Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL

Lawinenbulletin und Schneesituation
Ausgabe: Sa. 21.12., 17:00
Avalanche Bulletin

Nährstoffkreisläufe und Bodenvegetation

Projektleitung

Maria Schmitt Oehler

Stellvertretung

Anne Thimonier Rickenmann

Projektmitarbeitende

Daniel Christen
Noureddine Hajjar
Peter Waldner
Alois Zürcher
Daniele Pezzotta

Projektdauer

1996 - 2035

Nährstoffflüsse, Nährstoffversorgung und Bodenvegetation auf den LWF-Flächen

Um ein besseres Verständnis der dynamischen Prozesse in einem Waldökosystem zu erhalten, müssen die ständigen Interaktionen zwischen den Kompartimenten und den Stoffflüssen des Nährstoffkreislaufes kontinuierlich erfasst werden. Dieses Projekt untersucht die Nährstoffeinträge ins Ökosystem Wald.

Projekt-Ziele

Abb. 1 - Fangbehälter für Streu, Schnee und Regen auf der Fläche Novaggio (TI)
Abb. 1 - Fangbehälter für Streu, Schnee und Regen auf der Fläche Novaggio (TI)
  • Quantifizieren der beiden wichtigen Komponente (atmosphärische Deposition, Streufall) des jährlichen Nährstoff-Budgets innerhalb des Bestandes.
  • Erfassen der Gesamtdeposition (total atmospheric deposition) und somit der atmosphärischen Belastung, welcher das Waldökosystem ausgesetzt ist. Aus Freiland- und Bestandesniederschlag können mit Hilfe des Kronenaustauschmodells die Trocken- und Nassdeposition berechnet werden.
  • Beurteilung der Nährstoffversorgung des Baumbestandes sowie Identifizierung allfälliger Mangelsituationen oder Nährstoffungleichgewichte.
  • Erfassung der räumlichen und zeitlichen Veränderungen der Bodenvegetation. Bodenvegetation ist hinsichtlich der Biodiversität ein wichtiges Element eines Ökosystems und spielt für das Funktionieren des Ökosystems eine massgebliche Rolle. Ausserdem reagiert sie rascher auf Veränderungen als der Baumbestand und ist ein guter Bio-Indikator.
  • Erfassen von Daten zur Kalibration und Validation von Depositionsmodellen für Schweizer Bedingungen.
  • Beurteilung von kritischen Situationen wie die Überschreitung der Critical Loads.

Methoden

Die Sammelmethoden auf den LWF-Flächen basieren auf den Empfehlungen, die im Manual des Europäischen ICP Programmes beschrieben sind (ICP Forests, siehe  auch unter "Quellen"). Das Probenahme-Design ist optimiert in Bezug auf 1) Repräsentativität und 2) Kosten. Direkte Vergleiche der Stofflüsse in verschiedenen Kompartimente (Boden, Vegetation, Streu, Bestandesniederschlag) sind möglich.

Abb. 2 - Stofflüsse und Kompartimente, die auf den LWF-Flächen gemessen werden (rot). Trocken und Nassdeposition werden aus Freiland- und Bestandesniederschlag unter Anwendung des erweiterten Kronenaustauschmodells, das im EC-UNECE: Technical Report (2001) beschrieben wird, berechnet.

Sammlung des Niederschlags, des Bestandesniederschlags und des Stammabflusses

Abb. 3 - Regensammler auf der LWF-Fläche Lausanne
Abb. 3 - Regensammler auf der LWF-Fläche Lausanne

Der Freilandniederschlag wird mit 3 trichterförmigen Bulk-Niederschlagssammlern gesammelt, die ausserhalb des Waldes nahe einer ebenfalls vom LWF betriebenen Meteostation stehen. Auf Flächen auf denen im Winter ergiebige Schneefälle erwartet werden, werden im Winter die Regensammler durch Schneeeimer ersetzt. Im Wald wird der Bestandesniederschlag mit 16 Regensammlern gesammelt. Auf Flächen mit ergiebigen Schneefällen werden im Winter die Regensammler durch 4 Schneesammler ersetzt.

Abb. 4 - Paul Weibel beim Anbringen einer Dachrinne an einem Baum in Novaggio

In den Buchenbeständen wird bei 5 Bäumen der Stammabfluss gesammelt. Mittels einer Silikonrinnen, die in einer Spirale um den Stamm gelegt ist, wird der Stammabfluss gesammelt und in ein automatisches Wippensystem geleitet, das die Menge registriert und eine abflussproportionale Teilprobe erstellt. Der Stammabfluss wird zurzeit auf einer Buchen LWF-Fläche gesammelt.

Zur Zeit wird auf 14 LWF-Flächen die Niederschlagsproben alle 2 Wochen eingesammelt und an das Labor der WSL gebracht oder geschickt, wo sie für die chemische Analyse aufbereitet werden. Die Proben werden in doppelter Ausführung verarbeitet. Eine Probe ist für die chemische Analyse im WSL Zentrallabor vorgesehen. Die zweite Probe wird bei +2°C bis zur Validation der Resultate aufbewart. Ammonium (NH4+) wird kolorimetrisch bestimmt mit einer automatisierten flow injection analysis (FIA). Calcium (Ca), Magnesium (Mg), Kalium (K), Natrium (Na) und Phosphor (P) werden in angesäuerten Proben (1.2% HNO3-Suprapur) mit induced coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES) bestimmt. Nitrat (NO3-), Sulfat (SO42-) and Chlorid (Cl-) werden am Ionenchromatograph (IC) bestimmt. Gesamter gelöster Stickstoff (TDN) wird seit März 2001 nach ansäuerung auf pH 2 bis 3 mit combustion bei 720 °C and chemiluminescence gas detection mit einem TOC-V analyser (Shimadzu, Tokyo, Japan) bestimmt. Seit September 2004 wird die Alkalinität mit einem Titrando (Metrohm) gemessen.

Streufall

Abb. 5 - Streufallsammler auf der LWF-Fläche in Visp

Streufall wird auf 10 LWF-Flächen mit je 10 Sammlern aufgefangen (Abb. 5), die monatlich geleert werden. Auf LWF-Flächen mit ergiebigen Schneefällen wird die Streusammlung während des Winters unterbrochen und erst im Frühling wieder fortgesetzt. Im Labor werden die Proben nach Blättern und Nadeln der Hauptbaumarten sowie weiteren Komponenten sortiert. Die sortierten Streufraktionen werden gewogen. Gewicht, Farbe und weitere Merkmale der Streuproben werden detailliert protokolliert. Die Proben werden gemahlen und folgende Elemente werden analysiert: C, N mit einem CN-analyser, Ca, Mg, K, Na, B, Al, Cu, Fe, Mn, Ni, P, S mit ICP-AES. Alle Analysen werden im WSL Zentrallabor durchgeführt.

Nährstoffversorgung (Blatt- und Nadelanalysen)

Abb. 6 - Blattentnahme von einer Buche auf der LWF-Fläche in Othmarsingen
Abb. 6 - Blattentnahme von einer Buche auf der LWF-Fläche in Othmarsingen

Alle zwei Jahre werden Blätter und Nadeln direkt von je 5 Bäumen der Hauptbaumarten aller LWF-Flächen geerntet (Abb. 6). Die Blätter/Nadeln werden sofort bei 65 °C getrocknet und anschliessend wird das Gewicht von 100 Blätter oder 1000 Nadeln bestimmt. Das Gewicht und besondere Merkmale der Frischblätter, -nadeln werden protokolliert. Die Proben werden dann wie die Streufallproben gemahlen und chemisch analysiert.

Links

  • International Co-operative Programme on Assessment and Monitoring of Air Pollution Effects on Forests (ICP Forests)
  • Co-operative Programme for Monitoring of the Long-Range Transmission of Air Pollutants in Europe (EMEP)
  • Federal Office for the Environment (FOEN)
  • National Air Pollution Monitoring Network (NABEL)
  • Ammoniak-Immissionsmessungen in der Schweiz (Bericht, PDF, 3.4 MB)
  • Research Group for Environmental Monitoring (FUB)
  • Institute for Applied Plant Biology (IAP)

Publikationen

Quellen

  • Anonymous, 1993. UN-ECE Convention on Long-Range Transboundary Air Pollution - International Co-operative Programme on Integrated Monitoring on Air Pollution Effects: Manual for integrated monitoring. Programme Phase 1993-1996. Helsinki, Environmental Data Centre (EDC). 114 p.
  • Anonymous, 1994. UN-ECE Convention on Long-Range Transboundary Air Pollution - International Co-operative Programme on Assessment and Monitoring of Air Pollution Effects on Forests: Manual on methods and criteria for harmonized sampling, assessment, monitoring and analysis of the effects of air pollution on forests. Hamburg, Prague, Programme Coordinating Centres West and East. 177 p.
  • and subsequent revisions of these manuals.
  • EC-UN/ECE, de Vries, W., Reinds, G. J., van der Salm, C., Draaijers, G. P. J., Bleeker, A., Erisman, J. W., Auée, J., Gundersen, P., Kristensen, H. L., van Dobben, H., de Zwart, D., Derome, J., Voogd, J. C. H., Vel, E. M., 2001. Intensive monitoring of forest ecosystems in Europe. 2001 technical report. EC, UN/ECE, Brussels, Geneva, 177 p.