Räumlich und zeitliche Entwicklung von biologischen Bodenkrusten auf rekultivierten Böden der Bergbaufolgelandschaft

Hintergrund

Die Degradation von Böden in Folge menschlicher Nutzung ist weltweit ein großes Problem. Wiederherstellung ihrer Struktur und Funktion ist eine wesentliche Voraussetzung für eine nachfolgende und nachhaltige Entwicklung von Ökosystemen. Mikroorganismen - wie  sind Cyanobakterien, Algen, Bakterien Pilze und Flechten - besiedeln als Pioniere den Boden und  bilden eine sogenannte Bodenkrusten auf den obersten Millimetern. In der initialen Startphase sind in Abhängigkeit von den Substrateigenschaften Grünalgen und Cyanobakterien vertreten, während die späteren Phasen durch Moose und Flechten kennzeichnet sind. Biologischen Krusten stellen mit ihren komplexen abiotischen und biotischen Interaktionen ein „Ökosystem en miniature“ dar und beeinflussen zudem die weitere Ökosystementwicklung.  Umfangreiche Freilandstudien in Wüsten haben gezeigt, dass hier die biologischen Krusten Einfluss auf die biogeochemischen Prozesse und die Vegetation nehmen.

Zielsetzung des Projektes

Ziel des Projektes ist die Erfassung der räumlichen und zeitlichen Entwicklung von biologischen Bodenkrusten auf gestörten Flächen (Bergbaufolgelandschaften, Sanddünen), um deren Einsatz für die Renaturierung und den Naturschutz zu fördern. Dabei sollen in dem Projekt praxisrelevante Methoden zum Monitoring biologischen Bodenkrusten entwickelt und im Freiland erprobt werden. Zu dem sollen Empfehlungen für die Verwendung von Biokrusten und die Sukzessionsentwicklung für die praktische Anwendung und den Naturschutzpraxis erarbeitet werden.

Arbeitsprogramm

(I) Räumliche und zeitliche Dynamik der Biokrusten

Die räumliche und zeitliche Dynamik der Biokrusten-Entwicklung wird mit nicht-destruktiven Verfahren entlang einer Catena ermittelt. Für die quantitativen Untersuchungen wird der Deckungsgrad (als RGB Bild) und der „Normalized-Vegetation-Index“  (NDVI) bestimmt. Neuere Entwicklungen auf dem Gebiet der angewandten Sensorik erlauben nun auch den Einsatz von preisgünstigen, modifizierten „Consumer-Cameras“ für die Bestimmung des NDVI. Für  die Untersuchungen wird eine modifizierte NDVI-Kamera für das Monitoring von Biologischen Krusten (und der Umgebungsvegetation) verwendet und ein modifiziertes Verfahren für eine standardisierte Erfassung entwickelt.

(II) Räumliche Variabilität der Bodenfeuchte in den Biokrusten

Die Feuchte der obersten Millimeter der Bodenkrusten ist entscheidend für die physiologischen Aktivität und das Wachstum der wechselfeuchten Organismen. Für diese Messungen wird ein neuartiger Sensor verwendet, der die ermittelten Leitfähigkeitswerte dem entsprechenden Wassergehalt zuordnet.

(III) Photosynthese und physiologische Aktivität der Biokrusten

Mit der Entwicklung der unterschiedlichen Biokrusten verändern sich auch deren Photosyntheseleistung und die Kohlenstoffflüsse. Die räumliche und zeitliche Variabilität der Photosynthese der verschiedenen Biokrustentypen (Grünalgen, Mosse, Flechten) wird  mit Hilfe der Chlorophyllfluoreszenz im Freiland erfasst und den räumlichen Mustern der Biokrustentypen zugeordnet. Ergänzt werden die Freilandmessungen durch Laboruntersuchungen zum CO2-Gaswechsel und der Chlorophyllfluoreszenz der verschiedenen Krustentypen, um deren  photosynthetische Kapazität, Netto-Photosynthese und Respiration zu ermitteln.

Weitere externe Kooperationen

  • Dr. Werner B. Herppich, Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e. V. (ATB), Abteilung Technik im Gartenbau, Potsdam (Chlorophyllfluoreszenz)
  • PD Dr. Bettina Weber, Max Planck Institut für Chemie, Mainz (Feuchte-Sensoren)

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