Kohlenstoff- und Stickstoffkreisläufe in Flusslandschaften

Fliessgewässer spielen eine Schlüsselrolle im Transport und dem Umbau von Kohlenstoff und Stickstoff. Während des Transportes flussabwärts wird organisches Material aufgebaut und Stickstoff aufgenommen um im weiteren Verlauf wieder abgebaut und freigesetzt zu werden. Die mikrobielle Gemeinschaft ist die biologische Einheit, die diesen Stoffumsatz kontrolliert und die anhand ihrer Zusammensetzung und Aktivität Nährstoffkreisläufe, wie den Stickstoffkreislauf, wesentlich im Ablauf mitgestaltet. Innerhalb von Flusslandschaften sind die Orte der Stoffumsetzung häufig an Bereiche bzw. Subsysteme erhöhter hydraulischer Retention gekoppelt. Diese Subsysteme werden als Uferzonen oder Aubereiche bezeichnet und der Kohlen- und Stickstoffkreislauf ist durch die hydromorphologischen Rahmenbedingungen geprägt. Auf der Landschaftsebene lassen sich 3 grundsätzliche Prinzipien, die die Stoffkreisläufe regulieren, daraus ableiten: i) Die Art des Stoffeintrages beeinflusst den Stoffumsatz - hydrologische Vernetzung; ii) Mehr Kontakt (räumlich und zeitlich) zwischen Sediment und Wasser steigert die Nährstoffaufnahme und den Stoffumsatz; iii) Hydrologische Extremsituationen (Niederwasserphasen und Hochwässer) verändern die Art des Stoffumsatzes von Kohlen- und Stickstoff. Alle 3 Prinzipien werden durch natürliche Rahmenbedingungen sowie auch menschliche Einflüsse kontrolliert. Eingriffe wie geändertes Abflussregime oder Veränderung der Flusslandschaftsstruktur und die Interaktion zwischen Landschaftselementen führt zu Veränderungen in den biogeochemischen Prozessen wie der Abnahme wie auch der zeitlichen Verschiebung von Stoffumsetzungen and hat daher im longitudinalen Stofftransport massive Auswirkungen. Daraus resultiert ein integrativer Ansatz im Flussgebietsmanagement, der die Wiederherstellung von ökosystemaren Funktionen ebenso forciert wie die Nutzung dieser Funktionen als Service für die menschliche Gesellschaft. Um dies zu erreichen ist daher ein Verständnis auf unterschiedlichen Prozessebenen notwendig. In diesem Zusammenhang wurde daher dieser Projektansatz entwickelt, der zum Ziel hat die abiotische und biotische Kontrolle des mikrobiellen Stoffumsatzes - des Stickstoffkreislaufes - zu untersuchen und Erkenntnisse auf die Landschaftsebene und damit Managementebene zu transferieren. Diese Zielsetzung wird durch folgende Fragestellungen erreicht, die an den 3 oben formulierten Prinzipien ansetzen: H1: Die hydromorphologischen Rahmenbedingungen kontrollieren die Stickstoffdynamik in Retentionszonen: je höher die hydrologische Vernetzung bzw. Sedimentfläche in Relation zum Wasservolumen ist, desto intensiver läuft die Denitrifikation ab und desto höher ist das N2/N20 Verhältnis. H2: Die Verfügbarkeit des organischen Kohlenstoffeintrages kontrolliert in diesen Bereichen lokal die Stickstoffumsetzung im Sediment H3: Die Resistenz und Resilienz (und daher die Reaktion) dieser Stoffumsetzungen gegenüber Veränderungen (z.B. lokalen wie Restaurationsmaßnahmen) wird durch die Auswirkungen vergangener Austauschbedingungen auf die Sedimentzusammensetzung begrenzt bzw. gefördert.

Fließgewässer spielen eine Schlüsselrolle im Transport und dem Umbau von Kohlenstoff und Stickstoff. Während des Transportes flussabwärts wird organisches Material aufgebaut und Stickstoff aufgenommen um im weiteren Verlauf wieder abgebaut und freigesetzt zu werden. Die mikrobielle Gemeinschaft ist die biologische Einheit, die diesen Stoffumsatz kontrolliert und die anhand ihrer Zusammensetzung und Aktivität Nährstoffkreisläufe, wie den Stickstoffkreislauf, wesentlich im Ablauf mitgestaltet. Innerhalb von Flusslandschaften sind die Orte der Stoffumsetzung häufig an Bereiche bzw. Subsysteme erhöhter hydraulischer Retention gekoppelt. Diese Subsysteme werden als Uferzonen oder Aubereiche bezeichnet und der Kohlen- und Stickstoffkreislauf ist durch die hydromorphologischen Rahmenbedingungen geprägt. Auf der Landschaftsebene lassen sich 3 grundsätzliche Prinzipien, die die Stoffkreisläufe regulieren, daraus ableiten: i) Die Art des Stoffeintrages beeinflusst den Stoffumsatz - hydrologische Vernetzung; ii) Mehr Kontakt (räumlich und zeitlich) zwischen Sediment und Wasser steigert die Nährstoffaufnahme und den Stoffumsatz; iii) Hydrologische Extremsituationen (Niederwasserphasen und Hochwässer) verändern die Art des Stoffumsatzes von Kohlen- und Stickstoff. Alle 3 Prinzipien werden durch natürliche Rahmenbedingungen sowie auch menschliche Einflüsse kontrolliert. Eingriffe wie geändertes Abflussregime oder Veränderung der Flusslandschaftsstruktur und die Interaktion zwischen Landschaftselementen führt zu Veränderungen in den biogeochemischen Prozessen wie der Abnahme wie auch der zeitlichen Verschiebung von Stoffumsetzungen and hat daher im longitudinalen Stofftransport massive Auswirkungen. Daraus resultiert ein integrativer Ansatz im Flussgebietsmanagement, der die Wiederherstellung von ökosystemaren Funktionen ebenso forciert wie die Nutzung dieser Funktionen als Service für die menschliche Gesellschaft. Um dies zu erreichen ist daher ein Verständnis auf unterschiedlichen Prozessebenen notwendig. In diesem Zusammenhang wurde daher dieser Projektansatz entwickelt, der zum Ziel hat die abiotische und biotische Kontrolle des mikrobiellen Stoffumsatzes - des Stickstoffkreislaufes - zu untersuchen und Erkenntnisse auf die Landschaftsebene und damit Managementebene zu transferieren. Diese Zielsetzung wird durch folgende Fragestellungen erreicht, die an den 3 oben formulierten Prinzipien ansetzen: H1: Die hydromorphologischen Rahmenbedingungen kontrollieren die Stickstoffdynamik in Retentionszonen: je höher die hydrologische Vernetzung bzw. Sedimentfläche in Relation zum Wasservolumen ist, desto intensiver läuft die Denitrifikation ab und desto höher ist das N2 /N2 0 Verhältnis. H2: Die Verfügbarkeit des organischen Kohlenstoffeintrages kontrolliert in diesen Bereichen lokal die Stickstoffumsetzung im Sediment H3: Die Resistenz und Resilienz (und daher die Reaktion) dieser Stoffumsetzungen gegenüber Veränderungen (z.B. lokalen wie Restaurationsmaßnahmen) wird durch die Auswirkungen vergangener Austauschbedingungen auf die Sedimentzusammensetzung begrenzt bzw. gefördert.