Ralph Meißner

Fulvic acid composition in degraded fenlands

Fulvic acids (FAs) from topsoil and ground water solutions were investigated to discover effects of land use and peat degradation on their molecular chemical composition and thermal properties. The FAs were extracted from three Gleysols under arable land, intensive and extensive grassland, and from three Histosols under alder forest, extensive grassland, and a natural succession in a long-term (> 200 years) cultivated fen area. Functional groups and molecular subunits of the FAs were investigated by 13C Nuclear Magnetic Resonance (13C NMR) spectroscopy. Thermal properties and structural molecular subunits were investigated by off-line pyrolysis, and Pyrolysis-Field Ionization Mass Spectrometry (Py-FIMS). The 13C NMR spectra showed that the FAs from topsoil solutions had smaller proportions of alkyl C (mean: —8 %) and more aromatic C (mean: + 6 %) than FAs from ground water. This clear differentiation of dissolved FAs in the soil profiles is consistent with Py-FIMS data which have shown enrichments of lipids in ground water FAs. Furthermore, Py-FIMS revealed that the FAs from topsoils were richer in phenols + lignin monomers, carbohydrates, as well as mostly aromatic N-containing compounds. These molecular subunits of FAs, relatively enriched in topsoil, were also the main indicators of land use and peat degradation. For topsoil solutions, the proportions of phenols + lignin monomers and carbohydrates increased stepwise with peat degradation in Gleysols and Histosols. Correspondingly, the thermal properties indicated the incorporation of these compounds into FAs by chemical bonds of larger thermal stability. Statistical evaluation by principal component analysis of Py-FIMS clearly supported the differentiation of FAs according to the origin from topsoils and ground water, different soil types, and land use and peat degradation. Hence, it is concluded that water soluble FAs can be utilized as objective ecological indicators for soil effects on adjacent ground and surface waters. Molekulare Zusammensetzung von Fulvosauren in unterschiedlich genutzten Gleyen und Niedermooren Fulvosauren (FAs) aus Bodenlosung und Grundwasser wurden untersucht, um Veranderungen von Zusammensetzung und thermischen Eigenschaften infolge unterschiedlicher Landnutzung und Torfdegradierung zu erforschen. Dazu wurden die FAs aus drei Gleyen unter Acker, extensivem und intensivem Grasland sowie aus drei Niedermooren unter Erlenbruchwald, Dauergrasland und naturlicher Sukzession in einem bereits seit langer Zeit kultivierten Niedermoorgebiet extrahiert. Funktionelle Gruppen und molekulare Untereinheiten der FAs wurden mit 13C-Kernresonanz-Spektroskopie (13C-NMR), off-line-Pyrolyse und on-line-Pyrolyse-Feldionisation-Massenspektrometrie (Py-FIMS) analysiert. Die 13C-NMR-Spektren zeigten niedrigere Anteile an Alkyl-C (Mittelwert: —8 %) und hohere Anteile an aromatischem C (Mittelwert: + 6 %) der FAs aus Losungen aus Oberboden im Vergleich zu den FAs aus Grundwasser. In Ubereinstimmung damit ergab die Py-FIMS relative Anreicherungen an Lipiden in den FAs aus Grundwasser. Die FAs aus Oberboden waren dagegen reicher an monomeren Ligninbausteinen, Kohlenhydraten und N-Verbindungen. Diese in den FAs aus Oberboden angereicherten, molekularen Untereinheiten waren auch die Hauptindikatoren fur Effekte der Landnutzung und Torfdegradierung. In beiden Gruppen von Boden fuhrte eine erhohte Intensitat der Bodennutzung und damit verbundene Beluftung zu groseren Anteilen an Phenolen + Ligninmonomeren und Kohlenhydraten. Die aus den Py-FI-Massenspektren berechneten Thermogramme zeigen, dass diese Verbindungen nicht nur relativ angereichert, sondern auch durch chemische Bindungen mit groserer thermischer Stabilitat charakterisiert sind. Die Ergebnisse belegen, dass geloste FAs als schnell wirksame und objektive Indikatoren fur mogliche Auswirkungen von Landnutzungsanderungen auf benachbarte Oberflachengewasser genutzt werden konnen.

A new index for rainfall erosivity on a physical basis

Rainfall erosivity is a basic mean of characterizing and understanding erosion processes. The empirically based EI 30 index, which is frequently used as part of the Universal Soil Loss Equation (USLE), has a number of limitations and requires adaptation for different climatic regions. In contrast, the A index, that was developed to calculate rainfall erosivity from rainfall simulation, is a physically based weight-function formula. This study demonstrates the functionality of this index using calculations for a number of rainfall events from two Russian regions as well as from Sardinia/Italy. Descriptive statistics and correlation analysis show, that values of the A index can replace with high accuracy the calculation of the EI 30 with a relation of 1:1 without data adaptation for the three test regions, which vary in climate and rainfall development. Although the values of erosivity for both indices are of high similarity, differences occur for single rainfall events with high internal variability. The results indicate a good estimation of rainfall erosivity for single rainfall events with the physically based A index. As there is a lack of data and an adaptation has to be carried out for the EI 30 index to fit the climatic conditions, it is feasible to substitute the EI 30 values with a calculation of the A index.

Aufbau eines bodenhydrologischen Messnetzes in der sibirischen Kulundasteppe@@@Installation of a Soil Hydrological Monitoring Network in the Siberian Kulunda Steppe@@@Создание сети почвенно-гидрологического мониторинга в сибирской Кулундинской степи

In der südsibirischen Kulundasteppe wird unter zentralkontinentalen Klimabedingungen mit geringen und hoch variablen Niederschlägen intensiver Weizenanbau betrieben. Die bisher genutzte Bearbeitungstechnik führte zu schweren Erosionsschäden und Ernterückgang. Das Kulunda-Projekt verfolgt das Ziel, den Ackerbau in dieser trockenen Region zu erhalten, nachhaltig zu gestalten und Kohlensto im Boden zu sequestrieren. Der Beitrag fokussiert auf die Installation eines bodenhydrologischen Messnetzes und die Vorstellung erster Ergebnisse als Voraussetzung zur Etablierung von bodenund umweltschonenden Bewirtschaftungsverfahren.

Untersuchungen zum Erhalt des FFH-Lebensraumtyps 6 510 „Magere Flachlandmähwiesen“ im Naturpark Drömling@@@Studies on the Preservation of the Habitant Type 6 510, Lowland Hay Meadows, in the Drömling Nature Park@@@Исследования типа жизненного пространства 6510 «Скудные низинные покосные луга» в природном парке-заповеднике Дрёмлинг (Drömling)

Im Naturpark Drömling (Sachsen-Anhalt) ergab sich aus dem Verschlechterungsverbot des FFH-Lebensraumtyps (LRT) 6 510 „Magere Flachlandmähwiesen“ und der durchgeführten Wiedervernässung zum Erhalt des für ein Niedermoor typischen Torfkörpers ein Zielkon ikt. Dieser bestand darin, dass es durch Wiedervernässungsmaßnahmen zu einem irreversiblen Verlust der sich dort während der Entwässerungsperiode etablierten „Mageren Flachlandmähwiesen“ kommen kann. Im Rahmen eines Forschungsvorhabens wird auf zwei Standorten im Drömling modellhaft untersucht, ob der Erhalt des LRT 6 510 trotz Einleitung von Renaturierungsmaßnamen in Form einer Wiedervernässung möglich ist. Es wurden auf einem Referenz(A) und einem wiedervernässten Standort (B) die Makronährsto e in den Böden und die dort aufgewachsene p anzliche Biomasse analysiert. Begleitend wurden die nach FFH-Richtlinie vorgesehenen Vegetationskartierungen durchgeführt. Die Entwicklung der Vegetation und der dadurch bedingte Erhaltungszustand dieses Lebensraumtyps wurden im Hinblick auf die im Versuchszeitraum erhobenen Nährsto verhältnisse unter di erenzierten hydrologischen Bedingungen ausgewertet. Es wurde festgestellt, dass die Nährsto e Phosphor und Kalium im Minimum vorlagen und eine abnehmende Tendenz im Versuchsverlauf aufwiesen. Zum Erhalt des LRT 6 510 sind diese Elemente jedoch essentiell; Phosphor und Kalium müssen deshalb dem Boden in Form von Mineraldünger auf der Grundlage des P anzenentzuges wieder zugeführt werden. Nach dem gegenwärtigen Forschungsstand ist auf wiedervernässten Standorten der LRT 6 510 langfristig nicht zu erhalten. Es ist mit einer Umschichtung der Vegetation zu einer Flutrasengesellschaft zu rechnen.

Abschätzung von Auswirkungen des Klimawandels auf den Landschaftswasserhaushalt im Fläming@@@Assessment of Climate Change Effects on Landscape Water Balance of the Fläming@@@Оценка воздействий изменения климата на водный баланс ландшафта в округе Флеминг (Fläming)

Die bestehenden Nutzungskon ikte in der wasserwirtschaftlich sensiblen Region Fläming (ca. 100 km südwestlich von Berlin) werden sich durch den Klimawandel verschärfen. Um zukünftig eine nachhaltige Bewirtschaftung des Grundwasserkörpers zu gewährleisten, wurden bodenhydrologische Messungen durchgeführt und auf verschiedenen Skaleneinheiten unterschiedliche hydrologische Modelle (speziell WaSiM-ETH und TUB-BGR-Verfahren) angewandt. Die Ergebnisse erlauben Schlussfolgerungen über die zukünftige gebietsspezi sche Entwicklung der Grundwasserneubildung.

Veränderungen in der Stoffdynamik eines Niedermoorgebietes durch Renaturierungsmaßnahmen

Seit Beginn der 90er Jahre wird im sachsen-anhaltinischen Niedermoorgebiet Dromling versucht, durch Anderungen in der Landnutzung und durch die gezielte Anhebung des Grundwasserstandes an ausgewahlten Standorten den Torfabbau zu vermindern und zu stoppen. Angestrebt wird eine okologisch orientierte Gesamtbewirtschaftung fur das gesamte Gebiet (Anonymus 1996). Die Auswirkungen der Landnutzungsanderungen und der Renaturierungsmasnahmen auf Wasser und Boden sind aber noch weitestgehend unbekannt. Das ist besonders problematisch, da Wasser aus diesem Niedermoorgebiet zur Trinkwassergewinnung genutzt wird. Dies geschieht durch die Grundwasseranreicherung in einem Trinkwassergewinnungsgebiet mit Wasser aus der Ohre, einem Nebenflus der Elbe.

Beziehungen zwischen Flußwasserständen und Bodenfeuchtegehalten in Überflutungsböden der Elbaue

Im Rahmen des vom BMBF geforderten russisch-deutschen Verbundvorhabens „Wirkung von Hochwasserereignissen auf die Schadstoffbelastung von Auen und kulturwirtschaftlich genutzten Boden im Uberschwemmungsbereich von Oka und Elbe“ werden Untersuchungen im Gebiet der Elbaue bei Wittenberge durchgefuhrt (km 435–440). Speziell ist vorgesehen, die Belastung von Uberschwemmungsflachen im Bereich der mittleren Elbe mit Schwermetallen (und organischen Schadstoffen) auszuweisen und den an Hochwasserereignisse gebundenen Stofftransport- und die dazugehorigen Verteilungsmechanismen aufzuklaren.

Standorteigenschaften von Böden der Mittelelbe — Einfluß von Hochwasserereignissen auf den Schadstoffhaushalt

Die Elbe hat im Wechselspiel von Sedimentation und Erosion in ihrem Einflusbereich ein kleinraumig variierendes Standortmosaik aus feuchten, tonverfullten Rinnen und trockenen, sandigen Uferwallen geschaffen. Des weiteren sind nasse Boden am Rande von Altarmen und wechselfeuchte Ebenen aus Auenlehm typisch. Mit dem Hochwasser gelangen in Abhangigkeit von Topographie und morphologischer Exposition Nahr- und Schadstoffe in die uberschwemmten Bereiche. Wahrend im Deichvorland der partikulare Stoffeintrag anhalt und zur Belastung beitragt, ist der Binnendeichbereich von dieser Zulieferung abgeschnitten. Um den Einflus des Hochwassers auf die Boden beschreiben zu konnen, ist deshalb ein Vergleich der Belastung zwischen Boden im eingedeichten und nicht eingedeichten Bereich unerlaslich. Es werden Oberbodenhorizonte als auch Horizonte aus rezentem Auenlehm miteinander verglichen.