{"id":{"repo_id":"freiburg-diss","oai_identifier":"oai:freidok.uni-freiburg.de:1199"},"canonical_url":"https://search.dev.ndltd.org/etd/freiburg-diss/oai:freidok.uni-freiburg.de:1199","repository":{"repo_id":"freiburg-diss","name":"University of Freiburg","base_url":"https://freidok.uni-freiburg.de/oai/oai2.php"},"display":{"title":"Die Rolle des Bodenskeletts bei der nachhaltigen Sicherung von Speicher- und Regelfunktionen der Waldböden im Südschwarzwald","abstract":"Zur Quantifizierung skelettbürtiger Nährelementpotenziale im Südschwarzwald wurde in Laborversuchen gereinigtes Bodenskelett von 61 Standorten eines regionalen (8x8 km, 31 Probeentnahmen) und eines lokalen Rasters (200x100 m, 30 Probeentnahmen) auf kurz- bis mittelfristige Ionenspeicher- und Ionenmobilisierungspotenziale mittels einer neu entwickelten Methode zur Bestimmung der Wasserdampfadsorption in einem definierten Spannungsbereich sowie die Korngrößenverteilung des Bodenskeletts untersucht. In einem offenen Perkolationssystem wurden unter kontrollierten Wasserspannungen die
austauschbaren Kationen extrahiert. Die relative Größe der zum Austausch befähigten Oberflächen wurde durch Wasserdampfadsorption des Skeletts bei pF 4,6 ermittelt. Als Referenz dazu dienten die bei 105° C getrockneten Proben. Durch ein laseroptisches Messgerät wurde die Korngrößenverteilung der Skelettpartikel aller Standorte vermessen. Zusätzlich dazu wurde die Farbe, der Gehalt an dunklen Mineralen, der okular bestimmbare Grad der Verwitterung, das Vorkommen von Feinwurzeln und Rhizomorphen aller Skelettproben sowie der Mineralbestand 11 ausgesuchter Skelettproben röntgendiffraktometrisch untersucht.
Die Ergebnisse der Modellversuche zeigen, dass die ökochemische Bedeutung des Bodenskeletts zur Nährstoffversorgung, insbesondere bei basenarmen, skelettreichen Standorten nicht zu vernachlässigen ist. Eine Quantifizierung des Nährelementpotenzials ergab, dass im Südschwarzwald der skelettbürtige Ca2+-Anteil am Gesamtvorrat (Summe aus Feinboden und Skelett) im Mittel ca. 40%, der Mg2+-Anteil ca. 30% und der K+-Anteil ca. 15% beträgt. Das an vielen Standorten des Südschwarzwaldes beobachtete Plausibilitätsdefizit zwischen guten Wuchsleistungen der stockenden Bestände bei gleichzeitig alarmierendem Niveau der Nährstoffversorgung des Feinbodens kann (unter der begründeten Annahme, dass dieses Nährstoffreservoir pflanzenverfügbar ist) mit der Speicherfunktion der Bodensteine für austauschbar gebundene Nährelemente erklärt werden.
Um eine Interpolation der Austauschereigenschaften des Bodenskeletts auch auf nicht beprobte Areale zu übertragen, wurden aus dem zur Verfügung stehenden Datenmaterial über multiple Regressionsmodelle belastbare, kausalanalytisch fundierte, stochastische Pedo-Transferfunktion für die effektive Kationenaustauschkapazität sowie für die Summe austauschbar gebundener Mb-Kationen und Ca2+-Ionen des Skeletts abgeleitet. Dazu erfolgte eine statistische und sachlogische Überprüfung der Beziehungen zwischen dem Nährelementpotenzial der Skelettfraktion und allen anderen Skelett- bzw. Standortsmerkmalen. Die meisten Parameter, wie z.B. die Art des Ausgangsgesteins, die Mineralzusammensetzung, die Korngrößenverteilung,okular bestimmbare Gesteinseigenschaften wie der Verwitterungsgrad oder die Farbe, die Jahresmitteltemperatur, die Hangneigung oder die Bestockung eines Standorts erwiesen sich als wenig geeignet zur Prognose des Ernährungspotenzials des Grobbodens. Die Wasserdampfadsorption der Skelettkörner,die Beziehung zwischen feinboden- und skelettbürtigen basischen Kationen und der jährliche standörtliche Niederschlag stellten sich demgegenüber als geeignete Prädiktoren zur Berechnung der Kationenaustauschkapazität des Bodenskeletts heraus. Die dabei erzielte Güte der Anpassung zur Prognose der skelettbürtigen KAKeff betrug 83%, für die Prognose der Summe effektiv austauschbarer Mb-Kationen des Bodenskeletts 52% und für die Prognose der skelettbürtig effektiv austauschbar gebundene Ca2+-Gehalte 36%.
Die entwickelten Pedo-Transferfunktionen stellen ein erstes, praxistaugliches Werkzeug dar, um skelettbürtige Nährelementpotenziale bisher nicht beprobter Standorte im Südschwarzwald vorherzusagen. Damit besteht die Möglichkeit, Austauschereigenschaften des Grobbodens in praxisorientierte Konzepte zur Bewertung des Nährstoffhaushalts in Böden einfließen zu lassen. Darüber hinaus bieten die vorgestellten Regressionsmodelle solide Grundlagen für weitere Modellentwicklungen.","abstract_html":"Zur Quantifizierung skelettbürtiger Nährelementpotenziale im Südschwarzwald wurde in Laborversuchen gereinigtes Bodenskelett von 61 Standorten eines regionalen (8x8 km, 31 Probeentnahmen) und eines lokalen Rasters (200x100 m, 30 Probeentnahmen) auf kurz- bis mittelfristige Ionenspeicher- und Ionenmobilisierungspotenziale mittels einer neu entwickelten Methode zur Bestimmung der Wasserdampfadsorption in einem definierten Spannungsbereich sowie die Korngrößenverteilung des Bodenskeletts untersucht. In einem offenen Perkolationssystem wurden unter kontrollierten Wasserspannungen die <br>austauschbaren Kationen extrahiert. Die relative Größe der zum Austausch befähigten Oberflächen wurde durch Wasserdampfadsorption des Skeletts bei pF 4,6 ermittelt. Als Referenz dazu dienten die bei 105° C getrockneten Proben. Durch ein laseroptisches Messgerät wurde die Korngrößenverteilung der Skelettpartikel aller Standorte vermessen. Zusätzlich dazu wurde die Farbe, der Gehalt an dunklen Mineralen, der okular bestimmbare Grad der Verwitterung, das Vorkommen von Feinwurzeln und Rhizomorphen aller Skelettproben sowie der Mineralbestand 11 ausgesuchter Skelettproben röntgendiffraktometrisch untersucht. <br>Die Ergebnisse der Modellversuche zeigen, dass die ökochemische Bedeutung des Bodenskeletts zur Nährstoffversorgung, insbesondere bei basenarmen, skelettreichen Standorten nicht zu vernachlässigen ist. Eine Quantifizierung des Nährelementpotenzials ergab, dass im Südschwarzwald der skelettbürtige Ca2+-Anteil am Gesamtvorrat (Summe aus Feinboden und Skelett) im Mittel ca. 40%, der Mg2+-Anteil ca. 30% und der K+-Anteil ca. 15% beträgt. Das an vielen Standorten des Südschwarzwaldes beobachtete Plausibilitätsdefizit zwischen guten Wuchsleistungen der stockenden Bestände bei gleichzeitig alarmierendem Niveau der Nährstoffversorgung des Feinbodens kann (unter der begründeten Annahme, dass dieses Nährstoffreservoir pflanzenverfügbar ist) mit der Speicherfunktion der Bodensteine für austauschbar gebundene Nährelemente erklärt werden. <br>Um eine Interpolation der Austauschereigenschaften des Bodenskeletts auch auf nicht beprobte Areale zu übertragen, wurden aus dem zur Verfügung stehenden Datenmaterial über multiple Regressionsmodelle belastbare, kausalanalytisch fundierte, stochastische Pedo-Transferfunktion für die effektive Kationenaustauschkapazität sowie für die Summe austauschbar gebundener Mb-Kationen und Ca2+-Ionen des Skeletts abgeleitet. Dazu erfolgte eine statistische und sachlogische Überprüfung der Beziehungen zwischen dem Nährelementpotenzial der Skelettfraktion und allen anderen Skelett- bzw. Standortsmerkmalen. Die meisten Parameter, wie z.B. die Art des Ausgangsgesteins, die Mineralzusammensetzung, die Korngrößenverteilung,okular bestimmbare Gesteinseigenschaften wie der Verwitterungsgrad oder die Farbe, die Jahresmitteltemperatur, die Hangneigung oder die Bestockung eines Standorts erwiesen sich als wenig geeignet zur Prognose des Ernährungspotenzials des Grobbodens. Die Wasserdampfadsorption der Skelettkörner,die Beziehung zwischen feinboden- und skelettbürtigen basischen Kationen und der jährliche standörtliche Niederschlag stellten sich demgegenüber als geeignete Prädiktoren zur Berechnung der Kationenaustauschkapazität des Bodenskeletts heraus. Die dabei erzielte Güte der Anpassung zur Prognose der skelettbürtigen KAKeff betrug 83%, für die Prognose der Summe effektiv austauschbarer Mb-Kationen des Bodenskeletts 52% und für die Prognose der skelettbürtig effektiv austauschbar gebundene Ca2+-Gehalte 36%. <br>Die entwickelten Pedo-Transferfunktionen stellen ein erstes, praxistaugliches Werkzeug dar, um skelettbürtige Nährelementpotenziale bisher nicht beprobter Standorte im Südschwarzwald vorherzusagen. Damit besteht die Möglichkeit, Austauschereigenschaften des Grobbodens in praxisorientierte Konzepte zur Bewertung des Nährstoffhaushalts in Böden einfließen zu lassen. 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In einem offenen Perkolationssystem wurden unter kontrollierten Wasserspannungen die
austauschbaren Kationen extrahiert. Die relative Größe der zum Austausch befähigten Oberflächen wurde durch Wasserdampfadsorption des Skeletts bei pF 4,6 ermittelt. Als Referenz dazu dienten die bei 105° C getrockneten Proben. Durch ein laseroptisches Messgerät wurde die Korngrößenverteilung der Skelettpartikel aller Standorte vermessen. Zusätzlich dazu wurde die Farbe, der Gehalt an dunklen Mineralen, der okular bestimmbare Grad der Verwitterung, das Vorkommen von Feinwurzeln und Rhizomorphen aller Skelettproben sowie der Mineralbestand 11 ausgesuchter Skelettproben röntgendiffraktometrisch untersucht.
Die Ergebnisse der Modellversuche zeigen, dass die ökochemische Bedeutung des Bodenskeletts zur Nährstoffversorgung, insbesondere bei basenarmen, skelettreichen Standorten nicht zu vernachlässigen ist. Eine Quantifizierung des Nährelementpotenzials ergab, dass im Südschwarzwald der skelettbürtige Ca2+-Anteil am Gesamtvorrat (Summe aus Feinboden und Skelett) im Mittel ca. 40%, der Mg2+-Anteil ca. 30% und der K+-Anteil ca. 15% beträgt. Das an vielen Standorten des Südschwarzwaldes beobachtete Plausibilitätsdefizit zwischen guten Wuchsleistungen der stockenden Bestände bei gleichzeitig alarmierendem Niveau der Nährstoffversorgung des Feinbodens kann (unter der begründeten Annahme, dass dieses Nährstoffreservoir pflanzenverfügbar ist) mit der Speicherfunktion der Bodensteine für austauschbar gebundene Nährelemente erklärt werden.
Um eine Interpolation der Austauschereigenschaften des Bodenskeletts auch auf nicht beprobte Areale zu übertragen, wurden aus dem zur Verfügung stehenden Datenmaterial über multiple Regressionsmodelle belastbare, kausalanalytisch fundierte, stochastische Pedo-Transferfunktion für die effektive Kationenaustauschkapazität sowie für die Summe austauschbar gebundener Mb-Kationen und Ca2+-Ionen des Skeletts abgeleitet. Dazu erfolgte eine statistische und sachlogische Überprüfung der Beziehungen zwischen dem Nährelementpotenzial der Skelettfraktion und allen anderen Skelett- bzw. Standortsmerkmalen. Die meisten Parameter, wie z.B. die Art des Ausgangsgesteins, die Mineralzusammensetzung, die Korngrößenverteilung,okular bestimmbare Gesteinseigenschaften wie der Verwitterungsgrad oder die Farbe, die Jahresmitteltemperatur, die Hangneigung oder die Bestockung eines Standorts erwiesen sich als wenig geeignet zur Prognose des Ernährungspotenzials des Grobbodens. Die Wasserdampfadsorption der Skelettkörner,die Beziehung zwischen feinboden- und skelettbürtigen basischen Kationen und der jährliche standörtliche Niederschlag stellten sich demgegenüber als geeignete Prädiktoren zur Berechnung der Kationenaustauschkapazität des Bodenskeletts heraus. Die dabei erzielte Güte der Anpassung zur Prognose der skelettbürtigen KAKeff betrug 83%, für die Prognose der Summe effektiv austauschbarer Mb-Kationen des Bodenskeletts 52% und für die Prognose der skelettbürtig effektiv austauschbar gebundene Ca2+-Gehalte 36%.
Die entwickelten Pedo-Transferfunktionen stellen ein erstes, praxistaugliches Werkzeug dar, um skelettbürtige Nährelementpotenziale bisher nicht beprobter Standorte im Südschwarzwald vorherzusagen. Damit besteht die Möglichkeit, Austauschereigenschaften des Grobbodens in praxisorientierte Konzepte zur Bewertung des Nährstoffhaushalts in Böden einfließen zu lassen. Darüber hinaus bieten die vorgestellten Regressionsmodelle solide Grundlagen für weitere Modellentwicklungen.","In order to quantify the nutrient stock of the skeleton in the southern Black Forest (isolated and purified skeletal fractions of forest soils from a regional 8x8 km, 31 sampling points)and a local grid (200x100 m, 30 sampling points) were labaratorily examined and tested for the capacity of cation-storage and potential of ionic mobilization as well as the extent of the capillar volume within a defined suction gradient and the distribution of grain sizes.
The exchangable cations were extracted in an open percolation system under controlled tensions of water. The relative size of the capillary volume of skeletal soil is determined at pF 4.6 through measurement of the water holding capacity. The samples dried at 105° C were used as a reference. The diameter of skeleton particles of every site was measured with a laser optical measuring device. In addition to that, the colour, the content of dark minerals, the ocular determinable degree of weathering and the occurence of fine roots
and/or fungal rhizomorphae of every skeleton sample were investigated. X-ray-diffraction analysis of the mineral content from 11 selected skeleton samples was determined, too. The results of the experiments to the nutrient supply proves the conclusion, that the ecological importance of skeleton fraction for sites, poor in basic nutrients and rich in skeleton is remarkable. By quantifying the nutrient element potential, it could be shown, that the skeleton`s content of exchangeable basic cations [ ∑(Ca, Mg, K)] can exceed the amount of basic cations, held by the fine earth. We think these findings to close the gap of plausibility, which arises in forest soils, if extremely poor nutrient supply of the fine earth is related to normal tree nutrition.
As the surface activ area of the skeletal fraction is known, supplies of exchangeable nutrients per ha in the rooted soil space (0-90 cm depth) could be calculated. By developing pedo-transfer-functions with stochastic relationships between the exchangeable amount of cations and easily measureable site parameters in the southern Black Forest, we are now able to predict the contribution of stones to nutrient-cycling on the spatial scale of regions.
Surprisingly no difference could be noticed according to the nature of the parent material (granite, gneiss, triassic sandstone), neither due to CEC nor due to base saturation of the skeleton fraction. The effective cation exchange capacity (CECeff) of the skeletal fraction in southern Black Forest is reasonably predictable (r²=0,83) if the variables (1) water vapour adsorption of the skeleton at suction difference of pF 4.6 and 105 °C dryness and (2) site specific annual precipation are considered in a multiple regression modell. Thus models are a first approach to establish causally well-founded pedo-transfer-functions for predicting the skeleton nutrient stock with the aid of easily measurable site parameters."]},{"key":"dc:format.medium","label":"Dc Format Medium","values":["application/pdf"]},{"key":"dc:title","label":"Title","values":["Die Rolle des Bodenskeletts bei der nachhaltigen Sicherung von Speicher- und Regelfunktionen der Waldböden im Südschwarzwald","The rule of the skeleton fraction for the nutrient supply of forest soils in the southern Black Forest"]}]}],"canonical_facts":{"dc:contributor":["Hildebrand, Ernst E."],"dc:creator":["Heisner, Ute"],"dc:description.abstract":["Zur Quantifizierung skelettbürtiger Nährelementpotenziale im Südschwarzwald wurde in Laborversuchen gereinigtes Bodenskelett von 61 Standorten eines regionalen (8x8 km, 31 Probeentnahmen) und eines lokalen Rasters (200x100 m, 30 Probeentnahmen) auf kurz- bis mittelfristige Ionenspeicher- und Ionenmobilisierungspotenziale mittels einer neu entwickelten Methode zur Bestimmung der Wasserdampfadsorption in einem definierten Spannungsbereich sowie die Korngrößenverteilung des Bodenskeletts untersucht. In einem offenen Perkolationssystem wurden unter kontrollierten Wasserspannungen die
austauschbaren Kationen extrahiert. Die relative Größe der zum Austausch befähigten Oberflächen wurde durch Wasserdampfadsorption des Skeletts bei pF 4,6 ermittelt. Als Referenz dazu dienten die bei 105° C getrockneten Proben. Durch ein laseroptisches Messgerät wurde die Korngrößenverteilung der Skelettpartikel aller Standorte vermessen. Zusätzlich dazu wurde die Farbe, der Gehalt an dunklen Mineralen, der okular bestimmbare Grad der Verwitterung, das Vorkommen von Feinwurzeln und Rhizomorphen aller Skelettproben sowie der Mineralbestand 11 ausgesuchter Skelettproben röntgendiffraktometrisch untersucht.
Die Ergebnisse der Modellversuche zeigen, dass die ökochemische Bedeutung des Bodenskeletts zur Nährstoffversorgung, insbesondere bei basenarmen, skelettreichen Standorten nicht zu vernachlässigen ist. Eine Quantifizierung des Nährelementpotenzials ergab, dass im Südschwarzwald der skelettbürtige Ca2+-Anteil am Gesamtvorrat (Summe aus Feinboden und Skelett) im Mittel ca. 40%, der Mg2+-Anteil ca. 30% und der K+-Anteil ca. 15% beträgt. Das an vielen Standorten des Südschwarzwaldes beobachtete Plausibilitätsdefizit zwischen guten Wuchsleistungen der stockenden Bestände bei gleichzeitig alarmierendem Niveau der Nährstoffversorgung des Feinbodens kann (unter der begründeten Annahme, dass dieses Nährstoffreservoir pflanzenverfügbar ist) mit der Speicherfunktion der Bodensteine für austauschbar gebundene Nährelemente erklärt werden.
Um eine Interpolation der Austauschereigenschaften des Bodenskeletts auch auf nicht beprobte Areale zu übertragen, wurden aus dem zur Verfügung stehenden Datenmaterial über multiple Regressionsmodelle belastbare, kausalanalytisch fundierte, stochastische Pedo-Transferfunktion für die effektive Kationenaustauschkapazität sowie für die Summe austauschbar gebundener Mb-Kationen und Ca2+-Ionen des Skeletts abgeleitet. Dazu erfolgte eine statistische und sachlogische Überprüfung der Beziehungen zwischen dem Nährelementpotenzial der Skelettfraktion und allen anderen Skelett- bzw. Standortsmerkmalen. Die meisten Parameter, wie z.B. die Art des Ausgangsgesteins, die Mineralzusammensetzung, die Korngrößenverteilung,okular bestimmbare Gesteinseigenschaften wie der Verwitterungsgrad oder die Farbe, die Jahresmitteltemperatur, die Hangneigung oder die Bestockung eines Standorts erwiesen sich als wenig geeignet zur Prognose des Ernährungspotenzials des Grobbodens. Die Wasserdampfadsorption der Skelettkörner,die Beziehung zwischen feinboden- und skelettbürtigen basischen Kationen und der jährliche standörtliche Niederschlag stellten sich demgegenüber als geeignete Prädiktoren zur Berechnung der Kationenaustauschkapazität des Bodenskeletts heraus. Die dabei erzielte Güte der Anpassung zur Prognose der skelettbürtigen KAKeff betrug 83%, für die Prognose der Summe effektiv austauschbarer Mb-Kationen des Bodenskeletts 52% und für die Prognose der skelettbürtig effektiv austauschbar gebundene Ca2+-Gehalte 36%.
Die entwickelten Pedo-Transferfunktionen stellen ein erstes, praxistaugliches Werkzeug dar, um skelettbürtige Nährelementpotenziale bisher nicht beprobter Standorte im Südschwarzwald vorherzusagen. Damit besteht die Möglichkeit, Austauschereigenschaften des Grobbodens in praxisorientierte Konzepte zur Bewertung des Nährstoffhaushalts in Böden einfließen zu lassen. Darüber hinaus bieten die vorgestellten Regressionsmodelle solide Grundlagen für weitere Modellentwicklungen.","In order to quantify the nutrient stock of the skeleton in the southern Black Forest (isolated and purified skeletal fractions of forest soils from a regional 8x8 km, 31 sampling points)and a local grid (200x100 m, 30 sampling points) were labaratorily examined and tested for the capacity of cation-storage and potential of ionic mobilization as well as the extent of the capillar volume within a defined suction gradient and the distribution of grain sizes.
The exchangable cations were extracted in an open percolation system under controlled tensions of water. The relative size of the capillary volume of skeletal soil is determined at pF 4.6 through measurement of the water holding capacity. The samples dried at 105° C were used as a reference. The diameter of skeleton particles of every site was measured with a laser optical measuring device. In addition to that, the colour, the content of dark minerals, the ocular determinable degree of weathering and the occurence of fine roots
and/or fungal rhizomorphae of every skeleton sample were investigated. X-ray-diffraction analysis of the mineral content from 11 selected skeleton samples was determined, too. The results of the experiments to the nutrient supply proves the conclusion, that the ecological importance of skeleton fraction for sites, poor in basic nutrients and rich in skeleton is remarkable. By quantifying the nutrient element potential, it could be shown, that the skeleton`s content of exchangeable basic cations [ ∑(Ca, Mg, K)] can exceed the amount of basic cations, held by the fine earth. We think these findings to close the gap of plausibility, which arises in forest soils, if extremely poor nutrient supply of the fine earth is related to normal tree nutrition.
As the surface activ area of the skeletal fraction is known, supplies of exchangeable nutrients per ha in the rooted soil space (0-90 cm depth) could be calculated. By developing pedo-transfer-functions with stochastic relationships between the exchangeable amount of cations and easily measureable site parameters in the southern Black Forest, we are now able to predict the contribution of stones to nutrient-cycling on the spatial scale of regions.
Surprisingly no difference could be noticed according to the nature of the parent material (granite, gneiss, triassic sandstone), neither due to CEC nor due to base saturation of the skeleton fraction. The effective cation exchange capacity (CECeff) of the skeletal fraction in southern Black Forest is reasonably predictable (r²=0,83) if the variables (1) water vapour adsorption of the skeleton at suction difference of pF 4.6 and 105 °C dryness and (2) site specific annual precipation are considered in a multiple regression modell. Thus models are a first approach to establish causally well-founded pedo-transfer-functions for predicting the skeleton nutrient stock with the aid of easily measurable site parameters."],"dc:format.medium":["application/pdf"],"dc:subject":["Steine","Pedo-Transferfunktion","Kationenaustauschkapazität","nutrient supply","stones","skeleton","regionalisation"],"dc:title":["Die Rolle des Bodenskeletts bei der nachhaltigen Sicherung von Speicher- und Regelfunktionen der Waldböden im Südschwarzwald","The rule of the skeleton fraction for the nutrient supply of forest soils in the southern Black Forest"],"dc:type":["DoctoralThesis"]},"updated_at":"2026-07-24T02:22:03Z"}