Uni-Bayreuth

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Doktorarbeit

Kohlendioxid-, Wasserdampf- und Energieaustausch eines Fichtenwaldes in Mittelgebirgslage in Nordostbayern

Corinna Rebmann (01/1996-12/2003)

Betreuer: Thomas Foken

Die Arbeit wurde vorwiegend am LS Pflanzenökologie und am Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena angefertigt, Betreuer: Prof. Dr. E.-D.Schulze

Über einem Fichtenwald im Fichtelgebirge in Nordbayern wurden in den Jahren 1997 bis 1999 Kovarianzmessungen durchgeführt. Die Messungen waren eingebettet in das EU-Projekt EUROFLUX und hatten zum Ziel, Kohlendioxid- und Wasserdampfflüsse europäischer Wälder und deren Abhängigkeit von Umweltfaktoren über längere Zeiträume zu studieren. Die Untersuchung von Kohlensto.flüssen ist von großer Bedeutung in der Ökosystem- und Klimaforschung, da die Wirkung anthropogener Einflüsse auf die Kohlensto.bilanz unterschiedlicher Ökosysteme sowohl in Richtung wie auch im Ausmaß noch weitgehend unbekannt ist. Hierbei spielt die Aufteilung in die beiden Komponenten Assimilation und Respiration eine wichtige Rolle. Die Flüsse von Kohlendioxid, Wasserdampf, fühlbarer Wärme und Impuls wurden im Wassereinzugsgebiet des Lehstenbachs, einem Intensiv-Messgebiet des Bayreuther Instituts für Terrestrische Ökosystemforschung (BITÖK), auf Halbstundenbasis ermittelt. Die Messungen wurden in zwei Höhen an einem Turm über einem 45jährigen Fichtenbestand (Picea abies (L.) Karst.) durchgeführt. Außerdem wurden zeitweise Kovarianzmessungen im Bestand durchgeführt, mit der Absicht, den Beitrag des Bodens und des Unterwuchses am Gesamtfluss zu ermitteln. Um der insbesondere bezüglich der Alterstruktur heterogenen Umgebung gerecht zu werden, wurden die Flüsse in Abhängigkeit von derWindrichtung undmit Hilfe von Footprint- Analysen untersucht. Aus Footprint-Analysen erhält man Informationen über die Quellgebiete der turbulenten Flüsse. Unter stabilen atmosphärischen Bedingungen sind die Quellgebiete erheblich größer und weiter vom Messort entfernt als unter labilen und neutralen Bedingungen. Aus diesem Grund wurden die Daten der unteren Messhöhe vergleichend zur Bestimmung der nächtlichen Flüsse verwendet. Da am untersuchten Standort nicht alle theoretischen Voraussetzungen der Kovarianzmethode erfüllt werden können, wurden alle Halbstundenflüsse mit Hilfe von Qualitätstests geprüft. Mit den als hochwertig eingestuften und bei gut durchmischten Verhältnissen bestimmten CO2-Flüssen, wurden Parametrisierungen in Abhängigkeit von der Lufttemperatur und der Globalstrahlung abgeleitet. Datenlücken, wurden dann mit verschiedenen Parametrisierungsmethoden aufgefüllt, um jährliche Summen des Netto-Ökosystem-Austauschs von CO2 zu ermitteln. Die verschiedenen Gap-Filling-Methoden haben in den Jahressummen allerdings größere Unterschiede (bis zu 114 gCm-2) zur Folge, als im Vergleich zwischen den Jahren (maximal 31gCm-2) ermittelt werden konnte. Als Mittelwert über die vier angewandten Methoden wurden jährliche NEE-Summen von -84 gCm-2 in 1997, -82gCm-2 in 1998 und -91 gCm-2 in 1999 berechnet. Das heisst, das Untersuchungsgebiet ist nur eine schwache Senke für CO2 im Vergleich zu Fichtenwaldökosystemen in 121 ähnlichen geographischen Breiten mit Werten von etwa -600 gCm-2 a-1. Der überraschend geringe Unterschied von Jahr zu Jahr wird jedoch auch durch sehr ähnliche Jahressummen der Gesamtverdunstung bestätigt. So variierte die Gesamtverdunstung lediglich zwischen 311mm im trockenen Jahr 1997 und 341mm im Jahr 1999. Die Gesamtatmung des Ökosystems wurde einerseits aus der Extrapolation der nächtlichen CO2-Flüsse auf Tagstunden, sowie aus den Tagatmungsraten der Lichtsättigungsfunktion bestimmt. Bei der zweiten Methode sollte berücksichtigt werden, dass die Respiration der Nadeln bei Licht gegenüber der Dunkelatmung gehemmt ist. Aus den beiden Methoden ermittelte monatliche Atmungssummen di.erieren durchschnittlich um 8%, wobei alle Summen gut vergleichbar zu Modellierungsergebnissen der Ökosystematmung sind, die aus Kammermessungen der Boden,- Holz- und Blattatmung abgeleitet wurden. Jährliche Respirationssummen variieren je nach verwendeter Methode zwischen 1092 und 1280 gCm-2. Die Brutto-Assimilation als Di.erenz aus NEE und Gesamtatmung erreichte Werte zwischen -1323 gCm-2 und -1208 gCm-2. Ein Mittelwert über alle drei Jahre kann grob mit der Netto-Primärproduktion (NPP), die an verschiedenen Beständen im Lehstenbachgebiet bestimmt wurde, verglichen werden. Wenn zusätzlich Unterwuchszuwächse typischer Arten berücksichtigt werden, unterscheiden sich diese Abschätzungen um etwa 15 %. Im Rahmen der Messgenauigkeit beider Methoden passen diese Summen sehr gut zusammen, da hier keine Kohlensto.fixierung im Boden berücksicht wird. Unsicherheiten der ermittelten Summen durch Gap-Filling und durch das heterogene Gelände lassen keine bessere Übereinstimmung erwarten.

Letzte Änderung 22.12.2003