The study was carried out at Abujubeha area (10? 52 48.17 ‐11? 23 08.79 N and 30? 00 05.99 ‐ 31? 28 04.91’ E) in Northeast Nuba Mountain, South Kordofan region, Sudan. In order to investigate the soil degradation aspects in the study area, its causal, rate per time and mapping; the remote sensing and GIS technologies were used beside the routine soil survey and laboratory analyses. Quantitative information on soils degradation and vegetation cover changes was acquired. Using multi‐spectral satellite imagery the most dynamic land cover types have been able to be mapped with 64% accuracy (Dense Forest, Moderate Forest, Light Forest, Fallow and Bare soils). The result showed that 38% of the forested areas were lost in the last two decades at annual rate of 1.8%. Forest clearance in the last 5 (199‐2005) years equal two times the clearance happened in the previous 15 years (1986‐1999). The geostatistical characterization of soil variability showed that soil properties are highly spatially dependent, with significant sensitivity to soil‐forming factors. Soils dynamic are affected by land use system as well as with soil physiographic position. The Red soils (Gardud) are more dynamic than the Dark clayey soils. The Universal Soil Loss Equation (USLE) was used; the result revealed that the study area is potentially susceptible to be eroded by water. The Erosion rate was measured in term of erosion Risk Assessment. The model indicated that the overall average of soil loss is 1.32 t/ha /y.

Impacts of land use and climate change in tropical forests on the global carbon budget are of principal interest in the recent research, as these forests amount to about 48 % of the world’s forested area. Interest has been focused on lowland tropical forests mainly, but tropical montane forests occupy about 20 % of all tropical forests. Soils of tropical montane forests are frequently waterlogged and characterised by high soil organic carbon stocks. Furthermore, along altitudinal gradients, changes in stand structure and net primary production can be observed that have not been fully explained yet. As causes reduced microbial activity and nitrogen turnover in soils of tropical montane forests have been suggested. Against the background of climate change, carbon turnover mechanisms in soils of these forests are of special interest. The present study therefore aimed at determining and quantifying relevant carbon and nitrogen pools as well as nitrogen mineralisation potentials. Furthermore, size, activity, and structure of microbial biomass were characterised. The collected data was supposed to provide basic knowledge on carbon and nitrogen cycling in tropical montane forest soils. Thus, evaluation of the susceptibility of their carbon stocks for climate change as well as nitrogen and carbon limitation of microbial organic matter decomposition was possible. Field work of this study was conducted during 2003–2005 at an altitudinal transect that in- cluded five study sites between 1 050 and 3 060 m amsl. Total soil respiration was recorded biweekly over two years, the contribution of roots to total soil CO2 efflux over one year. Soils of the study sites were sampled twice and biochemical and microbial parameters were determined.

The presented doctoral thesis “Fly ash impact in forest ecosystems in Northeastern Germany - an assessment and regionalization approach” intends to (a) test if the field assessment of ferrimagnetic susceptibility can be used as cost efficient method to get information on fly ash deposition impacted chemical site properties. (b) develop a regionalization approach to bridge the gap from plot-wise assessed data to spatial management information. The thesis is a follow-up of extensive research activities by the Institute for Soil Science and Site Ecology on industrial deposition in Dübener Heide and Upper Lusatian region which started in the early 1960ies and were intensified from the middle of the 1990ies on. A central topic of these research activities was the assessment of the impact of fly ash deposition on chemical soil properties. A major challenge was to transfer the assessed chemical characteristics from plot to region and to aggregate the measured values to provide an information basis, which can be used for a site potential and risk oriented forest management. This challenge was picked up by the joint research project “ENFORCHANGE” (FKZ 0330634 K, German Federal Ministry of Education and Research). The presented thesis was carried out in the frame of this project during the period 2005 - 2009. The thesis was conceived as cumulative work, which includes ten papers in total. Five articles are published in peer-reviewed journals (ISI listed, 1 paper still in revision), and five are part of books or conference proceedings. • Chapter 1 “Introduction” gives an overview on the motivation, idea and structure of the thesis. • In chapter 2 “Aims and Scope of the presented work” information on the background and frame of the study within the project ENFORCHANGE is given. • Chapter 3 “Background and State of the Art” deals with the history of fly ash deposition in the model region Dübener Heide. • Chapter 4 “Material and Methods” gives information on fly ash and presents the spatial assessment design and the hereon based approaches for up-scaling and correlation of magnetic susceptibility with selected chemical characteristics. • Chapter 5 “Results” presents results of the spatial modeling and linear regression based approach to use ferrimagnetic susceptibility for predicting the contents of selected base cations, selected acid and heavy metal cations and Black Carbon. • Chapter 6 “Discussion and Conclusions” compares the assumptions and findings in the different articles, discusses contradictory findings and open questions and provides a comprehensive evaluation of the outcomes. Final conclusions are drawn and an outlook is given. A key finding of the thesis is that the industrial complex Bitterfeld was the most important source of fly ash deposited in the model region Dübener Heide. The power plant Zschornewitz plays only a minor role contrary to the research hypothesis formulated in ENFORCHANGE. Related to the targets of the thesis, spatial variation of magnetic susceptibility was predicted with high precision by a multiple linear regression model. A slightly differing set of model parameters  according to their explanatory value for three selected depth levels  improved the prediction quality. The selection of the parameters supported understanding the major drivers for magnetic particle deposition, storage, and vertical displacement in the forest soils. Humus layer (depth level 6-10 cm), horizontal distance to Bitterfeld and soil type (Podzol, semi-terrestrial sites) were the most important variables. These variables point to a slowed-down humus dynamic, which causes the accumulation of fly ash in the humus layer. In depth level 11 – 15 cm, variables such as “aspect” gain in importance, which describe the exposure against the major wind direction and thus indicate the probability and of deposition. For the mineral horizon (depth level 21-25 cm), exposition and especially stand properties are most important. The latter gives evidence for the intensity of deposition caused by surface roughness. Therefore, the variables “coniferous” and “mixed” stands were highly relevant for the model. Variable correlations between mass susceptibility and selected base cations, acid cations and heavy metals have been found. When using a linear regression model, a prediction of Ca and Mg and of Mn was possible. The model performance was lower for Fe, Al, Cd and Black Carbon. A possible reason was the use of different plot types: the assessment of magnetic susceptibility and chemical soil properties was well harmonized at the ENFORCHANGE plots considering the sampling material and sampling location. A comparable harmonization could not be achieved at a number of monitoring plots, which were included into the analysis to broaden the data base. Comparing the results from the linear regression model based prediction with the results achieved by multiple regression based spatial modeling lead to the conclusion that the mul¬tiple regression approach is more promising: by using other model parameters such as orographic, climatic or stand parameters together with magnetic susceptibility, the prediction quality of the deposed agents could be improved and small scale variations in nutrient potentials and risks driven by fly ash deposition could be better recognized and made available for forest management decisions. / Die vorgelegte Doktorarbeit “Fly ash impact in forest ecosystems in Northeastern Germany - an assessment and regionalization approach” (Flugascheeinträge in Waldökosysteme in Nordostdeutschland  ein Erfassungs- und Regionalisierungsansatz) verfolgte die Ziele (a) zu testen, ob sich die Erfassung der ferrimagnetischen Suszeptibilität eignet, um kosteneffizient quantitative und / oder qualitative Informationen zu den eingetragenen Flugaschemengen und den in der Folge veränderten bodenchemischen Potenzialen zu erheben (b) zu testen, ob der Indikator „ferrimagnetische Suszeptibilität“ genutzt werden kann, um Informationen über Flugascheeinträge von der punktbezogenen Erfassung auf einen regionalen Maßstab hoch zu skalieren. Grundlage dieser Zielstellungen sind Forschungsarbeiten zu der Frage der langfristigen Wirksamkeit und ökologischen Bedeutung von Industrieexhalationen auf Waldökosysteme, die am Institut bereits in den 1960ziger Jahren begonnen wurden und verstärkt seit Mitte der 1990ziger Jahre fortgeführt wurden. Auf ihrer Basis wurde die Herausforderung eines kostengünstigen und flächenbezogenen Erhebungsansatzes identifiziert und formuliert. Die vorgelegte Arbeit ordnete sich in diese Forschungsarbeiten ein und führte sie im Rahmen des Verbundforschungsvorhabens ENFORCHANGE ((FKZ: 0330634 K, Bundesministerium für Bildung und Forschung) von 2005 - 2009 fort. Die Doktorarbeit ist als kumulative Arbeit angelegt, im Rahmen derer insgesamt 10 Publikationen zusammengefasst wurden. Davon sind 5 in internationalen Journalen bereits publiziert, akzeptiert oder in einem Fall in Begutachtung; 5 weitere Publikationen wurden ergänzend und auf speziellere Themen bezogen in Proceedings oder Buchbeiträgen publiziert. Die Arbeit gliedert sich in 5 Abschnitte: • Kapitel 1 (Einleitung) gibt einen kurzen Überblick zur Motivation und Struktur der Doktorarbeit. • In Kapitel 2 (Ziele und Rahmen der Arbeit) wird der Arbeitsansatz im Rahmen des Verbundforschungsvorhabens ENFORCHANGE vorstellt. • Kapitel 3 umfasst eine Auswertung von Veröffentlichungen zur Geschichte und den ökologischen Auswirkungen der Flugascheeinträge am Beispiel der Modellregion Dübener Heide. • In Kapitel 4 wird der methodische Ansatz der Arbeit vorgestellt, der von einem Vortest zur Eignung der Erfassung der magnetischen Suszeptibilität über die Ableitung eines flächigen Erhebungsansatzes bis hin zur Frage der Modellbildung und Korrelation mit chemischen Kenngrößen reicht. • Kapitel 5 beinhaltet die Ergebnisse der räumlichen Modellbildung und der Korrelation der magnetischen Suszeptibilität mit ausgewählten Basen-, Säure- und Schwermetallkationen sowie mit Schwarzem Kohlenstoff. • Kapitel 6 diskutiert, vergleicht und bewertet die Ergebnisse der den Veröffentlichungen zugrunde liegenden Studien und zieht ein abschließendes Resumé. Ein Schlüsselergebnis der vorgelegten Arbeit belegt, dass entgegen der ursprünglichen Arbeitshypothese des Projektverbundes ENFORCHANGE nicht das mehr als 100 Jahre alte Kraftwerk Zschornewitz die wesentliche Quelle für die Flugascheeinträge in der Modellregion Dübener Heide war, sondern der räumlich entfernter gelegene, aber deutlich größere Industriekomplex Bitterfeld. Bezogen auf die Zielsetzung der vorgelegten Arbeit, konnte mithilfe multipler Regressionsverfahren und auf Basis von Feldaufnahmen der ferrimagnetischen Suszeptibilität in einem regelmäßigen Stichprobenraster ein hoch auflösendes räumliches Modell gebildet werden. Unter Berücksichtigung weiterer Modellparameter, die schrittweise hinsichtlich ihres Erklärungswertes ausgewählt wurden, konnten mikrotopographische und vegetationsbedingte Informationen genutzt werden, um die räumliche Variabilität des magnetischen Signals differenziert darzustellen. Damit ergibt sich eine Planungsgrundlage, die die bisher genutzte, auf Waldschadensansprachen basierende Stratifizierung in Zonen unterschiedlicher Eintragsintensität mit Bezug zur Planungseinheit deutlich detaillierter untersetzt. Der Versuch, auf Flugascheeintragsmengen, respektive -vorräte zu schließen ließ sich hingegen auf Basis der verfügbaren Daten nicht umsetzen. Die Korrelationsbeziehungen der von Volumen- in den Massenbezug umgerechneten Suszeptibilität mit Basen-, Säure und Schwermetallkationen sowie Schwarzem Kohlenstoff fielen heterogen aus. Eine gute Vorhersage auf Basis eines linearen Regressionsmodells konnte für Ca, Mg und Mn getroffen werden, wohingegen die Modellqualität für Fe, Al sowie Cd und Schwarzen Kohlenstoff deutlich schlechter zu beurteilen war. Dies ergab sich zum einen aus der verfügbaren Datenbasis, die keine durchgängige Harmonisierung für die Erhebungen der Suszeptibilität und der chemischen Kennwerte erlaubte. Zum anderen geht diese Erkenntnis mit Ergebnissen aus der Regionalisierung einher, die einen Einbezug weiterer Modellparameter und die Nutzung multipler anstelle linearer Regressionsmodelle nahe legt.

In einem für das Erzgebirge (Sachsen, Südostdeutschland) typischen Wirtschaftswald aus ca. 60-jähriger Fichte (Picea abies [L.] KARST.), in den Sand-Birken (Betula pendula Roth) eingemischt sind, sollte die Wirkung der Baumartenmischung auf den Oberbodenzustand erfasst und bewertet werden. Die Befunde stammen aus einem Bestand, der sowohl hinsichtlich der Altersstruktur, des Bodentyps als auch der Stoffeinträge und der Kalkung für das Erzgebirge repräsentativ ist. Analysiert wurden photosynthetisch aktive Strahlung, Bodenvegetation, Streumenge und -verteilung, Dynamik der Streuzersetzung, Humuskörpermorphologie sowie chemische und mikrobiologische Oberbodeneigenschaften. Dabei fand ein einzelbaumweiser Ansatz in Kopplung mit Transekten Anwendung. Es wurden eindeutige Effekte durch einzelbaumweise eingemischte Birken nachgewiesen. Mit Hilfe des Einzelbaumansatzes und davon ausgehenden Transekten wurden reine Fichtenbereiche und Mischungsbereiche untersucht. Zusätzlich wurden für die Auswertung drei Straten gebildet. Die Zuordnung dafür war die folgende: Probepunkte unter der Birkenkrone ergaben das Birken-Stratum, Probepunkte unter der Fichte das Fichten-Stratum und Probepunkte im Übergangsbereich zwischen Birke und Fichte das Fichten-Birken-Stratum. Im Bereich der Birkenkronen waren überwiegend höhere Strahlungswerte festzustellen als unter den Fichtenkronen. Gezeigt wurde aber auch, dass die höheren Strahlungswerte, die unter den Birkenkronen auftraten, auch in lichteren bzw. lückigeren Partien des reinen Fichtenbestandes zu finden waren. Die Sippenanzahl der Bodenvegetation erhöhte sich sowohl unter reiner Fichte als auch in Mischung von Fichte und Birke vor allem mit zunehmender Annäherung zum Kronenrand. Insgesamt waren aber bei der Mischung von Fichte und Birke ähnlich hohe Sippenanzahlen wie im reinen Fichtenbereich zu finden. Allerdings gab es Sippen, die nur auf einer der beiden Flächen auftraten. Es waren höhere Deckungsgrade bei der Mischung von Fichte und Birke im Vergleich zur reinen Fichte sichtbar. Die Befunde der Streusammler ließen erkennen, dass in einer Entfernung von > 16 m vom Birkenstamm kaum noch Birkenstreu auftrat. Nennenswerte Trockenflussdichten wurden nur in einem Radius von 10 m festgestellt. In diesem Bereich ist ein Effekt der Birkenstreu auf die Oberbodeneigenschaften zu erwarten. Die Gesamttrockenmasse einer relativ vitalen Birke mit rund 38 cm Brusthöhendurchmesser betrug im Untersu-chungsjahr rund 8 kg. Die Modellierung unter Hinzunahme weniger vitaler Birken reduzierte die Gesamttrockenmasse auf 6,3 kg. Der Massenverlust der Birkenblätter in den Litter-Bags war in allen drei Straten bei der Mischung der Birkenblätter mit Fichtennadeln im Verhältnis 5:1 am größten. Bei den Fichtennadeln zeigten sich die höchsten Trockenmassenverluste in den reinen Nadel-Litter-Bags. Die Litter-Bags unter der Birkenkrone wiesen für alle Varianten die beste Zersetzung der Birkenblätter und der Fichtennadeln auf. Die C/N-Verhältnisse der Streu ließen keine eindeutigen positiven Effekte der Birkenkrone erkennen. Sie waren aber bei den Birkenblättern in allen Varianten, in allen Straten und zu allen Terminen deutlich enger als die der Fichtennadeln. Desweiteren war der Abfall der C/N-Kurven bei den Birkenblättern steiler als bei den Fichtennadeln. Die Mächtigkeit des Of-Horizontes wies sowohl in der Mischsituation als auch in der reinen Fichtenfläche deutlichere räumliche Muster auf als im Oh-Horizont. Im Of waren dadurch deutliche, vom Einzelbaum abhängige, Muster zu erkennen. Die höchsten Mächtigkeiten traten in Stammnähe auf. Die größten Gesamtmächtigkeiten existierten unter reiner Fichte. Beim Vergleich der Mächtigkeiten in den Straten war in der Of-Lage vor allem das Birken-Stratum signifikant verschieden vom Fichten-Stratum. Für die Oh-Mächtigkeit und somit auch die Gesamtmächtigkeit zeigte zusätzlich das Fichten-Birken-Stratum signifikante Unterschiede im Vergleich zum Birken-Stratum. Als Humusform trat der rohhumusartige Moder auf. Dabei überwog im Fichtenstratum der feinhumusreiche rohhumusartige Moder, im Fichten-Birken-Stratum und im Birken-Stratum dagegen der feinhumusarme rohhumusartige Moder. Signifikante Unterschiede zwischen Straten konnten in der Of-Lage für den pH-Wert, Cges-Vorrat, Ccarbonat-Gehalt, Nges-Gehalt, Nges-Vorrat, und den metabolischen Quotienten erfasst werden. In der Oh-Lage waren es die nachstehenden Oberbo-deneigenschaften: Corg/N-Verhältnis, Cges-Gehalt, Nmik-Gehalt, Cmik/Nmik-Verhältnis, Basalatmungsaktivität, sowie der metabolische Quotient, die sich zwischen den Straten signifikant unterschieden. Im A-Horizont zeigten sich signifikante Unterschiede der Straten beim Corg/N-Verhältnis, Cges-Gehalt, Ccabonat-Gehalt, Corg-Gehalt sowie dem Nges-Vorrat. Mit Hilfe der multivariaten Ordination (mit verschiedenen Elementgehalten und pH-Werten) ist die Stratenbildung erneut bestätigt worden. Dabei hatten die Elemente C, Mg, Ca und N den größten Einfluss. Die Auswertung der Daten der effektiven Kationenaustauschkapazität ließ vor allem für den A-Horizont Unterschiede zwischen den Straten erkennen. Dabei war die Akeff im Fichtenstratum am kleinsten und der prozentuale Anteil der sauren Kationen an der Akeff am größten. Die höchste Akeff besaß das Birken-Stratum. Eine Reihe der untersuchten Größen ließen eindeutige Baumarteneffekte erkennen. Alles in allem wurde der Nachweis erbracht, dass die Effekte in dem Bereich zu finden sind, der durch die Laubstreu der Birken geprägt ist. Bei den Oberbodeneigenschaften wurden keine Veränderungen an Punkten, die mehr als 10 m vom Birkenstamm entfernt waren, festgestellt. Aus den Ergebnissen war abzuleiten, dass für ähnliche Bedingungen wie im Untersuchungsbestand ein Mischungsanteil der Birke von mindestens 10 % zu empfehlen ist. Die Ergebnisse sind aber durch zukünftige Forschung noch zu verifizieren. Dafür sollten vor allem die Produktionsziele und die waldbaulichen Behandlungskonzepte für Mischbestände aus Fichte und Birke in Deutschland erneut konkretisiert werden. Um dafür eindeutige ökologische und ökonomische Kriterien festlegen zu können, wird eine Zusammenführung wichtiger Ergebnisse aus den verschiedenen forstlichen Forschungsbereichen (z. B. Standortskunde, Vegetationskunde, Waldwachstumskunde, Ökonomie, Zoologie, Waldbau) empfohlen. / In a typical managed forest of the Ore Mountains (Saxony, SE Germany), consisting of 60 years old Norway spruce (Picea abies [L.] KARST.) admixed with silver birches (Betula pendula Roth) the impact of the admixture on topsoil properties was quantified and evaluated. This study was conducted in a stand which is representative for the Ore Mountains regarding the soil type, deposition and liming. Photosynthetic active radiation, the layer of herbs and mosses, the mass and distribution of the litter fall, the dynamics of litter decom-position, and morphology of the humus layer as well as the chemical and microbiological topsoil properties were all analyzed. The study was based on a single-tree-approach where samples were collected along transects from selected sample trees of birch and spruce. Transects were established within areas of pure spruce as well as within areas of spruce and birch mixture. Three different strata were defined based on the situation of the examined points in relation to the crowns of birch and spruce: the birch stratum, the spruce stratum and the spruce-birch stratum with measurements from underneath the crowns of birches, spruces and the transition area between spruce and birch crowns, respectively. Higher photosynthetic active radiation values were detected in the area underneath the crowns of birch crowns in comparison with the area underneath the crowns of spruce. Higher values of photosynthetic active radiation were also registered within areas of light foliage and in gaps in the pure spruce stand. The number of ground vegetation species underneath pure spruce and in the mixture of spruce and birch was negatively correlated with the distance to the crown edge. But altogether the same number of ground vegetation species was found in the mixed stand and in the pure spruce stand. A few species were, however, specific for each stand type. A higher coverage of ground vegetation was found in the mixture of spruce and birch in comparison to the pure spruce. The results of the litter traps show marginal densities of birch leaves at a distance of more than 16 m from the birch stem. The majority of the dry flux density was found within a radius of 10 m around the birch stem. Within this area an effect of the birch litter on top soil properties was expected. The whole dry litter mass was measured in the study time of a relative vital birch with a diameter at breast high of ca. 38 cm and was ca. 8 kg. Modeling the amount of litter for birches with lower vitality indicated a dry litter mass of 6.3 kg. The mass lost of the birch leaves in the litter bags was in each stratum the highest at a ratio of 5 to 1 of birch leaves to spruce needles. The greatest loss of dry mass for spruce needles was registered in litter-bags with pure needles. The litter-bags under the birch crowns exhibited the best decomposition rate of birch leaves and spruce needles for all variants. The C/N-ratios of the litter showed no clear positive effects of the birch crown. But they were clearly smaller for the birch leaves in contrast to the spruce needles in all variants, in each stratum and at all dates. Furthermore the C/N-curves drop away more for the birch leaves in contrast to the spruce needles. The thickness of the Of-horizon in contrast to the Oh-horizon showed clear spatial patterns for the mixed situation and the pure spruce area. Thus in the Of-horizon a clear spatial pattern in connection to the single tree was apparent. The highest thickness was found close to the stem. The highest total thickness of the Of- and Oh-horizon was found underneath the pure spruce stand. When comparing the thickness of the humus layers between the stratums, significant differences where found for the Of-layer between the birch stratum and the spruce stratum. In addition, for the thickness of the Oh-layer as well as for the total thickness of all layers, significant differences were observed between the spruce-birch stratum and the birch stratum. The humus form was a mor-like moder. In the spruce stratum more fine-humus-rich variants of the mor-like moder was found, in the spruce-birch stratum and in the birch stratum it was more fine-humus-poor variants of the mor-like moder. Significant differences between the stratums in the Of-layer were found with respect to acidification, the pool of Ctot and Ntot, the content of Ccarbonat and Ntot and the metabolic quotient. For the Oh-layer significant differences between the stratums were found for the ratio of Corg and N, the content of Ctot and Nmic, the ratio of Cmic and Nmic, the basal respiration activity and the metabolic quotient. In the A-horizon significant differences between the stratums were found for the ration of Corg and N, the content of Ctot, Ccarbonat and Corg and the pool of Ntot. The results of multivariate ordination confirm the formation of stratums again. Thereby the contents of C, Mg, Ca and N had the greatest influence. The data analysis of the effective cation exchange capacity (ECEC) showed differences between the stratums mainly for the A horizon. In the spruce stratum the ECEC was lowest and the percentage of acid cations at the ECEC was greatest. The highest ECEC was in the birch stratum. Different results showed clear tree effects. These were only found in areas, which are influenced by birch leaves. In this study, a minimum tree admixture of 10% was required before an impact on the ground conditions of the whole stand was observed. Therefore, based on the results of this study, an admixture of birch of 10% is recommended. These results however must be verified through future research. These findings can be used to assist in meeting the goals of silvicultural management for mixed spruce and birch forests in Germany. Definition of explicit ecological and economic criteria created from a combination of results from different forest research sectors (e. g. Site ecology, Vegetation science, Forest Growth, Economy, Zoology, Silviculture) is recommended.

Im Zuge der zunehmenden energetischen Holznutzung fällt vermehrt Holzasche als Abfallprodukt an. Obwohl die Asche potenziell für die Nährstoffrückführung in Wälder genutzt werden könnte, findet dies in Deutschland aktuell kaum statt, da negative ökologische Auswirkungen befürchtet werden, die Handhabbarkeit von Holzasche schwierig ist und hinsichtlich des Nährstoffhaushalts der Wälder keine Notwendigkeit gesehen wird. Durch eine Verarbeitung der Asche zu Rinde-Asche-Pellets (RIA-Pellets) sollte die ökologische Verträglichkeit erhöht und die Handhabbarkeit verbessert werden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, wie RIA-Pellets auf bodenchemische Parameter sowie den Ernährungszustand der Bäume wirken. Dazu wurden zwei Versuchsflächen in der Oberlausitz (Ostsachsen) etabliert: ein 38-jähriger Kiefernbestand auf einem Braunerde-Podsol aus eiszeitlichem Elbschotter im Tiefland sowie drei Fichtenbestände im Alter von 36 bis 49 Jahren auf einer Braunerde aus Lösslehm über Granodioritzersatz im Hügelland. Im Jahr 2011 wurde eine Behandlung mit 4 t ha-1 RIA-Pellets durchgeführt und auf dem Hügellandsstandort zusätzlich eine Vergleichsvariante mit 3,5 t ha-1 Dolomitkalk angelegt. Daraufhin wurden bodenchemische Parameter (pH-Wert, AKe, Nährstoff-Gesamtgehalte, C/N-Verhältnis) sowie Nadelspiegelwerte der Bäume untersucht. Außerdem wurde der zu erwartende Nährstoffverlust mittelalter Nadelholzbestände im Rahmen der Durchforstungen in den kommenden 20 Jahren abschätzend quantifiziert und den sonstigen Stoffflüssen der untersuchten Standorte gegenübergestellt. Auf dem sorptionsschwachen Tieflandsstandort mit Kiefer führten RIA-Pellets in einer Dosis von 4 t ha-1 innerhalb von zwei Jahren zu einer moderaten Erhöhung des pH-Werts um 0,6 Einheiten, einer Zunahme der Kationenaustauschkapazität von 267 auf 338 mmolc kg-1 sowie einer Erhöhung der Basensättigung von 45 auf 90 %. Zudem war eine signifikante Erhöhung der Gesamtgehalte von Ca, Mg und Mn zu verzeichnen. Auf dem sorptionsstarken Boden des Hügellandsstandort mit mittelalten Fichtenbeständen hatte die gleiche Dosis von RIA-Pellets ebenfalls zwei Jahre nach der Ausbringung zu wesentlich geringeren Effekten geführt. Zwar war auch hier ein pH-Anstieg um 0,3 Einheiten zu verzeichnen. Die RIA-Pellets beeinflussten jedoch die AKe und die Basensättigung nicht und die Nährstoff-Gesamtgehalte nur bei Ca und Mn. Alle Effekte waren auf beiden Versuchsflächen auf die Humusauflage begrenzt. Im Vergleich zu einer Kalkung trat die Wirkung der RIA-Pellets langsamer ein und fiel geringer aus. Die Behandlung mit RIA-Pellets führte nach zwei Jahren zu keiner Veränderung der Nadelspiegelwerte auf beiden Versuchsflächen. Die Untersuchung der oberirdischen Bestandesbiomasse zeigte, dass bereits mittelalte Nadelbaumbestände im Rahmen von Durchforstungen bei intensiven Aushaltungsszenarien erhebliche Nährstoffentzüge zu verkraften haben. So stieg die Biomasseentnahme bei Vollbaumnutzung gegenüber konventioneller Nutzung nur um den Faktor 1,3, während die Nährstoffentzüge um den Faktor 1,8 (Ca) bis 4,0 (P, Kiefer) stiegen. Die Nährstoffzusammensetzung der RIA-Pellets unterschied sich aufgrund der Herkunft der Asche (Verbrennung von Rinde und Holz in einem Sägewerk) von der eines Vollbaums. Daher läge der Kompensationsbedarf für die Nährstoffentzüge in den nächsten 20 Jahren bei Vollbaumnutzung im Kie-fernbestand bei 0,7 (Ca) bis 2,0 t ha-1 (P) und im mittelalten Fichtenbestand bei 1,3 (Ca) bis 12,8 t ha-1 (P). Der Vergleich der drei untersuchten unterschiedlich alten Fichtenbestände hat gezeigt, dass der Waldrestholzanteil und somit auch die zusätzliche Biomasse- und Nährstoffentnahme umso höher ist, je jünger bzw. geringer dimensioniert der Bestand ist. Die Betrachtung von Kiefern- und Fichtenbestände zeigte baumartenspezifische Unterschiede bei der Verteilung der oberirdischen Bestandesbiomasse auf die einzelnen Biomassekompartimente sowie der Nährstoffgehalte in den jeweiligen Kompartimenten. Die überschlägigen Nährstoffbilanzen für beide Versuchsflächen haben gezeigt, dass die Nährstoffentzüge mit der geernteten Biomasse bei Vollbaumnutzung in einer ähnlichen Größenordnung lagen, wie die Verluste mit dem Sickerwasser und die Festlegung im Biomassezuwachs. Auch ohne die Berücksichtigung von Nährstoffentzügen mit der Biomassenutzung wiesen die Standorte aufgrund des Nachwirkens historischer Säureeinträge bereits negative Stoffbilanzen für Ca und Mg auf. Die vorliegende Arbeit verdeutlicht, dass die Holzascherückführung in Wälder keinen drastischen Eingriff in die Stoffflüsse natürlicher Ökosysteme darstellt. Vielmehr handelt es sich um den Versuch, die Folgen der aktuellen menschlichen Aktivitäten im Bereich intensiver Biomassenutzung zumindest hinsichtlich der Nährstoffnachhaltigkeit abzumildern. Die intensive Biomassenutzung reiht sich dabei als eine weitere Form menschlichen Eingreifens in die Stoffflüsse des Ökosystems Wald in eine seit Jahrhunderten stattfindende Nutzungs- und damit Störungsgeschichte durch Streunutzung, Waldumbau zu Nadelholzforsten und atmosphärische Säure- und Stoffeinträge ein.

Das Ziel der Arbeit war die Untersuchung der Kohlenstoff- und Stickstoffdynamik in Waldböden unter dem Einfluß atmogener Stickstoffeinträge. Dabei wurden biotische und abiotische Schlüsselprozesse zweier unterschiedlich stark stickstoffbelasteter Waldböden des Nordwest- und Nordostdeutschen Tieflandes (Kreinitz und Thülsfeld) analysiert und miteinander verglichen. Um detaillierte Informationen über potentielle Kohlenstoff- und Stickstoffumsätze zu erhalten, wurden die untersuchten Böden sowohl horizont- als auch tiefenstufenbezogen stratifiziert. Über einen Zeitraum von 14 Wochen wurden sämtliche Kohlenstoff- und Stickstoffeinträge sowie -austräge zwischen den einzelnen Tiefenstufen beobachtet und analysiert. Nach Beendigung der Versuche wurden die einzelnen Bodenhorizonte mit spezifischen Kohlenstoff- und Stickstoffextraktionsverfahren aufgeschlossen. Mit Hilfe dieser Versuchsanordnung war es möglich, eine vollständige tiefenstufenbezogene Kohlenstoff- und Stickstoffbilanzierung für den Kreinitzer und Thülsfelder Boden zu erstellen. Zur Prüfung der Übertragbarkeit der Laborergebnisse auf aktuelle Standortbedingungen wurde ein Langzeitfeldversuch (ein Jahr) mit einer ähnlichen Versuchsanordnung am Standort Kreinitz durchgeführt. Folgende Ergebnisse wurden in dieser Arbeit erzielt: 1. Der TOC-Gehalt war der Hauptparameter, in dem sich der stark stickstoffbelastete Standort Thülsfeld von dem weniger stark stickstoffbelasteten Standort Kreinitz zu Beginn der Untersuchung deutlich unterschied. 2. Der KCl-extrahierbare mineralische Stickstoff (NminKCl) reagierte an beiden Versuchs-standorten am stärksten auf die Stickstoffdüngung und wurde mit Hilfe der Diskriminanzanalyse als Hauptsensitivitätsparameter für Stickstoffeinträge im Boden ermittelt. 3. Die Kreinitzer organische Auflage reagierte in bezug auf die mittelfristig umsetzbare Kohlenstoff- und Stickstofffraktion (Chwe, Nhwe) deutlich stärker auf die N-Einträge als die Thülsfelder Auflage. Infolgedessen besitzt die Kreinitzer Auflage ein höheres Kohlenstoff- und Stickstoffmobilisierungspotential, die hochkomplexen organischen C- und N-Verbindungen in weniger komplexe Verbindungen abzubauen. 4. Der Thülsfelder Mineralboden 5. besitzt aufgrund der höheren Anteile des Nhwe am TN ein höheres Mobilisierungspotential für den kurz- und mittelfristig umsetzbaren Stickstoff (Nhwe) als der Kreinitzer Mineralboden. 6. Die für die Mikroorganismen verfügbaren Kohlenstoffquellen scheinen sich durch die historischen und die zusätzlich simulierten Stickstoffeinträge vom POC in der Sand-Braunerde zum WSOC und CKCl im Sand-Podsol zu verschieben. 7. Als verfügbare Stickstoffquelle nutzen die Mikroorganismen am Standort Kreinitz den PN, während sich für den Standort Thülsfeld keine eindeutige Stickstofffraktion als Hauptnahrungsquelle ermitteln ließ. 8. Sowohl in den Laborversuchen als auch im Freilandversuch führten die Stickstoffeinträge zur Verengung nahezu aller C/N-Verhältnisse in den untersuchten Extraktionsverfahren.

Humusauflagen von Waldböden speichern eine Reihe natürlicher, kosmogener und künstlicher Radionuklide. Da der Zeitpunkt des Eintrags, die Eintragsmenge sowie die Umwandlungszeitkonstante für die Mehrzahl der Radionuklide bekannt sind, gibt die Ermittlung der Tiefenverteilung und der zeitabhängigen Verlagerung von Radionukliden mittels hochauflösender Low-level-Gammaspektrometrie Aufschluss über Transferprozesse im Boden. Die Migrationseigenschaften verschiedener Elemente in der ungesättigten Bodenzone wurden mit Hilfe ihrer radioaktiven Isotope sehr spezifisch untersucht. Die Migration der Mehrzahl der eingetragenen Radionuklide findet, infolge ihrer Einbindung in Metall-Organische-Chelat-Komplexe, gekoppelt an die Umsatzprozesse der organischen Substanz und deren Tiefenverlagerung durch Mikroorganismen statt. Auf diese Weise ist der Migrationspfad von Organikmolekülen während ihres Abbau- bzw. Umwandlungsprozesses durch atmosphärisch eingetragene Radionuklide markiert. In Verbindung mit dem Zeitgesetz des radioaktiven Zerfalls und der Eintragsmodalitäten der Radionuklide wurden Datierungen zur Widerspiegelung der zeitlichen Abläufe von Bodenprozessen durchgeführt. Das so ermittelte Alter organischer Horizonte stellt ein Maß für die Abbaugeschwindigkeit des organischen Materials dar.

Global change phenomena, such as forest disturbance and land-use change significantly affect elemental balances as well as the structure and function of terrestrial ecosystems. Inappropriate land management often causes nutrient losses and finally soil degradation and loss of soil functioning. Especially in tropical ecoregions, soil degradation by nutrient losses is widely abundant. Soil microorganisms are the proximate agents of many processes performed in soils and are regarded as sensitive bio-indicators. However, the incorporation of microbial responses to the definition of critical soil conditions is not intensively developed. In the present thesis, several data analyses of the relationships between ecosystem disturbance and land-use change (natural forest, pastures of different ages, secondary succession) and a diverse set of soil ecological characteristics in the tropical mountain rainforest region of southern Ecuador were compiled. In particular, it was tested whether soil microbial biomass and community functioning were sensitive to land-use change effects. Furthermore, an information-theoretic approach was applied to find the factors that regulate soil microbial biomass and community function. Finally, in a nutrient enrichment experiment the above- and belowground responses to N and P additions were examined. The tested research questions and results were linked to the theory of ecological stoichiometry in order to connect the research to a sound and unifying scientific basis. Soil and microbial stoichiometry were affected by both land-use change and soil depth. After forest disturbance, significant decreases of soil C:N:P ratios at the pastures were fol-lowed by increases during secondary succession. Microbial C:N ratios varied slightly in response to land-use change, whereas no fixed microbial C:P and N:P ratios were observed. Shifts in microbial community composition were associated with soil and microbial stoichiometry. Strong positive relationships between PLFA-markers 18:2n6,9c (saprotrophic fungi) and 20:4 (animals) and negative associations between 20:4 and microbial N:P point to land-use change affecting the structure of soil food webs. Significant deviations from global soil and microbial C:N:P ratios indicated a major force of land-use change to alter stoichiometric relationships and to structure biological systems. Data analysis reveals a strong impact of land-use change on soil microbial biomass, C-mineralization, gross-NH4-consumption and –production rates. According to the results of the IT-approach, combined models better describe effects of land-use change on soil microorganisms than single explanation models. Microbial resources and soil chemical environment were important pre-dictors for soil microbial biomass and community functioning. Little is known about the environmental drivers of the catalytic properties of EHEs (e.g., pH, nutrients) and their functional link to the structure of soil microbial communities. The activities of the six hydrolytic enzymes were tested. Microbial production of AP responded to the low P status of the sites by a higher investment in the acquisition of P compared to C. Three major drivers of enzyme activities were found to be significant for enzyme production: 1.) Microbial demand for P regulated the production of AP, provided that N and C were available. At the natural forest site the two-fold higher specific activity of AP pointed to a high microbial P-demand, whereas the production of AP was constrained by the availability of N and DOC after pasture abandonment. 2.) Microbial biomass that was controlled by pH and resource availability was the main driver for CBH, BG and NAG activities. 3.) Substrate induction due to increased litter inputs of herbaceous plant species seemed to regulate AG and XYL activities during secondary succession. The enzymes’ affinity to substrate, as a potentially critically enzyme kinetic parameter is understudied. The data analysis suggests that microbial communities adapted to environmental changes, demonstrated high flexibility of extracellular enzyme systems and selected for enzymes with higher catalytic efficiency compared with pure cultures. Under in situ conditions, enzyme-specific environmental drivers of the Km, e.g., the pH for XYL, the C:N ratio for AP, and the C availability for NAG were found. The data demonstrated that the higher substrate affinity of XYL and AP was associated with more abundance of Gram(-) bacteria. The catalytic efficiency of enzymes decomposing cellulose, hemicellulose, and starch positively correlated with the relative abundance of Gram(-) bacteria. The turnover rate of the tested substrates was three to four times faster at the young pasture site compared with the longterm pasture and secondary succession sites. Nutrient inputs by atmospheric deposition are known to affect terrestrial ecosystems. However, little is known about how N and P co-limited ecosystems respond to single nutrient enrichment. In this work the susceptibility of above- and belowground ecosystem compo-nents and of their linkages in an N and P co-limited pasture to N- and P-enrichment was assessed. It was tested if the plants´responses can be explained by the concept of serially linked nutrients introduced by Ågren (2004). In this concept, the control of the growth rate by one nutrient is assumed to depend on the control of a different cellular process by another nutrient. The responses of shoot and root biomass and C:N:P stoichiometry of the grass Setaria sphacelata (Schumach.) to moderate N, P, and N+P application over five years were investigated. In addition, the effects of nutrient enrichment on soil nutrient pools, on arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) as well as on microbial biomass, activity, and community structure were tested. In order to evaluate the importance of different factors explaining microbial responses, a likelihood-based information-theoretic approach was applied. The application of N+P increased aboveground grass biomass. Root biomass was stimulated by P-treatment. Grass C:N:P stoichiometry responded by altering the P-uptake or by translocating P from shoot to root. In particular, root C:N and C:P stoichiometry decreased in P- and in N-treatment. Extractable fractions of soil C, N, and P were significantly affected by nutrient enrichment. P application increased the biomass of Gram-positive bacteria and the abundance of AMF, however, results of the IT-approach suggested indirect effects of nutrient enrichment on microbes. The responses of the N and P co-limited pasture to particular nutrient enrichment support the concept of serially linked nutrients. The present study provides evidence for the fundamental importance of P for controlling resource allocation of plants in responses to nutrient enrichment. Resource allocation of the grass rather than direct effects of nutrient additions drives changes in AMF, microbial biomass, community structure, and activity. / Seit dem Übergang vom Holozän zum Anthropozän greift der Mensch immer stärker in globale und regionale Stoffkreisläufe ein. Durch die Zerstörung von Naturwäldern und Landnutzungswandel werden die Strukturen und die Funktionen der Ökosysteme stark verändert. Unangepasste Landnutzung führt zu Nährelementverlusten, die mittel- bis langfristige zur Bodendegradation und zur Reduktion von Bodenfunktionen führen. Solche Veränderungen sind insbesondere in den Tropen zu beobachten. Bodenmikroorganismen spielen in den Stoffkreisläufen eine zentrale Rolle. Zudem sind sie sensitive Bioindikatoren für den Zustand von Ökosystemen. Im Gegensatz dazu, werden die Bodenmikroorganismen noch nicht ausreichend für die Zustandsbewertung von Ökosystemen verwendet. In der vorliegenden Dissertation werden verschiedene Datenanalysen zu den Beziehungen von Landnutzungswandel (Naturwald, Weiden verschiedener Alter, sekundäre Sukzession) und den Eigenschaften der Bodenmikroorganismen in einer tropischen Bergregenwaldregion Süd-Ecuadors zusammengefasst. Ein besonderer Fokus lag darauf zu prüfen, ob die mikrobielle Biomasse und die Funktionen die von der mikrobiellen Gemeinschaft geleistet werden (z.B. Enzymaktivitäten) durch den Landnutzungswandel beeinflusst werden. Ein informations-theoretischer Ansatz wurde verwendet um verschiedene Erklärungsansätze der steuernden Faktoren vergleichend zu testen. Darüber hinaus wurden in einem Weidedüngungsexperiment die Reaktionen der ober- und der unterirdischen Ökosystemkomponenten auf die Anreicherung mit N und P getestet. Um die Ergebnisse auf eine breite wissenschaftliche Basis zu stellen wurde die Untersuchungen in den Kontext der Theorie die Ökologischen Stöchiometrie eingeordnet. Die C:N:P Stöchiometrie im Boden und in den Mikroorganismen veränderte sich durch den Landnutzungswandel und mit der Bodentiefe. Mit der Weideetablierung nahmen die C:N:P Verhältnisse im Boden deutlich ab, stiegen dann nach dem Verlassen der Weiden im Zuge der sekundären Sukzession wieder an. Das mikrobielle C:N Verhältnis variierte nur leicht, dagegen zeigten das C:P und N:P Verhältnis deutliche Veränderungen durch den Landnutzungswandel. Mit diesen Veränderungen in der Boden- und Organismenstöchiometrie waren auch Veränderungen in der Struktur der mikrobiellen Gemeinschaften verbunden. Deutliche positive Beziehungen existierten zwischen den saprotrophen Pilzen und den Protozoen. Die steigenden Mengen von Protozoen waren wiederrum mit sinkendem mikrobiellen N:P verbunden. Diese Muster weisen auf Veränderungen in den Bodennahrungsnetzten durch Landnutzungsänderungen hin. Sehr deutliche Abweichungen von globalen Mustern der C:N:P Stöchiometrie deuten darauf hin, dass der Landnutzungswandel signifikanten Einfluss auf die C:N:P Stöchiometrie ausübt. Der Landnutzungswandel beeinflusste auch die mikrobielle Biomasse, die Basalatmung, sowie die mikrobielle Aufnahme und Produktion von NH4-N im Boden. Dabei zeigten kombinierte Erklärungsansätze die adäquateren Beschreibungen der Muster. In den kombinierten Modellen zur Erklärung der mikrobiellen Biomasse und der mikrobiellen Leistungen überwogen Prädiktoren der mikrobiellen Ressourcen und der bodenchemischen Umwelt. Ein weiterer Schwerpunkt der Untersuchungen lag auf der Erfassung der Effekte des Land-nutzungswandels auf die Aktivität von extrazellulären Bodenenzymen. Bisher ist wenig darüber bekannt, welche Faktoren die katalytischen Eigenschaften steuern und beispielsweise, ob es Zusammenhänge zur mikrobiellen Gemeinschaftsstruktur gibt. Um diese Fragen näher zu beleuchten wurden sechs hydrolytische Enzyme basierend auf MUF-Substraten untersucht. Die mikrobielle Produktion von AP stand dabei in Zusammenhang mit dem niedrigen P-Status der untersuchten Böden. Das wurde besonders durch die hohe AP Produktion im Vergleich zu BG belegt. Im Allgemeinen konnten drei verschiedene Mechanismen festgestellt werden, die die Produktion der untersuchten EHEs vermutlich steuerten. 1.) Der P-Bedarf der Mikroorganismen regulierte die Produktion von AP, vorausgesetzt, dass ausreichend N und C zur Enzymsynthese zur Verfügung standen. 2.) Die Höhe der mikrobiellen Biomasse hat sich als wichtiger Faktor für die Produktion von CBH, BG und NAG gezeigt. Das deutet auf die konstitutive Produktion dieser Enzyme hin. 3.) Die substratinduzierte Produktion von Enzymen ist vermutlich entscheidend für die Aktivität von AG und XYL. Die Berücksichtigung der Enzymkinetiken, insbesondere der Michaelis-Menten-Konstante lieferte weitere Aufschlüsse über relevante Faktoren. Im Allgemeinen so scheint es, haben sich die mikrobiellen Gemeinschaften an die starken Umweltgradienten, die durch den Landnutzungswandel erzeugt worden angepasst. Im Vergleich zu den verfügbaren Daten aus Reinkulturen, wiesen die mikrobiellen Gemeinschaften der untersuchten Böden in der Regel eine deutlich höhere katalytische Effizienz auf. Auch für die Michaelis-Menten-Konstante sind die Faktoren enzymspezifisch. So ist für die Km von XYL der Boden-pH-Wert, für AP das C:N Verhältnis und für NAG die DOC-Menge entscheidend. Darüber hinaus haben sich deutliche Beziehungen zwischen der Menge an Gram(-)-Bakterien und der Substrataffinitäten von XYL und AP ergeben. Je höher die Gram(-)-Abundanz, desto höher war die Substrataffinität der Enzymsysteme. Gegenüber alter und degradierter Weiden, war der Umsatz der untersuchten Substrate im Oberboden der aktiv genutzten Weide drei- bis vierfach erhöht. In einem 5-jährigen Düngeexperiment in der Bergregenwaldregion der Anden Süd-Ecuadors wurden die Reaktionen des auf dieser Fläche N/P co-limitierten Grases (Setaria sphacelata), der Arbuskulären Mykorrhiza (AMF) sowie der Bodenmikroorganismen auf moderate N, P und N+P-Düngung untersucht. Die Zugabe von N+P erhöhte die oberirdische Biomasse (+61%) wohingegen die Wurzelbiomasse durch die Zugabe von P (+45%) anstieg. Die C:N:P Verhältnisse weisen auf veränderte P-Aufnahme oder Translokation von P in die Wurzeln hin. Im Besonderen verengte sich das Wurzel C:N and C:P in der P- und der N-Zugabe. Die aus dem Boden extrahierbaren C, N und P-Fraktionen wurden deutlich beeinflusst. Die Zugabe von P stimulierte die Biomasse Gram-(+)-Bakterien (+22%), die Abundanz der AMF (+46%) und die Brutto-N-Mineralisierung. Die Auswertungen deuten darauf hin, dass die Nährstoffanreicherung indirekt über die Veränderungen der Graswurzeln auf die Bodenorganismen wirkte. Die Ergebnisse bestätigen, dass N und P in den Reaktionen von co-limitierten Pflanzen eng miteinander verbunden sind. Vor allem aber steuert P grundlegend die Allokation von Ressourcen und wirkt damit auf andere Ökosystem-komponenten, z.B. auf die Struktur und Aktivität der Bodenmikroorganismen.

Auf repräsentativen Kippenstandorten des Niederlausitzer Braunkohlenrevieres wurden typische Forstökosysteme der ersten Generation analysiert. Gegenstand der Untersuchung waren mittelalte Bestände (46- bis 70 Jahre) der Rekultivierungsbaumarten Kiefer (n = 22) und Birke (n = 12) sowie 24- bis 45jährige Jungbestände der Baumarten Trauben- (n = 7) und Roteiche (n = 2). Die Roteichenbestände dienten primär vergleichenden Untersuchungen. Für altersspezifische und standortsvergleichende Betrachtungen wurden Ergänzungsbestände auf Kippenstandorten und Vergleichsbestände auf unverritzten Waldstandorten zusätzlich einbezogen. Die untersuchten Erstaufforstungen stocken auf Kippenkomplexen, die klimatisch, hydrologisch und geomorphologisch vergleichbar sind und baumartenweise weitestgehend identischen bodenmeliorativen Maßnahmen sowie waldbaulichen Behandlungsverfahren unterzogen wurden. Ziel der Untersuchung war die Qualifizierung der Wechselwirkungen zwischen Kippenstandort und aufstockendem Bestand. Als Leitgrößen für die Wirkung standörtlicher Merkmale auf die Baumarten dienten wachstums- (Leistungsparameter) und ernährungskundliche Kenndaten (Vitalitätsweiser). Quantität und Qualität der Humusauflage sowie die bodengenetische Entwicklung wurden als Indikatoren für die Rückwirkungen der bestandesbildenden Rekultivierungsbaumarten auf den Standort verwendet. Besondere Berücksichtigung fand das lokale Depositionsgeschehen.

Mit dem wachsenden Energiebedarf der Weltbevölkerung, Problemen mit der Kernenergie und begrenzten fossilen Energieträgern ergibt sich die Notwendigkeit, alternative ökonomische und nachhaltige Energiequellen zu suchen. Weiden und Pappeln im Kurzumtrieb können als Bestandteil des Erneuerbaren Energiemix eine Ergänzung zu wind- und sonnenscheinabhängigen Anlagen sein. Im Vergleich zu 1-jährigen Ackerkulturen haben sie geringere Ansprüche an Dünger, Herbizide, Pflanzenschutzmittel und die Bodenbearbeitung. Für die Umwelt- und Energiebilanz sind die im Herstellungsprozess eingesetzte Energie und der verwendete Dünger relevant. Auf Brandenburger Ackerstandorten war für die Kurzumtriebsgehölze Weiden und Pappeln bisher nicht sicher, ob der Einsatz des N-Düngers Kalkammonsalpeter zur Steigerung der Erträge führt und welche Umweltwirkungen damit verbunden sind. Deshalb wurde in Potsdam-Bornim ein randomisierter Blockversuch mit Weiden (Salix viminalis Klon Inger) und Pappeln (Populus maximovizcii x Populus nigra Klon Max 4) im Kurzumtrieb in 2-jähriger Rotation und 4 Wiederholungen auf durchschnittlich mit Nährstoffen versorgtem Brandenburger Ackerland auf Pseudogley-Braunerde mit schwach lehmigem Sand in den Düngestufen 0 kg N ha-1a-1, 25 kg N ha-1a-1, 50 kg N ha-1a-1 und 75 kg N ha-1a-1 angelegt. Zusätzlich wurde eine mit 50 kg N ha-1a-1 gedüngte Variante untersucht, die von Begleitflora frei gehalten wurde. In den ersten 4 Vegetationsjahren wurden die Ertragseinflüsse der mineralischen N-Düngung sowie die N-Auswaschung, die Pflanzengesundheit, die Begleitflora und die N2O-Emissionen erfasst. Die Begleitflora im ersten Rotationszyklus hatte einen signifikant negativen Einfluss auf die Erträge von Pappeln und Weiden. Die Menge an Begleitflora und deren N-Gehalte stiegen mit steigenden N-Düngemengen. Der N-Dünger führte im Gesamtuntersuchungszeitraum bei Pappeln und Weiden weder zu Mehrerträgen noch zu unterschiedlichen N-Gehalten in Blättern oder Stämmen, weil er zu großen Anteilen ausgewaschen oder von der Begleitflora aufgenommen wurde. Die düngeinduzierten N2O-Emissionen in Weiden- und Pappelparzellen lagen unter 0,3 kg N ha-1a-1. Der von den Weiden und Pappeln benötigte N wurde in den ersten 4 Jahren durch Deposition, Mineralisation, verlagertes N aus tieferen Bodenschichten, Mykorrhizierung, bakterielle N2-Fixierung sowie endophytische Bakterien bereitgestellt. Der Verzicht auf N-Dünger vermindert die Konkurrenz der Begleitflora um Wasser und Nährstoffe, die N-Auswaschungsverluste, düngeinduzierte Treibhausgasemissionen sowie die energieaufwendige Herstellung von synthetischem N. Die Pflanzengesundheit wurde durch die Düngung nur geringfügig beeinflusst. Am Versuchsstandort wurden Pappeln mehr durch Rost (Melampsora ssp.) und Blattfraß geschädigt als Weiden. Die Fraßschäden wurden hauptsächlich von Roten Pappelblattkäfern (Chrysomela populi) und Blauen Weidenblattkäfern (Phratora vulgatissima / Phratora ssp.) verursacht. Weiden wurden stärker von Zikaden befallen als Pappeln.