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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:luen4-opus-142149
URL: http://opus.uni-lueneburg.de/opus/volltexte/2012/14214/


Impact of nitrogen deposition on the functioning of heathland ecosystems

Auswirkungen von Stickstoffdepositionen auf Heideökosysteme

Friedrich, Uta

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SWD-Schlagwörter: Stickstoffbelastung , Heide , Ökosystem , Konkurrenz <Biologie> , Nährstoffmangel
Freie Schlagwörter (Englisch): nitrogen deposition , heathland ecosystems , nutrient limitation , 15N tracer experiment , calluna vulgaris
Institut: Nachhaltigkeitsmgmt./-ökologie
Fakultät: Fak 3 - Umwelt und Technik (alt)
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Härdtle, Werner (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 08.02.2012
Erstellungsjahr: 2011
Publikationsdatum: 09.03.2012
Kurzfassung auf Englisch: The dissertation deals with the impact of nitrogen deposition on the functioning of heathland ecosystems. Special interests were the displacement of heather (Calluna vulgaris) by the purple moor-grass (Molinia caerulea) as well as the fate of nitrogen loads in dry heathland ecosystems. The results of the studies undertaken in the field and in the greenhouse are presented as five individual journal articles.
The nature of nutrient limitation was studied by means of fertilisation experiments with nitrogen (N) and phosphorus for heather and purple moor-grass (Articles I and II). The impact of nitrogen deposition on the outcome of competition between these two species was analysed during a competition experiment in the greenhouse (Article III). The aim of a 15N tracer experiment was to determine the fate of nitrogen deposition as well as allocation patterns (Article IV). In addition, the response of purple moor-grass to the combined effects of nitrogen deposition and summer droughts was investigated in a second greenhouse experiment (Article V).
The fertilisation experiments showed that the growth of heather as well as of purple moor-grass is predominantly limited by N (Articles I and II). However, the results of the competition experiment demonstrated that only purple moor-grass has the ability to benefit from additional N loads, which in turn gives the grass the opportunity to displace heather (Article III). Drought treatment resulted in strikingly reduced biomass production of purple moor-grass in N-fertilised pots, mainly as a result of dying aboveground biomass during dry periods (Article V). This striking susceptibility of purple moor-grass to the combination of nitrogen deposition and drought must be taken into account, when predicting future developments of dry heathlands. The results of the 15N tracer experiment showed that the investigated heath is still in an early stage of N saturation, as indicated by a high immobilisation capacity and negligible leaching losses of 15N (Article IV).
The findings of the dissertation contribute to a better understanding of the processes underlying the encroachment of purple moor-grass in dry heathlands and can enhance heathland management. The results can also be used to to evaluate the current and future status of this ecosystem particularly with regard to the various stages of N saturation as well as in the determination of “Critical Loads”.
Kurzfassung auf Deutsch: Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den Auswirkungen von Stickstoffdepositionen auf Heideökosysteme. Im Mittelpunkt steht dabei vor allem die Vergrasung von trockenen Sandheiden, insbesondere die Verdrängung der Besenheide (Calluna vulgaris) durch das Gewöhnliche Pfeifengras (Molinia caerulea). Ein weiterer Schwerpunkt ist die Frage des Verbleibs von Stickstoffeinträgen. Die kumulative Dissertationsschrift umfasst fünf Zeitschriftenartikel, die die Ergebnisse aus ökologischen Freiland- und Gewächshausversuchen zu diesem Thema wiedergeben.
In Form von Düngeexperimenten mit Stickstoff (N) und Phosphor wurde die Art der Nährstofflimitierung für die Besenheide und das Gewöhnliche Pfeifengras untersucht (Beitrag I und II). Der Einfluss von Stickstoffeinträgen auf die Konkurrenz dieser beiden Arten wurde zusätzlich im Rahmen eines Konkurrenzversuches im Gewächshaus näher analysiert (Beitrag III). Im Rahmen eines 15NMarkierungsversuches sollten der Verbleib von Stickstoffeinträgen ermittelt und Allokationsmuster aufgedeckt werden (Beitrag IV). Ein weiterer Gewächshausversuch zielte auf die Reaktion des Gewöhnlichen Pfeifengrases auf Stickstoffeinträge in Kombination mit Sommerdürren (Beitrag V).
Die Ergebnisse der Düngeexperimente ergaben sowohl für die Besenheide als auch für das Gewöhnliche Pfeifengras überwiegend eine N-Limitierung des Wachstums (Beitrag I und II). Aufgrund des Konkurrenzversuches jedoch konnte gezeigt werden, dass nur das Gewöhnliche Pfeifengras unter Konkurrenz von zusätzlichen Stickstoffeinträgen profitieren kann und somit das Potential hat die Besenheide während der Besiedlung von offenen Flächen zu verdrängen (Beitrag III). Dürrebehandlungen führten bei stickstoffgedüngten Töpfen zu einer stark reduzierten Biomassenproduktion des Gewöhnlichen Pfeifengrases, welche hauptsächlich auf das Absterben oberirdischer Biomasse während der Dürreperioden zurückzuführen war (Beitrag V). Diese ausgeprägte Sensibilität des Gewöhnlichen Pfeifengrases gegenüber der Kombination von Stickstoffeinträgen und Sommerdürren sollte somit bei der Prognose über die zukünftige Entwicklung von Trockenheiden berücksichtigt werden. Die Ergebnisse des 15N-Markierungsversuches zeigten zudem deutlich, dass die untersuchten Trockenheiden trotz langjähriger hoher N-Depositionsbelatung einen geringen Grad der Stickstoffsättigung aufweisen, da immer noch hohe Immobilisationskapazitäten und nur geringfügige Sickerwasserverluste festgestellt wurden (Beitrag IV).
Die Ergebnisse der durchgeführten Versuche tragen dazu bei den Prozess der Vergrasung durch das Gewöhnliche Pfeifengras in trockenen Sandheiden besser zu verstehen. Zusätzlich gibt die Arbeit Hinweise auf den derzeitigen und zukünftigen Zustand der Systeme, insbesondere in Hinblick auf den Grad der Stickstoffsättigung. Die Ergebnisse können zur Weiterentwicklung eines naturschutzorientierten Managements von Heideflächen herangezogen werden sowie für die Einstufung der Empfindlichkeit („Critical Loads“) dieses Ökosystems gegenüber Stickstoffeinträgen.


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Letzte Änderung: 10.11.16