TY - THES A1 - Damptey, Frederick Gyasi T1 - Effects of forest restoration on ecosystem attributes in a post-mining area in Ghana T1 - Auswirkungen der Wiederaufforstung von Wäldern auf Ökosystemeigenschaften in einem Bergbaufolgegebiet in Ghana N2 - Approaches to restore post-mining areas should provide sustainable solutions for recovering biodiversity and ecosystem services in regions experiencing massive deforestation. Key components that are impacted by surface mining activities and that restoration intervention should therefore target are biodiversity attributes and ecosystem service provisioning. The consequences of restoration decisions in post-mining areas in the Afrotropical region (here Ghana) remain understudied. To this end, l assessed levels of soil properties, biodiversity and ecosystem service in a post-mining area after two decades of active forest restoration by comparing them to attributes of the surrounding dominant land-use types. l hypothesized that (i) the interventions applied to restore and manage a post-mining area improve ecosystem attributes beyond conditions observed in the alternative dominant land-use types and even reaching levels comparable to reference forest (Chapter III), (ii) soil conditions and the functional structure of tree communities drive ecosystem functions and multifunctionality, with highest multifunctionality levels in the restored and natural forests (Chapter IV), (iii) the structure of tree communities coupled with pronounced climatic seasonality support a higher number of arthropods and arthropod functional groups particularly in the wet season and in structurally heterogeneous land-use types (Chapter V), and (iv) active forest restoration enhances the levels of ecosystem service provision similar to the reference forest with possible trade-offs or synergies among individual ecosystem services across forest types (Chapter VI). Chapter I provides an introduction to deforestation, and further highlights global and national initiatives, including active forest restoration, to reverse or minimize the impacts of tropical deforestation. Chapter II details the methodological approaches applied for sampling. Chapter III focussed on soil properties in addition to below and above-ground biomass of trees. The characteristic soil attributes for the restored forest were not significantly different from those in the reference forest, except for bulk density and base saturation, but differed significantly from attributes in all other land-use types. Chapter IV focussed on how the functional structure of tree communities affects the provision of ecosystem services. For functional composition, both the leaf economic spectrum and the seed mass dimensions separated different land-use types. Chapter V addresses the research question on how post-mining restoration affects arthropod communities. Communities of ground-active arthropods differed significantly between land-use types depending on the season. By quantifying the various ecosystem attributes in the field and transforming them into ecosystem service proxies, l could primarily identify synergies with no apparent trade-off between ecosystem services across the forest land-use types (Chapter VI). N2 - Renaturierungskonzepte von Bergbaufolgelandschaften bieten nachhaltige Lösungen für die Wiederherstellung der biologischen Vielfalt und der Ökosystemleistungen. Die wichtigsten Komponenten, die durch den Tagebau beeinträchtigt werden und auf die Wiederherstellungsmaßnahmen daher abzielen sollten, sind Merkmale der biologischen Vielfalt und die Bereitstellung von Ökosystemleistungen. Die Folgen von Renaturierungsentscheidungen in Bergbaufolgelandschaften in der afrotropischen Region sind nicht ausreichend untersucht. Zu diesem Zweck untersuchte ich die Bodenmerkmale, die biologische Vielfalt und die Ökosystemleistungen in einem Bergbaufolgegebiet, das nach zwei Jahrzehnten aktiver Waldsanierung bewertet wurde, indem ich sie mit den Merkmalen der umliegenden vorherrschenden Landnutzungstypen verglich. Auf der Grundlage des oben genannten Ziels der Studie lauteten die Hypothesen, dass (i) die Sanierungs- und Bewirtschaftungsmaßnahmen eines Bergbaufolgelandes die Ökosystemeigenschaften über die in alternativen vorherrschenden Landnutzungstypen beobachteten Bedingungen hinaus verbessern und sogar ein mit dem Referenzwald vergleichbares Niveau erreichen (Kapitel III), (ii) die Bodenbedingungen und die funktionelle Struktur der Baumgemeinschaften die Ökosystemfunktionen und die Multifunktionalität in Landnutzungstypen mit Bäumen bestimmen (Kapitel IV), (iii) die Struktur der Baumgemeinschaften in Verbindung mit einer starken klimatischen Saisonalität eine höhere Anzahl taxonomischer und funktioneller Arthropodengruppen unterstützt, insbesondere in der Regenzeit und in strukturell heterogenen Landnutzungstypen (Kapitel V), und (iv) die aktive Wiederherstellung von Wäldern das Niveau der Bereitstellung von Ökosystemdienstleistungen ähnlich dem des Referenzwaldes verbessert, mit möglichen Kompromissen oder Synergien zwischen einzelnen Ökosystemdienstleistungen in verschiedenen Waldtypen (Kapitel VI). Kapitel I gibt eine Einführung in die Entwaldung und stellt globale und nationale Initiativen vor, einschließlich der aktiven Wiederherstellung von Wäldern, um die Auswirkungen der tropischen Entwaldung umzukehren oder zu minimieren. In Kapitel II werden die methodischen Ansätze für die Erhebung von Ökosystemattributen vorgestellt. In Kapitel III wurde neben den Bodeneigenschaften auch die unter- und oberirdische Biomasse der Bäume in einem aktiven Bergbausanierungsgebiet untersucht. In Kapitel IV wurde untersucht, wie sich die funktionelle Struktur von Baumgemeinschaften auf die Bereitstellung von Ökosystemleistungen auswirkt. Kapitel V befasst sich mit der Forschungsfrage, wie sich die Wiederherstellung nach dem Bergbau auf Arthropodengemeinschaften auswirkt. Durch die Quantifizierung der verschiedenen Ökosystemattribute im Feld und ihre Umwandlung in Ersatzwerte für Ökosystemleistungen konnte ich in erster Linie Synergien ohne offensichtliche Zielkonflikte zwischen den Ökosystemleistungen der verschiedenen Waldnutzungsarten ermitteln (Kapitel VI). KW - Arthropods KW - Biodiversity KW - Ecosystem services KW - Ghana KW - Post-mining restoration KW - Gliederfüßer KW - Biodiversität KW - Ökosysteme KW - Ghana KW - Rekultivierung KW - Physikochemische Bodeneigenschaft KW - Biodiversität KW - Ökosystemdienstleistung Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-62580 ER - TY - THES A1 - Adesipo, Adegbite Adeleke T1 - Practical approach to reclamation of post-mining sites T1 - Praktischer Ansatz zur Rekultivierung von Bergbaufolgelandschaften N2 - In order to integrate necessary interdisciplinary complexity, sustainability, defined targets and endpoints for reclamation progress, the objective of this research is to advance reclamation knowledge on (i) international scale and (ii) national scale, taking Nigeria as an example. On the international scale (i), a systematic reclamation threshold scale for assessing, evaluating, documenting, and monitoring reclamation progress was developed. The threshold stages begin from the initial state I0 down to degraded state D0 (depending on the type of mining). Reclamation starts with soil reconstruction R-2 up to revegetation R-1 (red zones) to reach minimum threshold R0 (amber zone). Beyond R0 are the green zones R1, R2, and R3 representing soil/abiotic condition, biological and improved threshold respectively. Adaptation of the threshold model to degraded ecosystems in national and international laws is recommended. On the national scale with Nigeria (ii), endowed with over 34 solid minerals and abundant crude oil, findings show that almost all mine sites are below the minimum threshold scale R0. The sites are adversely affected by Artisanal and Small Scale Mining (ASM), whereby, contamination and soil lithology disturbances are the state-of-the-art discussions. However, bioremediation (phytoremediation) is the most feasible remediation technique. Therefore, for the crude oil contaminated sites, this study highlights typical cogitation for large in-situ implementation and potential species for remediation. For the mineral resources, gold mining was the typical example. As a practical approach, experimental areas on an abandoned mining site (Site 1), an active mining site (Site 2) and an undisturbed vegetation site (Control) in southwestern Nigeria were mapped out to represent its mining and farming activities. On the sites, (a) the impacts of the ASM activities on the floristic association were assessed. (b) the potential of 2D Electrical Resistivity Tomography (ERT) was explored to characterize the horizontal and vertical landscape homogeneity of the mine sites, and lastly, (c) the study identified native high-accumulating plants growing on the sites that can be employed for phytoremediation. Thus, the results show that (a) the floristic association of the mine sites have been stressed and disturbed. (b) the resistivity structure of the sites shows that ASM has greatly impaired the lithological status of the sites. (c) out of the 9 considered species, Crinum jagus has the highest accumulation factor of 8.71, 37.47, 1.08 and 29.38 for Pb, Cd, Fe and Cu respectively. It is a recommendable novel plant in the tropics. However, future studies must verify its hyperaccumulator potentials, identify other high accumulating species and develop effective approaches and policies to curb ASM activities and enhance remediation in Nigeria. N2 - Um die notwendige interdisziplinäre Komplexität, Nachhaltigkeit, definierte Ziele und Endpunkte für den Rekultivierungsfortschritt zu integrieren, besteht das Ziel dieser Forschung darin, das Wissen über die Rekultivierung auf (i) internationaler Ebene und (ii) nationaler Ebene am Beispiel Nigerias zu erweitern. Auf internationaler Ebene (i) wurde eine systematische Schwellenwertskala für die Bewertung, Evaluierung, Dokumentation und Überwachung des Rekultivierungsfortschritts entwickelt. Die Schwellenwerte beginnen mit dem Ausgangszustand I0 und reichen bis zum degradierten Zustand D0 (je nach Art des Bergbaus). Die Rekultivierung beginnt mit der Bodensanierung R-2 bis zur Begrünung R-1 (rote Zonen), um die Mindestschwelle R0 (gelbe Zone) zu erreichen. Jenseits von R0 befinden sich die grünen Zonen R1, R2 und R3, die den Boden/abiotischen Zustand, die biologische und die verbesserte Schwelle darstellen. Es wird empfohlen, das Schwellenwertmodell an degradierte Ökosysteme in nationalen und internationalen Gesetzen anzupassen. Auf nationaler Ebene, d. h. in Nigeria (ii), liegen die meisten Standorte unterhalb des Mindestschwellenwerts R0, wobei die Kontamination und die Störung der Bodenlithologie durch den handwerklichen Bergbau und den Kleinbergbau (ASM) den Stand der Diskussion darstellen. Die Bioremediation (Phytosanierung) ist jedoch die praktikabelste Sanierungsmethode. Daher werden in dieser Studie für die mit Erdöl kontaminierten Standorte typische Überlegungen für eine großflächige In-situ-Umsetzung und potenzielle Arten für die Sanierung aufgezeigt. Bei den Bodenschätzen war der Goldbergbau das typische Beispiel. Als praktischer Ansatz wurden Versuchsflächen in einem stillgelegten Bergbaugebiet (Ort 1), einem aktiven Bergbaugebiet (Ort 2) und einem ungestörten Vegetationsgebiet (Kontrolle) im Südwesten Nigerias kartiert, um die dortigen Bergbau- und Landwirtschaftstätigkeiten darzustellen. An diesen Standorten wurden (a) die Auswirkungen der ASM-Aktivitäten auf die floristische Assoziation bewertet. (b) wurde das Potenzial der 2D-Tomographie des elektrischen Widerstands (ERT) untersucht, um die horizontale und vertikale Landschaftshomogenität der Minenstandorte zu charakterisieren, und schließlich (c) identifizierte die Studie einheimische Pflanzen mit hoher Akkumulation, die auf den Standorten wachsen und für die Phytosanierung eingesetzt werden können. Die Ergebnisse zeigen, dass (a) die floristische Zusammensetzung der Grubenstandorte gestresst und gestört ist. (b) die Widerstandsstruktur der Standorte zeigt, dass der ASM den lithologischen Zustand der Standorte stark beeinträchtigt hat. (c) Von den neun betrachteten Arten weist Crinum jagus den höchsten Akkumulationsfaktor. Sie ist eine empfehlenswerte neue Pflanze in den Tropen. Zukünftige Studien müssen jedoch ihr Hyperakkumulationspotenzial verifizieren und wirksame Ansätze und Strategien entwickeln, um die ASM-Aktivitäten einzudämmen und die Sanierung in Nigeria zu verbessern. KW - Ecological indicators KW - Functional species KW - Dendroremediation KW - Geophysical techniques KW - Crinum jagus KW - Ökologische Indikatoren KW - Funktionelle Arten KW - Dendrosanierung KW - Geophysikalische Techniken KW - Crinum jagus KW - Nigeria KW - Rekultivierung KW - Bergbaunachfolgelandschaft KW - Phytoremediation Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-58719 ER - TY - THES A1 - Nsiah, Paul Kofi T1 - The potentials of biological geotextiles in erosion control and of substrate amendment on vegetation establishment during gold-mine reclamation in Ghana T1 - Potentiale biologischer Geotextilien für die Erosionskontrolle und von Substratverbesserung für die Vegetationsetablierung bei der Rekultivierung von Goldminen in Ghana N2 - Designing and implementing comprehensive reclamation programme during mine operations can minimize environmental damage and decrease potential legal liability. Although Regulation (23) of the Ghana Environmental Assessment Regulation (1999) requires mine proponents to have plans for reclamation, it has been revealed most degraded mine-sites have not been reclaimed. Even in cases where some mining companies made reclamation attempts, such efforts could not produce any favourable outcome due to the failure in adopting such best reclamation management practices as slope stabilization and substrate amendment to promote vegetation establishment. Subsequently, this study was undertaken to (a) investigate the role of biological geotextiles in erosion control and (b) examine effects of organic amendments with stockpiled subsoil on tree growth and on ground vegetation cover. A waste-rock dump was graded to 33% slope and covered with a 70 cm layer of subsoil at the Amoma Pit of Newmont Ghana Gold Limited Ahafo-South project. To achieve the first objective, two kinds of biological geotextiles; Elephant-grass mat and “York” mat, were used with bare ground as control, in a randomized block design with two replications each. Mat performance against erosion was expressed as a percentage from the total sediment yield. Results showed both the Elephant-grass mat and the York mat significantly (p < 0.05) reduced soil loss by 56.6% and 97.3%, respectively, compared to the control. The mats acted as cover and protected the graded mine-slope against erosion and allowed vegetation to establish and grow through them. Two experimental plots (24 × 15 m) were established on a different portion of the waste-rock dump for the second objective. The treatments, manure (23 t ha-1) and control (no manure), were applied, followed by seeding of Cowpea (Vigna unguiculata) and planting of potted-seedlings of five forest-tree species. The Laser-point-quadrat method was used to estimate ground vegetation cover, whereas erosion was visually observed. Diameter and height data of the planted trees were collected. The results indicated the manure had significant positive influence on tree growth and on ground vegetation cover which facilitated superior soil stabilization, compared to the control. Manure supplied sufficient N to overcome N deficiency of the subsoil and additionally increased soil organic matter that boosted microbial activity and mineralization. The findings of the study highlight the urgent need of implementing best reclamation management practices in protecting the environment and securing successful reclamation during mine operations in Ghana. The achievement of this will promote responsible mining and further contribute to Ghanaians’ acceptability of mining as a sustainable developmental land use activity, rather than as a curse. N2 - Die Planung und Umsetzung umfassender Rekultivierungsprogramme während bergbaulicher Tätigkeit kann Schäden an der Umwelt sowie mögliche rechtliche Haftungen reduzieren. Obwohl die Regelung (23) der Ghanaischen Umweltprüfungsverordnung (1999) Bergbautreibende dazu verpflichtet Rekultivierungspläne vorzulegen, bleiben viele Bergbauflächen nichtrekultiviert. Auch in den Fällen, in denen Bergbauunternehmen Rekultivierungsversuche durchführten, blieb der Erfolg aufgrund von Fehlern bei der Umsetzung von Rekultivierungspraktiken zur Hangstabilisierung und Substratverbesserung aus. Diese Studie untersucht (a) biologische Geotextilien für den Erosionsschutz und (b) Auswirkungen organischer Bodenverbesserungsmittel auf das Baumwachstum und die Bodenvegetationsbedeckung. Auf einer Abraumhalde der Amoma-Grube wurde im Rahmen des Newmont Ghana Gold Limited Ahafo-South Projekts ein Hang mit einer Neigung von 33% mit einer 70 cm mächtigen Lage aus Unterbodenmaterial bedeckt. Für die erste Fragestellung wurden zwei biologische Geotextilien (Matten aus Elefantengras sowie „York“-Matten) und eine Kontrollvariante mit unbedeckter Bodenoberfläche in einem randomisierten Blockversuch mit je zwei Wiederholungen der beiden Matten eingesetzt. Die Erosionsschutzwirkung der Matten wurde in Prozent des Gesamtsedimentabtrags ausgedrückt. Die Ergebnisse zeigten, dass sowohl die Elefantengrasmatten als auch die York-Matten den Bodenabtrag signifikant (p < 0,05) um jeweils 56,6% bzw. 97,3% im Vergleich zur Kontrolle reduzierten. Die Matten schützten den Haldenhang vor Erosion und erlaubten die Entwicklung und das Durchwachsen der Vegetation. Zwei Versuchsflächen (24 x 15 m) wurden auf der Abraumhalde für die zweite Fragestellung eingerichtet. Auf ihnen wurde Mist (23 t ha-1) ausgebracht und eine Kontrollvariante (ohne Mist) etabliert sowie Kuhbohnen (Vigna unguiculata) ausgesät und Setzlinge von fünf Waldbaumarten gepflanzt. Die Laserpunkt-Quadrat-Methode wurde genutzt, um den Deckungsgrad der Bodenvegetation zu schätzen und Erosionserscheinungen wurden visuell beobachtet. Durchmesser und Höhe der Bäume wurden gemessen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Mistzufuhr einen signifikanten positiven Einfluss auf Baumwachstum und Bodenvegetation hatte und damit zur Bodenstabilisierung beitrug. Der Mist stellte N bereit, um das N-Defizit des Unterbodenmaterials auszugleichen und erhöhte den Gehalt an organischer Bodensubstanz, was die mikrobielle Aktivität und die Mineralisation förderte. Die Studie zeigt den Bedarf für geeignete Rekultivierungsmaßnahmen für den Umweltschutz und zur Sicherstellung einer erfolgreichen Bergbaurekultivierung in Ghana. Damit wird ein verantwortlicher Bergbau gefördert sowie die Akzeptanz in der ghanaischen Bevölkerung für den Bergbau als eine nachhaltig Landnutzung und weniger als ein Fluch unterstützt. KW - Best reclamation management KW - Composted sewage sludge KW - Ecosystem restoration KW - Land reclamation KW - Mining operation KW - Bergbau KW - Bewährte Methoden für das Management der Rückgewinnung KW - Kompostierter Klärschlamm KW - Wiederherstellung von Ökosystemen KW - Landrückgewinnung KW - Ghana KW - Tagebau KW - Rekultivierung KW - Geotextilien Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-49670 ER - TY - THES A1 - Gypser, Stella T1 - Ökophysiologischer Vergleich von biologischen Bodenkrustentypen an den ehemaligen Tagebaustandorten Schlabendorf und Welzow „Neuer Lugteich“ T1 - Ecophysiological comparison of types of biological soil crusts on post-mining sites Schlabendorf and Welzow „Neuer Lugteich“ N2 - In der Praxis der Braunkohlegewinnung im Lausitzer Tagebaurevier werden natürlich gewachsene Böden in den betroffenen Gebieten zerstört. In der Folge entwickeln sich aus den verkippten Substraten nährstoffarme Rohböden, auf deren Oberflächen als erste Pioniere zumeist Grünalgen, Moose, Flechten und Bakterien siedeln, welche die obersten Bodenpartikel vernetzen und so biologische Bodenkrusten ausbilden. Diese Biokrusten stabilisieren die durch spärliche Vegetation gekennzeichneten Rekultivierungsflächen, wirken erosionshemmend und beeinflussen die Hydrologie und Wasserumverteilung der oberen Bodenschicht. Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung von unterschiedlichen Sukzessionsstadien von Biokrusten auf zwei Rekultivierungsflächen der Bergbaufolgelandschaft in der Niederlausitz, die durch unterschiedliche Substrateigenschaften, Topographie und Rekultivierungszeiten gekennzeichnet sind. Auf einer künstlichen Sanddüne und einer tertiären Fläche wurden Krustentypen hinsichtlich einer divergenten Artenausprägung und den damit verbundenen funktionellen Eigenschaften untersucht. Parameter der Photosynthese wurden hinsichtlich ihrer Bedeutung für die Charakterisierung und Funktion der Biokrusten analysiert. Des Weiteren wurde der Einfluss der Biokrusten auf den Kohlenstoff- und Stickstoffhaushalt der Böden untersucht. Zuletzt sollte festgestellt werden, ob und wie die kleinräumige Mosaikstruktur der Biokrusten die Hydrologie sowie Funktion und Aktivität der Krustenorganismen beeinflusst. In Bezug auf die Artenzusammensetzung der Bodenkrusten konnten auf beiden Standorten Übereinstimmungen als auch Unterschiede festgestellt werden, da es sich bei allen Organismen um ubiquitäre Arten handelte. Auf beiden Standorten fanden sich die Grünalgen Zygogonium und Ulothrix, die Moose Ceratodon und Polytrichum sowie Flechten der Gattung Cladonia. In Schlabendorf wurde aufgrund der längeren Rekultivierungszeit bereits eine höhere Artendichte festgestellt. Das betraf besonders Arten der Flechtengattung Cladonia. Eine standortspezifische Präferenz hinsichtlich des Substrates oder der naturräumlichen Gegebenheiten nicht festgestellt werden konnte. Die Auswertung der ökophysiologischen Parameter ergab einen Anstieg der Chlorophyllgehalte, des Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), der Chlorophyllfluoreszenz sowie der Netto-Photosyntheseraten mit fortschreitender Krustenentwicklung. Der Anstieg der Photosynthese-relevanten Parameter verlief aufgrund der heterogenen Verteilung der Organismen zwischen den Biokrusten des gleichen Sukzessionsstadiums nur in frühen Stadien linear. Die höchste photosynthetische Aktivität wurde bei den Moos-Krusten festgestellt, gefolgt von den Grünalgen-Krusten und den Flechten-Krusten. Das Verhältnis von Brutto-Photosynthese zu Respiration lies den Schluss zu, dass die CO2-Fixierungsrate in den Flechten-Krusten aufgrund der mycobiontischen Respiration niedriger ausfiel. Die Infiltration in den Krusten wurde durch das Vernetzen von Sandpartikeln durch Grünalgen-Filamente und den Verschluss der Porenräume gehemmt. Die Wasserspeicherkapazität nahm jedoch aufgrund des organischen Materials zu. Das Auftreten von Moosen förderte hingegen die Infiltration und verringerte die Wasserhaltekapazität, da Rhizoide das Substrat auflockerten bzw. sich präferentielle Fließwege bildeten. Die C- und N-Gehalte der Krusten nahmen durch den Zuwachs der organischen Biomasse bei fortschreitender Entwicklung zu. N2 - In the practice of brown-coal or lignite mining in the Lusatian open-cast mining district, naturally grown soils were destroyed in affected areas. As a result, nutrient poor initial soils were developed from the excavated and dumped material. The new soil surface is mainly colonized by green algae, mosses, liver mosses, lichens and bacteria, which cross-linked the uppermost soil particles and developed biological soil crusts. Biological soil crusts stabilize the soil surface in reclaimed areas, which are characterized by sparse vegetation cover, reduced soil erosion, and influence hydrology and water redistribution on the uppermost soil layer. The aim of this work was the investigation of biocrust types on two reclamation sites with different substrate properties, topography and reclamation time. On an artificial sand dune and on tertiary substrate the soil crust types were investigated regarding their species composition and functional characteristics. Parameters of photosynthesis and their relevance for the functions and characterization of biocrusts were analyzed. Further, the influence of biocrusts on the carbon- and nitrogen budget on the soils was investigated. Last but not least it was determined, if and how the small-scale pattern formation of the biocrusts influenced hydrology as well as function and activity of the biocrust organisms. Regarding the species composition of the biocrusts, similarities as well as variations were detected on both study sites. All determined crust species were ubiquitous organisms. On both sites, the green algae Zygogonium and Ulothrix, the mosses Ceratodon and Polytrichum as well as lichens of the genus Cladonia were found. As a result of the longer reclamation time, a higher amount of lichens of the genus Cladonia was observed. Even various species of the same genus occurred in community, whereby a site-specific preference regarding the substrate or topography was not detected. The evaluation of the ecophysiological parameters showed an increase of the chlorophyll content, Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), chlorophyll fluorescence as well as net-photosynthesis with the succession of biocrusts. The increase of the photosynthesis-relevant parameters was only linear in the early succession stages as a result of the highly heterogenic distribution of the different soil crust organisms between biocrusts of similar developmental stages. The highest photosynthetic activity was detected in the moss-dominated biocrusts, followed by the activity of green-algae-dominated biocrusts and lichen-dominated biocrusts. The ratio of gross photosynthesis to respiration reasoned that the CO2-fixation rate of lichen-dominated biocrusts was lower compared to green algae-dominated biocrusts due to mycobiontic respiration. Infiltration decreased due to pore clogging as a result of the cross-linking of sand particles by green algae filaments. However, the water holding capacity increased with the increase of organic material. In contrast, the occurrence of mosses promoted the infiltration and lowered the water holding capacity, because the rhizoids slightly loosened the substrate and created preferential flow path, respectively. The carbon- and nitrogen content of the biocrusts increased with proceeding biocrust development due to the gain of organic biomass. Developed biocrusts showed already a nitrogen cycle of a developed ecosystem, whereby the gain of biomass led to an increasing nitrogen-content in the subjacent substrate due to nitrification. KW - Biologische Bodenkrusten KW - Chlorophyllfluoreszenz KW - NDVI KW - CO2 Gaswechsel KW - Wasserhaltekapazität KW - Biocrusts KW - Chlorophyll fluorescence KW - NDVI KW - CO2 exchange KW - Water holding capacity KW - Rekultivierung KW - Bodenökologie KW - Autökologie KW - Hydrologie Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-41412 ER - TY - THES A1 - Nawdiyal, Manish T1 - Effect of mining on regional climate T1 - Auswirkungen des Tagebaus in der Lausitz auf das regionale Klima N2 - Intensive coal mining over the region of Lusatia covers a large area in southern Brandenburg and Saxony. Post mining this region has been filled with water resulting in lake formation. People living in the vicinity of mining area believe that the lake formation will increase convective precipitation in the neighboring area which shall lead to weathering of their structures. This was the prime reason to investigate the Lusatia region. The study about the impact of lake was carried out using data and CCLM simulation analyses. For data analysis, stations Senftenberg, Cottbus and Elsterheide-Geierswalde were selected. For the analysis, six 10 years running time series, CPDF were analyzed for all the three stations. Last three time series included the period of lake formation at station Elsterheide-Geierswalde. The CPDF time series showed little deviation for station Elsterheide-Geierswalde as compared to that for other two stations during lake formation periods. But in absence of parameters (temperature, wind data) data analysis was inconclusive. To observe effect of LULC (Land use and land cover) change on precipitation, three different simulations have been carried out, 1. VAT010: This simulation represents the potential vegetation of the whole domain. This describes the pre mining stage of the area when there was no mining. 2. VAT020: This simulation represents the introduction of lake points in the model domain. This describes the situation of area post mining, when lakes are formed. N2 - Intensiver Übertagekohleabbau in der Lausitz erstreckt sich über eine große Region in Südbrandenburg und Sachsen. Ehemalige Tagebaue werden mit Wasser geflutet, so dass an ihrer Stelle Seen entstehen. Die Menschen, die in der Umgebung der Tagebaue leben, glauben, dass die neu entstandenen Seen den konvektiven Niederschlag in dieser Region erhöhen und dadurch die Witterungseinflüsse z. B. auf ihre Gebäude zunehmen. Dies war der Hauptgrund dafür, die Region der Lausitz zu untersuchen. Die vorliegende Studie zum Einfluss der Tagebauseen wurde mithilfe von Daten meteorologischer Messstationen und eines Klimamodells, dem CCLM, durchgeführt. Die Analyse der Stationsdaten beruht auf den Stationen Senftenberg, Cottbus und Elsterheide-Geierswalde. Für alle drei Stationen wurden sechs 10-Jahreszeitreihen und die dazugehörigen CPDFs analysiert. Die letzten drei Zeitreihen beinhalten die Zeitperiode, in der die Seen in der Nähe der Station Elsterheide-Geierswalde entstanden sind. Die CPDF der Station Elsterheide-Geierswalde zeigt nur geringe Abweichungen im Vergleich zu den CPDFs der anderen beiden Stationen im gleichen Zeitraum. Da jedoch Stationsdaten wie Temperatur und Wind für die Analyse nicht zur Verfügung standen, sind die Ergebnisse nicht aussagekräftig. Um die Auswirkungen der Landnutzungs- und Landbedeckungsänderungen auf den Niederschlag zu untersuchen, wurden drei verschiedene Simulationen mit dem regionalen Klimamodell CCLM durchgeführt: 1. VAT010: Diese Simulation repräsentiert die potentielle Vegetation in der modellierten Region. Damit beschreibt sie die Situation vor dem Beginn des Kohletagebaus. 2. VAT020: Diese Simulation beinhaltet eine Vegetation, die dahingehend geändert wurde, dass sich Wasser an der Stelle, an der die Tagebauseen entstanden sind, befindet. Das ist der Zustand nach dem Ende des Kohleabbaus. 3. VAT030: Diese dritte Simulation repräsentiert die Zeit während des Kohleabbaus, also ohne jegliche Vegetation im Bereich der Tagebaue. Werden die Simulationen VAT020 und VAT010 miteinander verglichen, so ergibt sich ein leichter Anstieg des Niederschlags über den See-Gitterpunkten im Sommer und im Frühherbst. Diese Änderung wird durch Faktoren wie die Bodenrauhigkeit, die Westwinde, einem kleinen Bowen-Verhältnis und der Wärmekapazität des Sees erklärt. Auf Basis der Analysen und Ergebnisse wird die Schlussfolgerung gezogen, dass die Tagebauseen in der Lausitz keinen Einfluss auf den konvektiven Niederschlag und die Umgebung der Seen haben. KW - Mining effect KW - Regional climate KW - CCLM simulation KW - Data analysis KW - Bergbautätigkeit KW - Regionales Klima KW - CCLM-Simulation KW - Datenanalyse KW - Lausitz KW - Braunkohlenrevier KW - Rekultivierung KW - Klimaanalyse Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-34631 ER - TY - THES A1 - Lemmnitz, Christine T1 - Charakteristik der Benetzungshemmung quartärer und tertiärer Substrate – Räumliche und zeitliche Variabilität, Schlüsselfaktoren für die Ausbildung und Eingang in die hydrologische Modellierung T1 - Characteristics of soil water repellency of quaternary and tertiary sandy substrates - Spatial and temporal variations, key factors and implementation into hydrological modeling N2 - Im Rahmen dieser Arbeit erfolgte die Untersuchung quartärer und tertiärer sandiger Substrate im rekultivierten Bereich des Tagebaus Welzow-Süd im Lausitzer Braunkohlerevier über einen Zeitraum von 28 Monaten. Die Substrate und Substratmischungen wurden auf ihre Benetzungseigenschaften sowohl im Hinblick auf die räumliche Heterogenität und zeitliche Variabilität als auch in Abhängigkeit von Art und Gehalt an organischer Substanz untersucht. Die Bewertung der Benetzungseigenschaften erfolgte mittels Kontaktwinkelmessungen und WDPT-Test in Freiland und Laborstudien. Während die quartären Substrate im gesamten Untersuchungszeitraum durchgehend gut benetzbar waren und als hydrophil eingestuft wurden, wiesen die untersuchten tertiären Sande im feldfeuchten Zustand zum Teil extreme Benetzungshemmung auf. Wie die vorliegende Untersuchung bestätigt, wurde nachgewiesen, dass trotz kleiner gemessener Kontaktwinkel eine ausgeprägte Benetzungshemmung vorliegen kann. Die untersuchten tertiären Substrate sind durch eine hohe horizontale und vertikale räumliche Heterogenität der Benetzungseigenschaften gekennzeichnet. Am oberen Hangbereich und auf den Kuppenbereichen lag überwiegend starke Benetzungshemmung vor. Durch den daraus resultierenden Oberflächenabfluss verbunden mit Substratverlagerung wurden zum Teil erhebliche Reliefänderungen, resultierend in einer ausgeprägten Kuppen- und Rinnenstruktur, beobachtet. Zudem wiesen die tertiären Substrate ein zeitlich stark differenziertes Benetzungsverhalten auf. Während im Winter und im Frühjahr überwiegend eine gute Benetzbarkeit des Substrats bestand, lag im Sommer und im Herbst zum Teil erheblich ausgeprägte Benetzungshemmung vor. Die zeitliche Variabilität der Benetzungseigenschaften des tertiären Substrats wird maßgeblich durch die Luft- und Bodentemperaturen sowie einen kritischen Bodenwassergehalt von 2 Masse-% beeinflusst. Des Weiteren konnten Abhängigkeiten zwischen schwach oder mäßig ausgeprägter Benetzungshemmung und der Niederschlagsmenge nachgewiesen werden. Je höher die Niederschlagsmenge, desto schwächer war die Benetzungshemmung ausgeprägt. Bei vorliegender starker Benetzungshemmung des tertiären Substrats erfolgten Änderungen im Benetzungsverhalten hingegen vor allem durch langanhaltende Niederschlagsereignisse oder Niederschlagsereignisse hoher Intensität. Die Zugabe organischer Substanz verschiedener Art und Herkunft führte in allen Fällen zur Induzierung von Benetzungshemmung. Sowohl in den Freiland- als auch in den Laborversuchen wurde mit steigendem Gehalt an organischem Kohlenstoff eine stärker ausgeprägte Benetzungshemmung nachgewiesen. Für die untersuchten Substrate konnte ein kritischer Wert von 0,25 % organischen Kohlenstoffs ermittelt werden, unterhalb dessen vorwiegend Benetzbarkeit der Substrate vorlag. Als Haupteinflussparameter für die Ausbildung der Benetzungseigenschaften des tertiären Substrats wurden die Parameter Globalstrahlung und Lufttemperatur sowie der Bodenwassergehalt mittels multivariater statistischer Methoden identifiziert. Ein konzeptioneller Ansatz zur Implementierung des Parameters Benetzungshemmung in die hydrologische Modellierung ermöglicht mittels meteorologischer und bodenphysikalischer Parameter die exemplarische Zuordnung von tertiären Substratproben in Gruppen mit hydrophilen, mäßig benetzungsgehemmten und sehr stark benetzungsgehemmten Eigenschaften ohne direkte Messung der Benetzungshemmung. Der integrierte Versuchsansatz zur in situ Charakterisierung der Benetzungseigenschaften verschiedener Substrate und Substratmischungen im Freiland und ergänzender Laborstudien ermöglicht eine verbesserte Analyse der pedologischen und hydrologischen Prozesse der „critical zone“. Erstmalig wurde im Rahmen der vorliegenden Dissertation anhand meteorologischer Parameter und dem Bodenwassergehalt eine Zuordnung von Benetzungseigenschaften durchgeführt. Die im Rahmen der vorliegenden Datenanalyse gewonnenen Erkenntnisse hinsichtlich der die Benetzungshemmung beeinflussenden Parameter bieten einen konzeptionellen Ansatz zur qualitativen Weiterentwicklung mathematischer Prozessmodelle der Abflussbildung. Die vorliegende Studie ermöglicht eine Abschätzung der vorliegenden Benetzungseigenschaften anhand meteorologischer Parameter sowie kritischer Werte für den Bodenwassergehalt und den Gehalt an organischem Kohlenstoff. Durch die Einbindung in hydrologische und Erosionsmodelle wird damit im Weiteren die Möglichkeit gegeben, Oberflächenabflüsse und Bodenabträge von benetzungsgehemmten Flächen zu prognostizieren. Vor dem Hintergrund veränderter Niederschlagsmuster mit einer Häufung meteorologischer Extremereignisse ist eine Einstufung der Bodensubstrate in Gefährdungsklassen zweckmäßig, da die Ausbildung von Benetzungshemmung vor allem unter trockenen und warmen Bedingungen begünstigt wird. Somit kann ein Instrument geschaffen werden, um Bodendegradierung als Folge von Benetzungshemmung wirksam vorzubeugen. N2 - Water repellency of quaternary and tertiary sandy substrates was investigated in the present study over a period of 28 months. Spatial heterogeneity and seasonal variability of the soil water repellency as well as their dependence on their content and kind of soil organic matter were investigated at the study area “Neuer Lugteich” situated in the recultivation area of the open pit lignite mine Welzow-Süd. Quaternary substrates remained wettable during the whole study period while extreme water repellency was partially shown by the tertiary substrates in field moist state. As presented here extreme water repellency can be found in soils in spite of small contact angles measured. The WDPT tests showed a differing result but were strongly correlated to the contact angle measurements. Thus, in order to prevent underestimation failures in assessing soil water repellency it is recommended to apply several methods for the assessment of soil water repellency. The tertiary substrate exhibited a differing soil water repellency depending on the season. Wettable conditions were predominating during winter and spring season, whereas prevailing repellency was present during summer and autumn, distinctly controlled by soil and air temperatures as well as a critical soil water content. Temporal changes in soil water repellency are ascribed to antecedent rainfall. Furthermore, the tertiary substrate was characterized by high horizontal and vertical spatial variability of soil water repellency. At the top areas and top of the hillslope strong soil water repellency was prevailing. In addition, the resulting increased surface runoff generation and related soil erosion led to the formation of a complex drainage network by erosion rills. No or weak correlation was detected between soil water repellency and soil organic carbon content. The application of organic matter of different origin induced soil water repellency in all cases. Increasing soil water repellency was connected with increasing organic carbon content in the field as well as in the laboratory studies. A critical content of 0.25 % organic carbon was determined for the studied substrates, corresponding with the critical soil water content. Global radiation, air temperature and soil water content were identified as main contributing factors on the development of soil water repellency by multivariate statistical analysis. The allocation of samples of the tertiary substrate into groups of different grades of repellency (hydrophilic, moderate and extreme water repellency) was possible by means of meteorological and soil physical parameters due to statistical data analysis. Thus, soil water repellency can be implemented into hydrological modeling without direct measuring the water repellency. The integrated experiment on in situ characterization of water repellency of different substrates in field and laboratory studies allows for an enhanced process analysis. Based on the findings of the present study, the actual status of soil water repellency has been qualitatively assessed by critical contents of soil water and soil organic carbon as well as meteorological parameters for the first time. With regard to changing precipitation patterns combined with an increase in meteorological extremes contributing to soil water repellency this study provides the feasibility to assess indirectly actual water repellency of substrates and soils. Moreover, it allows the assessment of soil surface runoff and soil losses enhanced by soil water repellency due to implementing soil water repellency into hydrological and erosion models. Therefore, a classification in risk classes referring to soil water repellency is possible. KW - Hydrophobicity KW - Soil water repellency KW - Surface runoff generation KW - Erosion KW - Reclaimed mining area KW - Benetzungshemmung KW - Hydrophobie KW - Oberflächenabfluss KW - Erosion KW - Rekultivierung KW - Hydrophobie KW - Wiedervernässung KW - Erosion Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-34602 ER - TY - RPRT A1 - Hüttl, Reinhard F. A1 - Kögel-Knabner, Ingrid A1 - Schulin, Rainer A1 - Gerwin, Werner T1 - Structures and processes of the initial ecosystem development phase in an artificial water catchment (Final report CRC/TR 38) N2 - Objective of the Transregional Collaborative Research Centre (CRC/TR) 38 was the study of structures and processes of the initial ecosystem development. It was assumed that the initial phase is characterized by less structured and therefore less heterogeneous ecosystems. Thus, analysis of young ecosystems in their initial stages should provide better insights into ecosystem functioning. Following this basic concept, the idea of the CRC/TR 38 was to analyze the establishment of new structures and processes which lead to a growing structuring and in consequence to a growing complexity and heterogeneity in an artificially created watershed. Further, with the help of this step-by-step development of the ecosystem it was aimed to learn from occurring feedbacks, which appear between old and newly emerging structures and patterns in order to better understand also the behavior of more mature systems. Special emphasis was placed on the spatial and temporal dynamics of both evolving structures and related processes and their interactions. In summary, the CRC/TR 38 was able to identify a number of structures and processes that are considered to be relevant and specific for young systems. N2 - Ziel des Sonderforschungsbereichs/Transregio (SFB/TRR) 38 war die Untersuchung von Strukturen und Prozessen der initialen Ökosystemgenese. Es wurde angenommen, dass die initiale Entwicklungsphase durch geringere Strukturierung und damit durch eine geringere Heterogenität der Ökosysteme gekennzeichnet ist. Entsprechend sollte die Untersuchung von Ökosystemen in ihrer initialen Entwicklungsphase verbesserte Erkenntnisse zur Funktion von Ökosystemen bieten. Diesem Konzept folgend untersuchte der SFB/TRR 38 in einem künstlichen Wassereinzugsgebiet die Entwicklung von neuen Strukturen und Prozessen, die zu einer zunehmenden Strukturierung und damit zu einer zunehmenden Heterogenität führte. Weiterhin war beabsichtigt, mit Hilfe der schrittweisen Entwicklung des Ökosystems auftretende Rückkopplungsprozesse zwischen alten und sich neu etablierenden Strukturen und Mustern zu erkennen und damit auch das Verständnis der Funktionsweise gereifter Ökosysteme zu verbessern. Besonderes Augenmerk wurde auf die zeitliche und räumliche Dynamik sowohl der sich entwickelnden Strukturen als auch der damit verbundenen Prozesse und ihrer Interaktionen gelegt. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass der SFB/TRR 38 in der Lage war, zahlreiche Strukturen und Prozesse zu identifizieren, die als relevant und spezifisch für junge Ökosysteme betrachtet werden können. T3 - Ecosystem development - 4 KW - Welzow KW - Braunkohlentagebau KW - Rekultivierung KW - Wasserherkunftsgebiet KW - Ökosystem KW - Ökosystem KW - Ökologie KW - Bodenkunde KW - Hydrologie KW - Limnologie KW - Ecosystem KW - Ecology KW - Soil science KW - Hydrology KW - Freshwater science Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-28658 SN - 1867-7800 ER - TY - RPRT A1 - Elmer, Michael A1 - Schaaf, Wolfgang A1 - Biemelt, Detlef A1 - Gerwin, Werner A1 - Hüttl, Reinhard F. T1 - The artificial catchment 'Chicken Creek' - initial ecosystem development 2005-2010 N2 - This volume summarizes the monitoring activities and results at the ‘Chicken Creek’ catchment for the period 2005 to 2010. The development in all ecosystem compartments is assessed, classified, and compared to more mature systems with regard to functional relevance and succession stage. In a final synopsis, the whole catchment is evaluated with regard to ecosystem development and an outlook is given on the expected trends both in the short and the medium term. N2 - In diesem Band werden die Dauerbeobachtungen und ihre Ergebnisse im Einzugsgebiet "Hühnerwasser" im Zeitraum 2005 bis 2010 zusammengefasst. Die Entwicklung aller Ökosystemkompartimente wird abgeschätzt, eingeordnet und mit weiter entwickelten Systemen hinsichtlich funktioneller Relevanz und Sukzessionszustand verglichen. In einer abschließenden Zusammenfassung wird die ökosystemare Entwicklung des Gesamteinzugsgebietes bewertet und ein Ausblick auf die erwarteten kurz- und mittelfristigen Trends gegeben. T3 - Ecosystem development - 3 KW - Welzow KW - Braunkohlentagebau KW - Rekultivierung KW - Wassereinzugsgebiet KW - Ökosystem KW - Ökosystem KW - Künstliches Wassereinzugsgebiet KW - Hühnerwasser KW - Monitoring KW - Ecosystem KW - Artificial catchment KW - Chicken Creek KW - Monitoring Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-23730 SN - 1867-7800 ER - TY - RPRT A1 - Schaaf, Wolfgang A1 - Biemelt, Detlef A1 - Hüttl, Reinhard, F. T1 - Initial development of the artificial catchment 'Chicken Creek' - monitoring program and survey 2005-2008 N2 - This report introduces the monitoring installations of the artificial catchment 'Chicken Creek' and summarizes results of the measurement in the period 2005-2008, covering various aspects and compartments from meteorology and hydrology, soil and soil solution chemistry, vegetation and soil fauna to limnology and surface patternsfor the period 2005 to 2008. This volume is the beginning of a series with results of the ongoing Chicken Creek monitoring program. N2 - Dieser Bericht beschreibt die Monitoringeinrichtungen des künstlichen Wassereinzugsgebietes "Hühnerwasser" und fasst die Ergebnisse der Untersuchungen in den Jahren 2005 bis 2008 für die Meteorologie und Hydrologie, den Boden, die Bodenlösungschemie, die Vegetation und Bodenfauna, bis hin zur Limnologie und zu Oberflächenformen zusammen. Dieser Band ist der Beginn einer Reihe mit Ergebnissen des laufenden Monitoringprogramms im Einzugsgebiet Hühnerwasser. T3 - Ecosystem development - 2 KW - Welzow KW - Braunkohlentagebau KW - Rekultivierung KW - Wassereinzugsgebiet KW - Ökosystem KW - Ökosystem KW - Künstliches Wassereinzugsgebiet KW - Hühnerwasser KW - Monitoring KW - Ecosystem KW - Artificial catchment KW - Chicken Creek KW - Monitoring Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-20732 SN - 1867-7800 ER - TY - RPRT A1 - Gerwin, Werner A1 - Schaaf, Wolfgang A1 - Biemelt, Detlef A1 - Elmer, Michael A1 - Maurer, Thomas A1 - Schneider, Anna T1 - The Artificial catchment 'Hühnerwasser' (Chicken Creek): construction and initial properties N2 - In this first volume of the series ‘Ecosystem Development’, the geographic situation of the artificial catchment 'Chicken Creek', its construction and fundamental structures, as well as an outline of the comprehensive monitoring program are introduced. Established in autumn 2005 thanks to financial support from the Brandenburg University of Technology and the State of Brandenburg itself, the monitoring program was set up in order to document the highly dynamic development of this initial-phase system and describe the newly emerging structures both qualitatively and quantitatively. The data provided by the central monitoring project can also be used as the fundamental basis for a number of other scientific projects. The objective of this series is to document this important research site, including the changes occurring during the ongoing initial stages of ecosystem development. Whereas this volume presents the site itself and the general concept of the monitoring investigations, the following volumes in the series will present the results gathered during each phase of the investigative period. N2 - In diesem ersten Band der Schriftenreihe "Ecosystem Development" werden die geographische Situation, der Bau und grundlegende Strukturen sowie das umfassende Monitoringprogramm im künstlichen Wassereinzugsgebiet "Hühnerwasser" vorgestellt. Im Herbst 2005 konnte mit finanzieller Unterstützung durch die BTU Cottbus und das Land Brandenburg das Monitoringprogramm eingerichtet werden, um die hoch dynamischen Entwicklungen dieses initialen Systems zu dokumentieren und die sich neu entwickelnden Strukturen sowohl qualitativ wie auch quantitativ zu beschreiben. Die durch das zentrale Monitoring gewonnenen Daten können als grundlegende Basis für zahlreiche wissenschaftliche Projekte genutzt werden. Das Ziel dieser Schriftenreihe ist die Dokumentation dieses wichtigen Forschungsgeländes mit seinen Veränderungen während der andauernden Initialphase der Ökosystementwicklung. Während dieser Band die Fläche selbst und das generelle Konzept der Monitoringuntersuchungen vorstellt, befassen sich die folgenden Bände der Reihe mit den Ergebnissen verschiedener Untersuchungszeiträume. T3 - Ecosystem development - 1 KW - Welzow KW - Braunkohlentagebau KW - Rekultivierung KW - Wassereinzugsgebiet KW - Ökosystem KW - Ökosystem KW - Künstliches Wassereinzugsgebiet KW - Hühnerwasser KW - Ecosystem KW - Artificial catchment KW - Chicken Creek Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-20725 SN - 1867-7800 ER -