Ökosystemanalyse

GELÄNDEPRAKTIKUM - SOMMERSEMESTER 2007

Das Geländepraktikum in der Lehrveranstaltung „Ökosystemanalyse“ findet im Raum Bad Iburg im Landkreis Osnabrück statt. Bad Iburg grenzt im Norden an den Teutoburger Wald an, in südlicher Richtung schließt sich das Münsterländer Kreidebecken an. Aufgrund kleinräumig sehr heterogener naturräumlicher Verhältnisse ist der Raum um Bad Iburg ideal für landschaftsökologische Analysen geeignet. 
Im Sommersemester 2007 standen die komplexe Standortanalyse und die flächenhafte differenzierte Nutzungskartierung im Vordergrund des Geländepraktikums. Im Folgenden werden Ergebnisse der Standortanalyse und der  Kartierung auszugsweise vorgestellt.

 

Komplexe Standortanalyse
Für die Standortanalysen erarbeiteten die Studierenden auf der Grundlage von Karten und Literatur eine flächig orientierte landschaftsökologische Differenzialanalyse, um die Vielfalt und Verbreitung der landschaftsökologischen Raumeinheiten auf dem Kartenblatt Bad Iburg zu erfassen. Diese Raumeinheiten wurden am ersten Geländetag von den Studierenden vorgestellt. Pro Gruppe wurden dann zwei Raumeinheiten ausgewählt, die nach einem für alle acht Gruppen einheitlichen Erfassungsschema und Untersuchungsdesign untersucht wurden (Abb. 1).

Abb. 1: Vorstellung der Standorte durch Studierende und Schema zur Standortwahl im Untersuchungsgebiet

Auszugsweise werden hier die Ergebnisse der Standortanalyse auf Binnendünen und in der Bachaue des Schlochterbaches am Bornbrink vorgestellt.


Standort Binnendüne
Der Standort Binnendüne liegt zwischen Bad Iburg und Glandorf an der B51. Unter Binnendünen versteht man Dünen im Bereich des ehemaligen nordmitteleuropäischen Vereisungsgebietes, also binnenländische Dünen, die unter periglazialen Bedingungen bzw. im frühen Postglazial entstanden sind (LESER, 1997). Sie sind vornehmlich auf Urstromtälern und Sandern verbreitet, werden aber auch auf benachbarte Grundmoränenplatten verweht.
Nach der Geomorphologischen Karte Blatt Bad Iburg handelt es sich bei unserem Dünengebiet um Sande aus dem Spätglazial/Holozän, also aus der Zeit von 13.000 bis 10.000 Jahren vor heute. Die Geomorphologische Übersichtskarte nach ZEPP (2003) kennzeichnet die ganze Region südlich der Schichtrippen des Teutoburger Waldes als Altmoränengebiet, welches aber lössbedeckt ist. Der Standort befindet sich folglich in einer Altmoränenlandschaft, die von der Weichseleiszeit nicht mehr überfahren, sondern periglazial überformt wurde. Aus dem Jungmoränengebiet wurde eine Altmoränenlandschaft als das Feinmaterial zum Beginn des Abtauens des Permafrosts verwaschen wurde und Feinsande, Schluffe und Tone durch oberflächlich abfließendes Schmelzwasser fortgeführt wurden. Ein Großteil des feinen Materials wurde bei nachlassendem Gefälle als Talsande abgelagert und Hohlformen des Glazialreliefs der Saaleeiszeit wurden verfüllt. Es handelt sich hierbei um den Prozess der Abluation (LIEDTKE, 2002). Später wurden diese feinen Ablagerungen durch äolische Prozesse weitertransportiert, da die offenen Flächen gute Angriffsflächen boten, sodass die Altmoränenlandschaft durch äolische Sedimente geprägt ist. Schluffe wurden dabei über größere Entfernungen verweht, während die Flugsande nicht so weit transportiert wurden und die Dünen bildeten. Anhand der Dünenform lassen sich heute noch Luv- und Lee-Seite erkennen, also die vorherrschende Windrichtung der damaligen Zeit herauslesen.

 

Boden
Die Böden auf Binnendünen entstehen auf sandigem Substrat, weswegen in der Regel hohe Quarzgehalte vorgefunden werden; der Boden ist auf Grund der groben Körnung sehr durchlässig und trocknet schnell aus. Unter dem Einfluss eines kalten bis gemäßigt-humiden Klimas sind Verwitterungs- und Verlagerungsprozesse dominant. Der Boden ist daher oft nährstoffarm und bis in große Tiefen entkalkt und versauert. Dadurch werden die Lebensbedingungen von Bodenlebewesen und Mikroben schwieriger, die Streu wird langsamer zersetzt und es treten verstärkt organische Komplexbildner auf, die Sesquioxide lösen. Diese werden nach unten verlagert und der Oberboden verarmt an Al, Fe, Mn, Schwermetallen und organischer Substanz (Ae-Horizont) (Scheffer/Schachtschabel, 2002). Bei der Ablagerung in den Bh/Bs-Horizonten kommt es zur Ausfällung, dabei sorgt unter anderem das Eisen für die rostige Farbe des Bs-Horizonts. Stellenweise kann es zu Konglomeraten kommen, es entsteht Ortstein. Der ausgeprägte Bs-Horizont war mit ausschlaggebend dafür, den Boden am Standort Binnendüne als Eisen-Humus-Podsol anzusprechen (Abb. 2). Die Auflage konnte eindeutig als Rohhumus angesprochen werden, mit einer Mächtigkeit von etwa 13 cm. Darunter folgte ein aschgrauer Ae-Horizont von 18-20cm Mächtigkeit, der kaum organische Substanz enthielt. Unter diesem Eluvialhorizont begann mit einem scharfen Übergang der ca. 16cm mächtige dunkle Bh-Horizont (Illuvialhorizont), gefolgt von einem rostbraunen Bs-Horizont. Darauf folgte der C-Horizont, der noch mit Mächtigkeiten von rund 40 cm erfasst wurde (Abb. 2). Die Laboruntersuchungen ergaben sehr geringe pH-Werte (zwischen 4,3 und 3,1) und relativ hohe Wassergehalte, was bei dem sandigen Substrat erstaunlich ist, durch den im Untersuchungszeitraum vorherrschenden Dauerregen jedoch erklärbar ist.


Abb. 2: Bodenprofil Binnendüne; Eisen-Humus-Podsol

Vegetation
Als potentiell natürliche Vegetation wäre an diesem Standort eine Sukzession von einem Silbergrasrasen über ein Sandbirkenstadium zum Eichenwald zu erwarten. Lediglich östlich der Elbe wäre Pinus sylvestris als Pionierpflanze bei einer ungestörten Entwicklung zu erwarten und würde natürlicherweise vorkommen (ELLENBERG, 1996). Bei der von uns durchgeführten Vegetationsaufnahme dominierte Pinus sylvestris. Quercus robur, Acer pseudoplatanus und Sorbus aucuparia traten nur spärlich auf. Etwa im Mittelalter begann die Hauptphase der Waldzerstörung. Bedeutende Eingriffe waren die Rodung großer Waldflächen um Ackerland zu gewinnen und das Betreiben extensiver Waldweide. Erst ab dem 18. Jh. begann eine systematische Aufforstung der Dünengebiete größtenteils mit Pinus sylvestris. Diese Pflanze sorgt durch den Eintrag ihrer Nadeln zusätzlich für Bodenversauerung und unterstützt dadurch die Podsolierung. Es handelt sich bei unserem Standort also um einen sekundären Podsol, der sich aus Braunerde oder Parabraunerde entwickelt hat (Scheffer/Schachtschabel, 2002).

 

Standort Bachaue des Schlochterbaches
Die Aue des Schlochterbaches befindet sich am Unterhang des Bornbrinks. Mit einer Höhe von ca. 105 m über NN liegt der Standort 55 m niedriger als die Kuppe des Bornbrinks. Die Neigung einer Aue ist unter natürlichen Bedingungen aufgrund ausgeglichener Sedimentationsprozesse sehr gering bis kaum nachweisbar. Analog dazu liegt hier die Inklination bei 1° bis 2° Ost. Das geringe Gefälle des Schlochterbaches hat eine starke Mäandrierung des Bachlaufes zu Folge. Dieses Merkmal ist ebenfalls ein Indiz für die hohe natürliche Auendynamik dieses Bachabschnittes (Abb. 3).
Als demzufolge naturbelassener Standort kann dieser Bachaue ein Natürlichkeitsgrad von 1 bis 2 zugesprochen werden. Eine geringfügige Korrektur ergibt sich durch den Einfluss des sich in der Nähe befindlichen Fichtenforstes, der circa 35 m entfernten Straße und einer Weidenutzung auf der gegenüberliegenden Bachseite. Somit konnte lediglich eine Hemerobiestufe von 2 (= sehr gering) vergeben werden. In diesem Zusammenhang bleibt jedoch zu erwähnen, dass es im dicht besiedelten Mitteleuropa durch anthropogene Beeinflussungen der Stoffkreisläufe und Einführungen von Neophyten keine wirklich ahemeroben Natürlichkeitsgrade mehr gibt (Schulze/Beck/Müller-Hohenstein, 2002).

 

Boden
Die Bodenkarte Blatt 3814 gibt für diese Aue den Bodentyp des typischen Gleys an. Die vorliegenden Auensedimente bestehen aus tonigem Schluff. Der dem Boden aufliegende Humus wurde aufgrund des Lageprofils Ol-Of-Oh als Moder bestimmt. Seine Mächtigkeit beträgt 5 bis 10 cm. Dieser Moder ist intensiv belebt und daher gut durchmischt. Besonders die Oh-Lage weist viel Humusfeinsubstanz auf. 
Der Humusauflage folgt ein 20 cm mächtiger Ah-Horizont. Seine Mächtigkeit ist auf die relativ hohe biologische Aktivität zurückzuführen, welche durch günstige Feuchtigkeitsbedingungen und überwiegend leicht zu zersetzende Laubstreu gefördert wird (Abb. 4). Sie sorgt für eine gute Durchmischung von organischem Material und Oberboden. Nach der bodenkundlichen Kartieranleitung konnte ein Humusgehalt von h3 (= mittel humos) vergeben werden. 
Der nun anstehende erste Unterbodenhorizont besitzt mit 21 cm eine ähnliche Mächtigkeit wie der Ah-Horizont des Oberbodens. In diesem Horizont sind Merkmale einer Freisetzung und Oxidation eisenhaltiger Verbindungen zu Goethit zu erkennen. Der Horizont weißt somit Anzeichen einer Verbraunung auf und ist als Bv-Horizont zu bezeichnen.
Anschließend folgt ein ebenfalls ca. 20 cm mächtiger Go-Horizont an dem sich ein Gr-Horizont anschließt. Die vertikale Ausdehnung des Gr-Horizontes konnte nicht genau bestimmt werden, da die mögliche Untersuchungstiefe der uns zu Verfügung stehenden Gerätschaften (Pürckhauer-Bohrstock) lediglich einen Meter betrug. Es kann aber davon ausgegangen werden, dass sich der Gr-Horizont bis in eine Tiefe von weit über einem Meter erstreckt.


Abb. 3: Naturnahe Bachaue
Abb. 4: Bodenprofil des Untersuchungsstandortes

Beide Horizonte (Go- und Gr-Horizont) sind charakteristische Bodenhorizonte von Gleyböden. Der Go-Horizont befindet sich im Schwankungsbereich des Grundwassers, wohingegen der Gr-Horizont dauerhaft gesättigt ist. Durch diesen Umstand herrschen wegen Sauerstoffmangels stark reduzierende Bedingungen. Aus diesem Grund werden Eisen- und Manganhydroxide zu löslichen Fe- und Mn-Oxiden reduziert. Bei steigendem Grundwasser werden diese Oxide in den Go-Horizont verlagert und dort bei erneutem Trockenfall durch Luftzufuhr als Bänder oder Flecken ausgeschieden. Insgesamt findet sich hier in der Aue des Schlochterbaches ein Bodentyp, der angesichts seiner Horizontabfolge Ah-Bv-Go-Gr als Braunerde-Gley zu bezeichnen ist.
Bedingt durch die fluviale Sedimentation ist die Lagerungsdichte der Horizonte Ah, Bv und Gr mit einer Stufe von 1 bis 2 (sehr gering bis gering) recht niedrig. Lediglich der Oxidationshorizont (Go-Horizont) kann mit der Stufe 3 (mittel) gekennzeichnet werden. Vermutlich sind aufgrund der tonigen Bodenart, verbunden mit wechselnden Feuchtigkeitsbedingungen, Quell- und Schrumpfungsprozesse für diese Verdichtung verantwortlich.
Der während der Laboranalysen bestimmte Wassergehalt liegt im Ah-Horizont bei mehr als 41 Gew. %. Dieser hohe Wert kann, ebenso wie bei allen anderen Untersuchungsstandorten, auf die regnerische Witterung der vorhergegangenen Tage zurückgeführt werden. Die drei Unterbodenhorizonte zeigen Wassergehalte von 26,7 bis 28,9 Gew.%. Dabei kommt es zu einer Erniedrigung vom Bv- zum Go-Horizont um 2,2 Gew.% und zwischen Go- und Gr-Horizont zu einer Erhöhung um 0,5 Gew.%. Den vorgefundenen Gegebenheiten steht der typische vertikale Wassergehaltsverlauf in Gleyböden gegenüber, der mit zunehmender Bodentiefe zunehmen müsste. Erklären lässt sich diese Abweichung vom Normalzustand wie folgt: Der Bv-Horizont steht als oberste der drei Unterbodenhorizonte unter dem direktesten Einfluss der gefallenen Niederschläge, d.h. das Sickerwasser ruft die feuchten Verhältnisse hervor. Der durch Verlagerungsprozesse bedingte, vergleichsweise tonreichere Go-Horizont hat auf dieses Sickerwasser eine stauende Wirkung und begünstigt demnach die feuchten Verhältnisse des Bv-Horizontes. Der Go-Horizont unterliegt damit dem Einfluss zweier Feuchtigkeitsquellen. Auf der einen Seite steht das aus den Niederschlägen stammende Sickerwasser, welches aufgrund des Tongehaltes den Horizont nur langsam infiltriert. Auf der anderen Seite steht das Grundwasser, das durch kapillaren Aufstieg aus dem Gr-Horizont oder durch eine Erhöhung des Grundwasserspiegels nach oben steigt. Diese Einflüsse sind jedoch verglichen mit den angrenzenden Horizonten weniger direkt. Ein geringerer Wassergehalt als im Bv- bzw. Gr-Horizont ist unter den vorherrschenden Witterungsbedingungen die Folge. Die Bodenreaktion liegt in allen Horizonten im sauren Bereich, um einen pH-Wert von 4,4. Damit liegen die pH-Werte hier deutlich höher als in dem, durch stark saure Bedingungen geprägten, Fichtenforst (pH-Werte um 3,1). Die hier am Schlochterbach anfallende, gut zersetzbare Laubstreu liefert wenige Huminsäuren und bedingt damit im allgemein recht hohe pH-Werte. 
Die, für den Bodentyp eines Gley charakteristischen, starken Auswaschungsvorgänge verursachen im Laufe der Pedogenese jedoch einen Verlust von Puffersubstanzen. Besonders die Auswaschung von Kalk ist dabei der entscheidende Faktor. Zudem muss die räumliche Nähe zum stark sauren Fichtenforst berücksichtigt werden. Die Ausdehnung des nahen Fichtenforstes erstreckt sich bis hin zum Hangfuß und hat damit einen nicht unerheblichen Einfluss auf die in Tallage befindliche Bachaue. Oberflächen-, Zwischen- und Grundwasserabflüsse des Fichtenforstes fließen dem als Vorfluter zu verstehenden Schlochterbach zu. Mit diesen Abflussprozessen werden auch immer sowohl in der Bodensuspension als auch im Oberflächenabfluss befindliche Stoffe bis in die Niederungen verlagert. Die aus dem Fichtenforst stammende saure Bodenlösung bzw. saure Verhältnisse hervorrufende Stoffe, wie organische Säuren, sind an diesem Abschnitt des Schlochterbaches für die sauren pedogenen Bedingungen mitverantwortlich.

 

Vegetation
An diesem Standort findet sich ein ausgeprägter Erlenbruchwald (Alnetea glutinosae). Zusätzlich zur dominanten Schwarzerle (Alnus glutinosa) tritt die Eberesche (Sorbus aucuparia) auf, was in Anbetracht der niedrigen pH-Werte mit den sauren Standortbedingungen ein schlüssiges Bild ergibt (Ellenberg 1996). Die Baumschicht weist insgesamt einen Deckungsgrad von ungefähr 30 % auf. Die Strauchschicht wird hauptsächlich aus Schlehe (Prunus spinosa), Zweigriffligem Weißdorn (Crataegus laevigata) und dem Schneeball (Viburnum opulus) gebildet. Bemerkenswert in ihrer Diversität zeigt sich die Krautschicht. Auf der 100 m² großen Fläche wurden bei der Aufnahme nach Braun-Blanquet 22 verschiedene Arten mit einer Deckung von 85% gezählt. Neben den repräsentativen Feuchtezeigern wie dem Sumpf-Pippau (Crepis paludosa)sind die dominierenden Arten die Rasenschmiele (Deschampsia cespitosa), das Buschwindröschen (Anemone nemorosa)und das Schattenblümchen (Maianthemum bifolium). Weiterhin konnten drei Farnarten sowie Sprösslinge von Rotbuche(Fagus sylvatica), Stieleiche (Quercus robur) und Fichte (Picea abies) gefunden werden. Bei Letzterer zeigt sich erneut der Einfluss des benachbarten Fichtenforstes auf die Bachaue. Der dauernd nasse Erlenbruchwald lässt durch die spezifischen Standortbedingungen speziell diese Makrophanerophyten nicht weit aufkommen (ELLENBERG, 1996). Obzwar der Einordnung als Erlenbruchwald fehlen für eine weitere pflanzensoziologische Zuordnung des Vegetationsbestandes zusätzliche Charakterarten (POTT, 1995).


Abb. 5: Verteilung der Zeigerwerte des Standortes Schlochterbach in %

Betrachtet man die den vorgefundenen Pflanzen zuzuordnenden Zeigerwerte so ist zu erkennen das sowohl die Zeigerwerte für die klimatischen Faktoren (Licht, Temperatur) als auch die der Bodenfaktoren (Feuchtigkeit, Reaktion, Stickstoffversorgung) bei den meisten Pflanzen im mittleren Wertebereichen liegen (Abb. 5). Es handelt sich demnach zumeist um Halbschattenpflanze die unter mäßigen Temperaturbedingungen vorkommen. Sie sind an frische bis feuchte Bedingungen angepasst und gedeihen bevorzugt auf mäßig sauren und mäßig stickstoffreichen Substraten. (ELLENBERG, 1996) Diese Aussagen entsprechen in allen Bereichen den vorgefundenen Standortparametern der Schlochterbach-Aue. Es treten jedoch auch Pflanzen auf, deren bevorzugte Standortbedingungen von den genannten abweichen. Da die Vegetationszusammensetzung eines Ökosystems nur selten idealtypischen Strukturen entspricht, ist dies für die hier anzustellende, eher allgemeine, Betrachtungsweise unbedeutend. Zudem ist anhand unserer Untersuchungen nicht mit Sicherheit festzustellen, welche Pflanzenarten den Untersuchungsraum, aufgrund von kurzeitig vorherrschenden Konkurrenzvorteilen, nur vorübergehend besiedeln.

 

Differenzierte Nutzungskartierung Westerwiede bei Bad Iburg
Die differenzierte Nutzungskartierung wurde anhand mehrerer Schritte vorbereitet. Zunächst wurde auf der Grundlage verschiedener Kartenwerke (z.B. topografische Karte, geologische Karte, Bodenkarte) ein repräsentatives Gebiet ausgesucht. Hauptkriterium bei der Auswahl waren die verschiedenen Bodentypen, sekundäres Kriterium der geologische Untergrund. Ein weiteres Kernstück der Vorbereitung der Kartierung war die Erstellung einer vorläufigen Realnutzungskartierung. Das geschah auf Grundlage eines digitalen Orthophotos im Maßstab 1:12.000 aus dem Jahr 2002. Es wurden Äcker, Weiden, Laub- und Nadelwald, Gewässer und Bebauung kartiert und das Gebiet wurde in fünf Teilabschnitte unterteilt, die von den einzelnen Gruppen untersucht wurden.
Für die Vegetation und den Boden wurden Aufnahmebögen nach der Geoökologischen Kartieranleitung 1:25.000 (Leser und Klink, 1988) konzipiert. Der Aufnahmebogen für die Vegetation beinhaltet eine Standort ID-Nr. (Gruppen-Nr. und fortlaufende Nr.) eine Einteilung nach Vegetationstypen, eine fünfstellige Strukturkennzahl, den Natürlichkeitsgrad und den Grad der anthropogenen Beeinflussung des ökologischen Zustandes. Der für den Boden entworfene Aufnahmeboden beinhaltet die Profil.ID-Nr., wie bei der Vegetation auch Gruppen-Nr. und fortlaufende Nr., Standort, Bodenart, Grundwasserabstand in dm, Humusform, Gründigkeit in dm, Bodentyp und Bemerkungen zum Standort.

 

Aufnahme im Gelände
Ausgestattet mit einer Kopie der Realnutzungskartierung, den Aufnahmebögen und einem Pürckhauer, begaben sich die Gruppen in ihre Teilgebiete. Im Gelände konnte ein Abgleich mit der Karte vorgenommen werden, was gegebenenfalls an einigen Stellen zu Korrekturen führte; beispielsweise wenn Waldflächen nicht mehr existierten und durch Äcker ersetzt worden waren oder umgekehrt. Grundlage für die Bodenaufnahme war die Probennahme mittels Pürckhauer und Hammer, den wir vor Ort an uns geeignet erscheinenden Stellen einschlugen (Abb. 6). So wurden auf jeder erreichbaren Teilfläche die Vegetation, der Bodentyp und die Nutzung aufgenommen. Natürlich spiegelt diese Aufnahme nur eine Momentaufnahme der realen Bedingungen vor Ort wieder, da die Nutzung z.B. auf Weiden in ein paar Jahren komplett anders aussehen könnte.


Abb. 6: Bohrstockeinschlag zur Kartierung des Bodentyps

Ergebnisse
Um eine aktuelle Realnutzungs-Karte in ArcGIS erstellen zu können, wurden die Ergebnisse aller Gruppen für die einzelnen Flächen schließlich in eine Attribut-Tabelle unter jeweiligen ID-Nummern eingegeben und zu einer Karte zusammengeführt. In dieser Karte sind nur die wichtigsten aufgenommenen Parameter enthalten (Abb. 7). Da sämtliche Daten jedoch im GIS vorliegen, kann jederzeit eine geänderte Karte mit für die jeweilige Fragestellung wichtigen Daten erstellt werden.

Abbildung 7: Ergebnis der differenzierten Nutzungskartierung (Ausschnitt)

Die differenzierte Nutzungskartierung zeigt, dass die Bodentypen und der Grundwasserabstand ausschlaggebend für die Landnutzung im Untersuchungsgebiet sind (Abb. 7). Im Moment unserer Aufnahme lässt sich vor allem erkennen, dass Ungunstböden, wie z.B. Podsole kaum landwirtschaftlich genutzt werden. Diese Böden finden sich vor allem unter Waldflächen, deren Nutzung sich auf Forstwirtschaft beschränkt. Auch Pseudogleye und Gleye sind für ackerbauliche Nutzung kaum rentabel, weswegen sich hier auch Wald- und Grünlandnutzung vorfinden lässt. Landwirtschaftlich nutzbare Böden, wie etwa Braunerden, finden sich wahrscheinlich unter Ackerflächen, die in dieser Kartierung nicht erfasst wurden. Daher kommen sie in der Karte nur an einer einzigen Stelle -im Südosten-, unter einer Fettwiese vor. Wie uns ein Landwirt mitteilte, wird sich möglicherweise in Zukunft die Realnutzung einiger Flächen ändern, da auf Grund der Subventionspolitik Brachflächen gegenüber Ackerflächen bevorzugt werden.