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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.
With regard to the depletion of global phosphorus reserves and with the aim of ensuring sustainable soil fertility on agricultural soils, a fundamental understanding of mechanisms of fixation and mobilization of inorganic phosphorus in soils is required. Amongst others, phosphorus availability is affected by ad- and desorption reactions on pedogenic Fe- and Al-hydroxide surfaces. The characterization of phosphate binding on those contrasting mineral surfaces can help to find solutions for enhancing the mobilization of fertilized but not available soil inorganic phosphate. Fourier-transform infrared spectroscopic experiments were carried out during phosphorus adsorption on crystalline gibbsite, poorly crystalline 2-line-ferrihydrite and amorphous Fe:Al-hydroxide mixtures. Desorption experiments with CaCl₂, CaSO₄, citric acid (C₆H₈O₇), and humic acid (C₉H₉NO₆) were conducted to determine the capacity of phosphate fixation and mobilization in short- and long-term. Additionally, phosphorus release from the Fe- and Ca-phosphates vivianite and hydroxyapatite were analyzed.
For gibbsite, the formation of AlHPO₄ and Al₂HPO₄ can be assumed, while for ferrihydrite, a FeHPO₄ or Fe₂PO₄ complex and the precipitation of FePO₄ with longer equilibration time were observed. Fe₂HPO₄ or a Fe₂PO₄ surface complex was deduced for amorphous Fe-hydroxides, an AlH₂PO₄ surface complex was identified for Al-hydroxides. The weakly associated amorphous FeO(OH) molecules enhance the precipitation of FePO₄. With high Al content, a weaker phosphate binding of both inner- and outer-sphere complexes and either no or minor quantities of precipitate were formed. Ferrihydrite showed a more rigid structure and a lower extent of precipitation compared to amorphous Fe-hydroxide. The cumulative phosphorus desorption followed the order CaCl₂ < CaSO₄ < humic acid < citric acid for crystalline and amorphous Fe- and Al-hydroxides as well for vivianite and hydroxyapatite. While inorganic anion exchange took part at easily available binding sites and fast exchangeable phosphorus, organic acids additionally affect the more heavily available binding sites and slow exchangeable phosphorus. For humic acid, the accumulation of metal-organic complexes in the desorption solution was suggested, whereas for citric acid the dissolution of the minerals was maintained. The cumulative release rates of the Flow-Through-Reactor setup were higher compared to batch due to a short residence time and a continuous concentration gradient. This could lead either to an over- or underestimation of the available phosphorus pools and influenced the comparability of both methods.