface conductances derived from measured and modelled fluxes (“top-down” approach) and the canopy stomatal conductances modelled by the SLODSVAT (“bottom-up” approach). This difference was influenced by some non-physiological factors within the forest canopy (e.g. aerodynamic and boundary layer resistances, radiation budget, evaporation from the forest understorey). In general, canopy surface conductances derived from measured and modelled fluxes exceeded canopy stomatal conductance during the whole modelled period. The contribution of the understoreys evapotranspiration to the total forest evapotranspiration was small (up to 5–9% of the total LE flux) and was not depended on total radiation balance of forest canopy. Ignoring contribution of the understoreys evapotranspiration resulted in an overestimation of the canopy surface conductance for a spruce forest up to 2 mm/s (up to 10–15%).

Trockene und nasse Deposition von Spurenstoffen aus der Atmosphäre

Vielfach konnen wesentliche Strukturen und Prozesse in der Atmosphare sowie in aquatischen und in terrestrischen Okosystemen erst verstanden werden, wenn Transferwege der Energie- und Stoffhaushalte fur diese Systeme bekannt sind. Der Grenzbereich zwischen Atmosphare und Erde ist daher ein wichtiger Bereich, um Wirkungsge- fuge innerhalb der Atmosphare und an der Erdoberflache zu verstehen. Atmosphare und Okosysteme sind offene Systeme, die mit ihrer Umgebung Stoffe, Energie und Informationen austauschen. Andert sich die Umgebung von offenen Systemen, so werden sich auch die Systeme selbst andern. Um beurteilen zu konnen, wie sich komplexe Systeme entwickeln, ist es oft sinnvoll, die Einwirkungen von ausen auf ein System zusammenzufassen und auserdem die gemeinsamen Auswirkungen vielfaltiger interner Prozesse auf die Umgebung eines Systems zu erheben. Wenn ein Okosystem langfristig Nahrstoffe an seine Umgebung durch Ernte, Austrag im Sickerwasser, Wind- und Wassererosion oder Verfluchtigung verliert, so ist fraglich, ob sich die Organismen im Okosystem langfristig ohne Nahrstoffzufuhr von ausen, z.B. aus der Atmosphare, ernahren konnen. In der Landwirtschaft ist diese Einschatzung seit Liebig allgemein bekannt. In der Forstwirtschaft wird dieses Prinzip der Nachhaltigkeit schon seit fast 300 Jahren vertreten (Gravenhorst et al. 1997), ohne das dieses Prinzip gleich mit Stoffbilanzen im Wald in Verbindung gebracht worden ware. Heute wird die okologische Nachhaltigkeit des Waldwachstums durch sauerwirkende, stickstoffhaltige und toxische Stoffeintrage aus der Atmosphare gefahrdet. In der Evolutionsgeschichte hat sich ein dynamisches Gleichgewicht zwischen dem Angebot fur lebenswichtige Stoffe und der Nachfrage nach ihnen von Organismen eingestellt. Aus der Atmosphare werden unter naturnahen Bedingungen lebensnotwendige Stoffe, die bei der Verwitterung der Minerale nicht genugend freigesetzt werden, den Pflanzen zugefuhrt, so das sich ein Gleichgewicht zwischen Eintrag und Austrag einstellen kann. Durch anthropogene Aktivitaten (z.B. intensive Nutzung fossiler Energietrager und Landnutzungsanderungen) wird dieser Gleichgewichtszustand in der Gegenwart verandert, so das gewachsene Lebensgemeinschaften in ihrer Existenz bedroht werden konnen. Luftgetragene anthropogene Spurenstoffe mit spezifischen Eigenschaften in der bodennahen Grenzschicht greifen Assimilationsorgane von Pflanzen an, waschen Nahrstoffe aus den Sprosorganen und dem Wurzelbereich von Pflanzen aus, setzen toxische Komponenten im Boden frei und verschlechtern das Lebensmilieu von Pflanzen, Zersetzern und Mikroorganismen im Boden und in Gewassern (Ulrich 1983, 1994; Guderian et al. 1989). Gleichzeitig werden jedoch auch Schwermetalle, chlorierte Kohlenwasserstoffe und Nahrstoffe wie Phosphor und Stickstoff in terrestrische und aquatische Okosysteme aus der Atmosphare eingetragen (UBA 1998). Das chemische Milieu in Boden und in nachgeschalteten Fliesgewassern wird daher durch Stoffeintrage aus der Atmosphare so geandert, das Existenzbedingungen und Konkurrenzstarken von Organismen gestort, jedoch auch verbessert werden konnen.