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Smidt 2010, BFW

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Academic year: 2022

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Smidt 2010, BFW

Immissionsökologische Forschung am BFW

Höhenprofil Zillertal / Tirol

Höhenprofile Achental / Nordtiroler KA Bodental / Kärnten

Stefan Smidt

Bundesforschungs- und Ausbildungszentrum für Wald, Naturgefahren und Landschaft

(2)

idt 2010, BFW

Waldökosystemforschung am BFW

In den Jahren 1984 bis 2008 wurde vom BFW ein interdisziplinäres Projekt

koordiniert, an dem 19 Institutionen beteiligt waren.

Die Freilanduntersuchungen wurden in drei wenig immissionsbelasteten Waldgebieten durchgeführt.

(3)

idt 2010, BFW

Hauptziele

• Quantifizierung von Belastungsfaktoren

• Stressfrüherkennung

• Weiterentwicklung von Bioindikationsmethoden

• Modellierung des Immissionsrisikos für größere Gebiete

• Quantifizierung der N- und C-Flüsse

• Auswirkungen einer Bodenerwärmung

(4)

idt 2010, BFW

Hauptziele

(5)

idt 2010, BFW

Grundlage

Charakterisierung des Untersuchungsgebietes Einrichtung

Einbeziehung weiterer Datenpools

(6)

Smidt 2010, BFW

Lage der Untersuchungsgebiete

Achental

Zillertal

Bodental

(7)

idt 2010, BFW

Hauptuntersuchungsgebiet Achental

(8)

idt 2010, BFW

Zillertal/Tirol (1984-1990)

Mayerhofen Inntal

Schwendbergprofil 600 – 1950m

(9)

idt 2010, BFW

Achental/Tirol (seit 1990)

Christlumprofil 970 – 1758m

(10)

idt 2010, BFW

Bodental/Kärnten (1999-2008)

1010m

Abbildung 1010m

(11)

idt 2010, BFW

Christlumkopf (1758m)

Luftschadstoffmonitoring

Container mit Nebelsammler

(12)

idt 2010, BFW

Depositionsmonitoring

Wet and dry only Sammler Bulk-Sammler

(13)

idt 2010, BFW

Hauptstandort Mühleggerköpfl (Achental)

• 4.jpg

Intensiv-

Untersuchungsfläche (920m)

(14)

idt 2010, BFW

Stoffflussmessung

Bestandesniederschlag Nebelsammler

Freiland Kronendurchlass Streu-

sammler Saugkerzen

Lysimeter

Oberflächenwasser

Luftschadstoffmessungen meteorologische Messungen Depo- / Nebelmessungen Ausgasungsmessungen

(15)

Smidt 2010, BFW

Mess-Station

Container mit Nebelsammler Nebelsammler

(16)

idt 2010, BFW

Arbeitsgebiete

• Basiserhebungen, Schadstoffbelastungen

• Meteorologische Spezialerhebungen

• Bioindikationsmethoden

• Waldweide, Mykorrhizen

• Nutzungspotentialanalyse

• Expertensystem

• Messung und Modellierung von N- und C-

Kreisläufen

(17)

idt 2010, BFW

Ozon

Schwermetalle

(18)

idt 2010, BFW

Hohe Ozon-Konzentrationen und hohe Stoffwechselaktivität fallen zusammen

0 50 100

J F M A M J J A S O N D

ug/m3

Ozon

NOx SO2

Monatsmittel 1990-2008

Vegetationsperiode

(19)

idt 2010, BFW

Föhn transportiert Ozon aus der unteren Troposphäre an

0 12 0 12 0 12 0 Uhr

ppb Schönwetter

Föhnepisode

Temperatur

WIGE Ozon

(20)

Smidt 2010, BFW

Lokale Ozon-Produktion produziert einen

„Ozonbauch“ im Frühjahr

0 40 80

3 2 1 0

Loisachtal Zillertal

ppm km

Puxbaum et a. 1989

(21)

idt 2010, BFW

Die Ozondosen (AOT40-Werte) nehmen mit der Seehöhe deutlich zu

(22)

Smidt 2010, BFW

AOT40-Berechnungen täuschen eine übermäßige (unrealistisch hohe) Ozon-Belastung vor

Forschungszentrum Seibersdorf

Grenzwert: 10000

Herman et al. 2005

(23)

Smidt 2010, BFW

Die Berücksichtigung von Aufnahme & Hemerobie führt zu realistischen Resultaten

Herman et al. 2005

(24)

Smidt 2010, BFW

Fichten sind v.a. im (Nord-) Osten Österreichs ozon- und klimagefährdet

Smidt et al. 2008

(25)

Smidt 2010, BFW

Das Expertensystem erkennt aussagekräftige Parameter zur Waldschadensbeurteilung

Mustererkennung mit einem Entitäten- Relationsmodell:

Luftqualität

Nadelgewicht, -länge

Chlorophyll, Carotinoide, SH, POD C-, N-, S-Gehalte

Photosyntheserate

Guttenberger & Mayrhofer 1996

Datensätze, Bewertungskriterien

(26)

Smidt 2010, BFW

Waldgebiete sind durch Vergleich der Stressmuster unterscheidbar

Clusteranalyse >>>

4 „physiological response clusters“

Chlorophyll/Carotinoide/Xanthophylle Redoxstatus der Carotinoide

Antioxidantiengehalt Chlorophyll a/b

Chlorophyll / Carotinoide Peroxidasen

Tausz et al. 1998

(27)

Smidt 2010, BFW

Der Pb-Akkumulationsindex ist in den Nordstaulagen deutlich erhöht

Herman et al. 2000

(28)

Smidt 2010, BFW

Pb,Zn haben hohe Mobilität in den oberen Bodenhorizonten

Mobilität (> Antransport)

Mutsch 1998

(29)

idt 2010, BFW

Bioindikation

Schwermetalle Antioxidatives System

VOCs

(30)

Smidt 2010, BFW

Pb Cd

ppm

Pb-Hintergrund

Mittel 6 Probeflächen 0

1 2 3

1965 1975 1985 1995

Herman 1996

Der Rückgang der Blei-Emissionen

spiegelt sich in den Fichtennadelgehalten wider

(31)

idt 2010, BFW

Im „Reinluftgebiet“Achenkirch sind die Pb- und Cd-Gehalte in Moosen relativ hoch

Pb Cd

Blaue Balken: Mittel

Österreich (220 Standorte)

30

15

0

Zechmeister 1995

(32)

idt 2010, BFW

Die Schwermetallgehalte in Moosen steigen mit der Seehöhe an

Zechmeister 1995

(33)

Smidt 2010, BFW

Pflanzeninhaltsstoffe zeigen einen Höhengradienten

< 600 600-800 800-1000 1000-1200 1200-1400 1400-1600

>1600

0,00 2,00 4,00 6,00

ascorbic acid [mg g-1 dwt]

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20

S content [mg g-1 dwt]

0 200 400 600

Thiols [nmol g-1 dwt]

< 600 600-800 800-1000 1000-1200 1200-1400 1400-1600

>1600

0,00 2,00 4,00 6,00

[m a.s.l.]

Chlorophyll a+b [mg g-1 dwt]

Ascorbat Schwefel

Chlorophyll Thiole

Tausz et al. 2003

(34)

idt 2010, BFW

Lipoide zeigen ebenfalls einen Höhengradienten

Puchinger & Stachelberger 1994

(35)

idt 2010, BFW

(s)VOCs sind auch in Reinluftgebieten nachweisbar

• Hohe Konzentrationen in Nadeln und Humus im Hintergrundgebiet Achental

• Fichten entgiften CKWs unter Energieaufwand (GST)

• Hohe Ethenkonzentrationen (bis 15 ppb) haben

Ozonbildungspotential

Weiss et al. 1998, Schröder et al. 2008

(36)

idt 2010, BFW

Stickstoff- Kohlenstoff-

Kreisläufe

(37)

idt 2010, BFW

Eine noch nicht hinreichend erklärte Diskrepanz:

Einerseits überschreiten die N-Einträge Critical Loads…

… andererseits herrscht in den

Waldbeständen Stickstoffmangel vor

Weiss et al. 1998, Schröder et al. 2008

(38)

idt 2010, BFW

N-Einträge überschreiten vielfach Critical Loads

0 500 1000 1500 2000

0 20 40 60

kg N/ha.a

m a.s.l.

CLO

Freiland

Kronendurchlass

(39)

idt 2010, BFW

Zunehmende N-Einträge führen zu zunehmenden N-Austrägen

0 500 1000 1500 2000

0 20 40 60

kg N/ha.a

m a.s.l.

CLO

30 15 0 Austrag (kg/ha.a)

Oberhalb von 10kg N/ha.a ist mit

Austrägen ins Grundwasser zu rechnen, 7-15kg sollen zur

Vermeidung der Sättigung nicht überschritten werden

(40)

idt 2010, BFW

N-Einträge zeigen – wie jene von S - ein Frühjahrsmaximum

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

1 21 41

w eek

kg N/ha.a

Achental

Level II (n=20)

Woche

(41)

idt 2010, BFW

NOx-Grenzwerte werden in Österreich noch immer überschritten

0 20 40 60 80 100

30 60 90 120 150 >150

ug NOx/m3

Prozent

alle Stationen

Ländliche Stationen

NOx-Jahresmittelwerte 1990-2008: n=1693 (alle) / n=481 (ländliche) Überschreitungen: 68,8% (alle) / 11,6% (ländliche)

Überschreitungen (>30 µgm-3)

(42)

Smidt 2010, BFW

Der Nebel trägt in höheren Lagen stark zur Gesamt-N-Deposition bei

0 5 10 15 20 25 30

m SH 1758 1280 920

Critical Load-Überschreitung

kg/ha.a Nebel

Kalina et al. 2002

(43)

idt 2010, BFW

N-Einträge in ländlichen Gebieten nehmen – ebenso wie die Emissionen - kaum ab

0 50 100 150 200

1990 1995 2000 2005 2010

ug/m3 bzw. kg N/ha.a

0 50 100 150 200

1000 Tonnen

NOx N-Eintrag NOx-Emissionen

(44)

Smidt 2010, BFW

Das BIN zeigt: Die Versorgung mit N ist unzureichend und verschlechtert sich

Grundnetz (n=319) www.bioindikatornetz.at

1,20 1,22 1,24 1,26 1,28 1,30 1,32 1,34 1,36 1,38 1,40 1,42

1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010

ausreichend:

1,5 %

BIN: Österreichisches Bioindikatornetz

(45)

idt 2010, BFW

Talflanken in den Nordtiroler Kalkalpen sind durch N-Einträge am stärksten gefährdet

Knoflacher & Loibl 1998

(46)

idt 2010, BFW

Stofffluss-Schema

(47)

Smidt 2010, BFW

Die Bilanzierung Stickstoff-Flüsse erfordert u.a.

Bodenwasser-Daten

• 2.jpg

MODELLE

TRACE (N-Zyklus) PICUS (N, Wasser)

HYDRUS (Wasser) PnET-DNDC (N-Zyklus)

Schneelysimeter NBM

(48)

idt 2010, BFW

Ein Bodenerwärmungsexperiment ist nur mit großem apparativen Aufwand möglich

Bodenerwärmung um 4°C Referenz

(49)

idt 2010, BFW

Achenkirch: Standort für EU-Projekte zur

Ermittlung der Emissionen von N2O, NOx, CO2 aus dem Waldboden

NOFRETETE NITREUROPE

(50)

idt 2010, BFW

Die Modellierung zeigt: Eine Temperaturerhöhung hat großen Einfluss auf den N-Output

+3°C

18 9 36

18

kg N/ha.a

Jandl et al. 2008

(51)

idt 2010, BFW

Die Modellierung zeigt: Eine Temperaturerhöhung hat großen Einfluss auf den N-Output

• Erhöhte mikrobielle Aktivität

• deutliche Steigerung der N

2

O Ausgasung

• deutliche Steigerung des NO

3

-Leachings (auch durch erhöhten N-Eintrag)

• Zunahme der Baumarten Tanne und Buche, Abnahme der Fichte

(die Biomasse bleibt annähernd gleich wegen erhöhter Baummortalität)

Jandl et al. 2008

(52)

Smidt 2010, BFW

Die Bodenerwärmung steigert die Ausgasung von Lachgas

Schindlbacher et al. 2007, 2008

(53)

Smidt 2010, BFW

Die Bodenerwärmung steigert die Ausgasung von Kohlendioxid

Eine Temperaturerhöhung um + 4°C erzeugte am Standort

Mühleggerköpfl 2,8 t CO2-C/ha p.a. (+ 45% gegenüber Blindversuch)

Schindlbacher et al. 2007, 2008

(54)

idt 2010, BFW

• Winterliche CO2-Emissionen unter der Schneedecke machen rund 12 % der Jahresemissionen aus

• Der Beitrag der Wurzelatmung zur gesamten Bodenatmung schwankte im Winter zwischen 13% und 50%.

Auch im Winter setzt der Waldboden beträchtliche Mengen an CO2 frei

Schindlbacher et al. 2007

(55)

idt 2010, BFW

www.luftschadstoffe.at

(56)

Smidt 2010, BFW

Danke für Ihre Aufmerksamkeit!

Vera Borek (Prinzessinnendramen, Volkstheater)

(57)

idt 2010, BFW

Literatur

(Auszug aus über 600 Publikationen und 20 Sammelbänden)

Bolhar-Nordenkampf H. (Hrsg.) 1989. Stressphysiologische Ökosystemforschung Höhenprofil Zillertal. Phyton 29 (3).

Smidt S., Herman F., Grill D., Guttenberger H. (eds.) 1994. Studies of Ecosystems in the Limestone Alps - “Achenkirch Altitude Profiles” (Phyllosphere). Sonderband Phyton 34 (3); 192 Seiten

(14 Beiträge).

Smidt S., Herman F., Grill D., Guttenberger H. (eds.) 1996. Studies of Ecosystems in the Limestone Alps - “Achenkirch Altitude Profiles” (Rhizosphere). 300 Seiten (20 Beiträge). Sonderband Phyton 36 (4).

Herman F., Lütz C., Smidt S. 1998. Pollution-related stress factors for forest ecosystems - results of long-term Austrian field experiment. Environ. Sci. & Pollut. Res. Special Issue 1.

Smidt S., Herman F., Englisch M. 2002. Nitrogen fluxes on an intensive investigation plot in the North Tyrolean Limestone Alps. Environ. Sci. & Pollut. Res., Special Issue 2.

Smidt S., Herman F. 2003. Evaluation of Air Pollution-Related Risks for Austrian Mountain Forests.

Environmental Pollution 130, 99-112.

Schindlbacher A., Zechmeister-Boltenstern S., Glatzel G., Jandl R. 2007. Winter soil respiration from an Austrian mountain forest. Agricultural and Forest Meteorology, 146, 205-215.

Jandl R., Herman F., Smidt S., Butterbach-Bahl K., Englisch M., Katzensteiner K., Lexer M., Strebl F., Zechmeister-Boltenstern S. 2008. Modelling of nitrogen dynamics in an Alpine forest ecosystem on calcareous soils: A scenario-based risk assessment under changing environmental conditions.

Environmental Pollution 155, 512-516.

Schindlbacher A., Zechmeister-Boltenstern S., Jandl R. 2009: Carbon losses due to soil warming.

Global Change Biology 15, 901-913.

Zusammenfassung und Literaturlist bis 2008: Smidt S., Herman F., Plattner J., Pausch J. 2008. 20 Jahre immissionsökologische Forschung am BFW. BFW-Dokumentation 9. Diese Zusammenfassung enthält die in den Folien zitierte Literatur.

Referenzen

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