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Forschungseinheiten Waldböden und Biogeochemie Schwerpunkte Projekte Nährstoffkreisläufe und Bodenvegetation Produkte Mitarbeitende Bachelor / Master

Projektdauer: 1996 -

Nährstoffflüsse, Nährstoffversorgung und Bodenvegetation auf den LWF-Flächen

Überblick

Fangbehäleter für Streu, Schnee und Regen

Abb. 1 - Fangbehälter für Streu, Schnee und Regen auf der Fläche Novaggio (TI)

Um ein besseres Verständnis der dynamischen Prozesse in einem Waldökosystem zu erhalten, müssen die ständigen Interaktionen zwischen den Kompartimenten und den Stoffflüsse des Nährstoffkreislaufes kontinuierlich erfasst werden. In diesem Projekt werden die Nährstoffeinträge,die über die Atmosphärische Deposition und über den Streufall ins Ökosystem Wald gelangen und die Auswirkungen auf die beiden Kompartimente (Blätter/Nadeln und Bodenvegetation) untersucht.

Projekt-Ziele

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 Waldökosystems ausgesetzt ist. Aus Freiland- und Bestandesniederschlag können mit Hilfe des Kronenaustauschmodells die Trocken- und Nassdeposition berechnet werden.
beurteilen der Nährstoffversorgung des Baumbestandes sowie allfällige Mangelsituationen oder Nährstoffungleichtewichte identifizieren.
Erfassung der räumlichen und zeitlichen Veränderungen der Bodenvegetation. Bodenvegeation 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.
beurteilen von kritischen Situation wie dieÜberschreitung 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 Kronenaustauschmodell, das im EC-UNECE: Technical Report (2001) beschrieben wird, berechnet. Klicken Sie auf das Bild, um es zu vergrössern.

Sammlung des Niederschlags, des Bestandesniederschlags und des Stammabflusses auf LWF Flächen

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. 3 - Regensammler auf der LWF-Fläche Lausanne

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, dass die Menge registriert und eine abflussproportionale Teilprobe erstellt. Der Stammabfluss wird zurzeit auf einer Buchen LWF-Fläche gesammelt.

Abb. 4 - Paul Weibel bei der Installation einer Silikonrinne auf der LWF-Fläche in Novaggio

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), potassium (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. Gesammter 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

Streufall

Streufall wird auf 7 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)

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.


Abb. 5 - Streufallsammler auf der LWF-Fläche in Visp	Abb. 6 - Blattentnahme von einer Buche auf der LWF-Fläche in Othmarsingen

Bodenvegetation

Siehe Projekt "Nitrogen and ground vegetation"

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.

Daten

Jährliche Einträge von anorganischem Stickstoff in Freiland und Bestandesniederschlag auf LWF-Flächen und der Bereich der kritischen Einträge (Critical Loads). Die Gesamtdeposition ist im allgemeinen als der Bestandesniederschlag, da Stickstoff vom Kronendach aufgefangen wird (Referenzjahre 1995 bis 2007).

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Abb. 7 - Jährliche Stickstoffeinträge auf LWF-Flächen, die im Freiland- und Bestandesniederschlag gemessen werden. Die Stickstoff- Gesamtdeposition ist im allgemeinen höher als der Bestandesniederschlag, da Stickstoff vom Kronendach aufgenommen wird (Referenzjahre 1995 bis 2007; Quelle: Thimonier et al. 2010).

Publikationen

Suche in der LWF Publikationsdatenbank nach Netzwerk, Fläche, Kategorie und Jahr.

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Thimonier A., Graf Pannatier E., Schmitt M., Waldner P., Schleppi P., Braun S., 2012. Dépôts atmosphériques azotés en forêt: un bilan des sites d’observation à long terme. Schweizerische Zeitschrift für Forstwesen 163(9):343–354 [10.3188/szf.2012.0343].
Graf Pannatier E., Thimonier A., Schmitt M., Walthert L., Waldner P., 2011. A decade of monitoring at Swiss Long-term Forest Ecosystem Research (LWF) sites: can we observe trends in atmospheric acid deposition and in soil solution acidity? Environmental Monitoring and Assessment (Special Issue: "Long-term ecosystem research: Understanding the present to shape the future") 174: 3-30 [10.1007/s10661-010-1754-3].
Thimonier A., Graf Pannatier E., Schmitt M., Waldner P., Walthert L., Schleppi P., Dobbertin M., Kräuchi N. 2010. Does exceeding the critical loads for nitrogen alter nitrate leaching, the nutrient status of trees and their crown condition at Swiss Long-term Forest Ecosystem Research (LWF) sites? European Journal of Forest Research 129(3): 443-461 [10.1007/s10342-009-0328-9].
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Rogora M., Mosello R., Arisci S., Brizzio M.C., Barbieri A., Balestrini R., Waldner P., Schmitt M., Stähli M., Thimonier A., Kalina M., Puxbaum H., U. Nickus, E. Ulrich, A. Probst, 2006. An overview of atmospheric deposition chemistry over the Alps: present status and long-term trends. Hydrobiologia (Special Issue, A. Lami, A. Boggero (eds), Ecology of high altitude aquatic systems in the Alps). Hydrobiologia 562: 17-40. PDF [636 kb]
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Thimonier A., Dobbertin M., 1998. Langfristige Waldökosystem-Forschung: Erste Ergebnisse. In: P. Brang (Redaktion), Sanasilva-Bericht 1997. Gesundheit und Gefährdung des Schweizer Waldes Ð eine Zwischenbilanz nach 15 Jahren Waldschadenforschung. Berichte der Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft, Birmensdorf 345, pp. 59-60.

Mitarbeitende

Kernteam	Labor	Externe und ehemalige Mitarbeiter
Maria Schmitt (Projektleiterin) Anne Thimonier (Projektleiterin) Peter Waldner (Projektleiter) Daniele Pezzotta	Anna Brechbühl Noureddine Hajjar Oliver Schramm Yuk Ying Cheung-Tang Alois Zürcher Daniel Christen	Peter Kull Daniel Nievergelt

Kontakt

Maria Schmitt Oehler

Anne Thimonier Rickenmann

Peter Waldner