55 Geowissenschaften, Geologie
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Mit der vorliegenden Arbeit wurden die wesentlichen abiotischen Parameter, Prozesse und Strukturen in den Donauauen zwischen Neuburg und Ingolstadt und dem hier als Umgehungsgewässer angelegten Ottheinrichbach erfasst. Ziel war es, die Hydro- und Morphodynamik in Fluss und Aue, ausgelöst durch die umgesetzten Renaturierungs-maßnahmen, zu untersuchen. Hierzu wurde eine Kombination aus unterschiedlichen Methoden gewählt, um die raum-zeitlichen Veränderungen am Fließgewässer umfassend zu dokumentieren.
Detailbetrachtungen von Datenreihen lieferten die Erkenntnis, dass der Pegelstand nach Erreichen eines mehr oder weniger konstanten Höchststandes aufgrund der maximal zur Verfügung stehenden Ausleitungsmenge von 30 m3/s Wassermenge unabhängig von der Dauer einer ÖF nicht mehr weiter zunimmt. Weiter konnten Unterschiede zwischen einem natürlichen Hochwasser und einer gesteuerten Flutung gezeigt werden. Die Ausbreitung der Flutungsflächen wird dabei durch Rückstauprozesse entscheidend beeinflusst. Die Ausdehnung der tatsächlich überfluteten kartierten Bereiche bleibt dabei jedoch deutlich hinter den über Modelle prognostizierten Überschwemmungsflächen zurück. Insgesamt hat sich durch die Renaturierung die Fläche, die bei Hochwasserereignissen überflutet wird, deutlich vergrößert und eine Verbesserung hin zu hydrodynamischen Standortverhältnissen konnte erreicht werden.
Über verschiedene morphologische Untersuchungen konnten eine Differenzierung bestehender und eine Entwicklung von neuen Habitaten festgestellt werden. Die Auswertungen der Querprofilvermessungen verdeutlichen eine sehr unterschiedliche „Entwicklungsfreudigkeit“ an den einzelnen Standorten. Gestützt wird diese Erkenntnis auch durch die Ergebnisse der Vermessung mit einem terrestrischen Laserscanner. Damit konnten verschiedene Einzelprozesse herausgefiltert werden und eine Quantifizierung der Erosion- und Akkumulation vorgenommen werden. Bemerkenswert ist die für manche Standorte extrem schnelle Entwicklung von diversen Bankstrukturen, insbesondere im ersten Jahr der Beobachtung. Allgemeiner ausgedrückt kann von verschiedenen Aktivitätsphasen gesprochen werden, da das Flussbett infolge dynamisierter Abflüsse und Fließgeschwindigkeiten einer ständigen Veränderung unterliegt.
Die wichtigste Voraussetzung für ein funktionstüchtiges Fließgewässer wurde durch die Dynamisierungsmaßnahmen (Dotierung des Umgehungsbaches, Steuerung bei einer Ökologischen Flutung und Umsetzung der Grundwasserabsenkung) geschaffen und bleibt bestehen: Raum für eigendynamische Gewässerentwicklung.
Die Untersuchungsergebnisse des großen Freilandexperiments „Dynamisierung der Donauauen“ zeigen, wie stark die Prozesse, welche die Entwicklung der Donauauen maßgeblich mitbeeinflussen, von der Steuerung und Durchführung der einzelnen Dynamisierungsmaßnahmen abhängen. Die Entwicklungen laufen dabei mit ausgeprägten räumlichen und zeitlichen Unterschieden ab und dürfen nicht pauschalisiert auf das ganze Auensystem übertragen werden.
This doctoral thesis explores a paradigm of sustainable land use in the oases along the Tarim River of northwest China, where a fragile, semi-arid riparian ecosystem is being deteriorated by excessive land and water use for agriculture, in particular for the growing of cotton. This situation poses a grave threat not only to the natural Tugai vegetation in the area but also to the long-term sustainability of the region.
We explore the hypothesis that the species Apocynum pictum may act as a sustainable crop substitute for the region, thereby replacing the water-demanding and widely distributed cash crop, cotton. This idea is motivated by the former having a lower water demand, as well as a number of other traditional and modern uses. To substantiate this hypothesis, a multidisciplinary research scheme has been designed, permitting the analyses of both the ecological and socio-economic potentials of this plant, its potential benefits relative to cotton and a comprehensive analysis of its productivity, water demand and economic potentials. This analysis is divided into three distinct sections.
Biomass and nutrient analysis: Field investigations were conducted to sample biomass and map the spatial distribution of Apocynum pictum (abbreviated as A. pictum) at five selected sites. At each site, 3-5 plots were randomly selected and the point center quarter method, as outlined by Mueller-Dombois and Ellenberg (1974), was applied for biomass sampling. Concurrently, soil profiles were dug at each site so as to obtain soil samples from the various layers and electrical conductivity was measured as a mean of investigating soil salinity. These steps are essential for determining the physical and production basis for alternative land-use considerations.
The results obtained show that the total above-ground biomass ranges from 0.6 t/ha (Qongaral 1) to 1.25 t/ha (Xayar 1), and that the total below-ground biomass of A. pictum is at 11.25 ± 5.41 t/ha. The biomass of A. pictum, relatively moderate when compared to other steppe and desert ecosystems, reflects strains of soil and water conditions for plant growth in desert margins.
Evapotranspiration and water budget: Evapotranspiration (ET) is a key component of water balance and is closely linked to ecosystem productivity. Climate parameters were measured with mobile climate stations to calculate reference crop evapotranspiration (ET0) via the Penman-Monteith equation. Diurnal foliar transpiration and conductance were measured with a porometer to calculate canopy resistance. Leaf samples were photographed and analyzed for the leaf area index (LAI) in the study area so as to calculate crop evapotranspiration under standard conditions (ETc) and crop factors (Kc). Finally, the water consumptions of A. pictum and cotton were calculated and compared so as to identify which is better suited for dry environments.
The results show that cotton in this study attained a high yield compared to the world average, and at a rather low ETc. Among the three plants tested, A. pictum required the least amount of water during the vegetation season with 217.2 mm a year, while the Chinese red date came close second with 339 mm and cotton was least water-efficient with 524.7 mm, thus demonstrating the viability of A. pictum as an alternative with significant water-saving potential.
Economic analysis: Purposive sampling was used, with relevant participants in the study being approached by flow population and snowballing or chain sampling methods. The desired information was then obtained via a structured-questionnaire survey. Three natural resource management types of Apocynum were identified and a cost-revenue analysis was carried out for each.
The results show that all three types of institutional arrangements – open access, ranching and farming – are present in our study and at various levels. Apocynum costs 1083.35 Yuan/mu, generates 3267.63 Yuan/mu of revenue from raw materials and brings a profit of 2184 Yuan/mu – the highest among of all three cash crops compared.
We conclude that A. pictum offers opportunities for the restoration of vegetation in riparian ecosystems on salinized sites under the arid conditions of the Tarim Basin, while also serving as a viable land-use alternative to cotton for cash crop agriculture, as it may generate a certain income in the form of tea and fibers, as well as fodder for livestock.