Räumlich-zeitliche Modellierung der Kohlenstoffkonzentration im Waldbodensickerwasse zur Untersuchung der Hypothese der Humusdisintegration

Roland Fried

ISBN 978-3-89722-212-0
185 pages, year of publication: 1999
price: 40.00 €
Räumlich-zeitliche Modellierung der Kohlenstoffkonzentration im Waldbodensickerwasse zur Untersuchung der Hypothese der Humusdisintegration

Die Hypothese der Humusdisintegration besagt eine Minderung von Mineralbodenhumus in Folge menschlicher Biomassenutzung und saurer, stickstoffreicher Deposition. Der Abbau von Humus führt zu einer Vermehrung des gelösten organischen Kohlenstoffs. Es besteht die Vermutung, daß durch Komplexbildung mit Aluminium die Aktivität der Enzyme gehemmt wird, welche den Aufbau des hochpolymeren Humus katalysieren. In dieser Arbeit wird die Hypothese der Humusdisintegration mittels statistischer Methoden untersucht. Insbesondere soll überprüft werden, ob der Einfluß von Aluminium zu bestätigen ist und ob andere Faktoren wichtig sind. Auch der zeitliche Verlauf der Vorgänge wird betrachtet. Die Datenbasis besteht in den Konzentrationen der Sickerwasser-Inhaltsstoffe in einem kleinen Waldstück in der Nähe von Kassel, welche seit Oktober 1989 fortlaufend an mehreren Meßstellen in verschiedenen Bodentiefen ermittelt werden.

Anhand einer explorativen Analyse der Daten werden Annahmen für eine Modellierung abgeleitet. Dies führt zu einem speziellen räumlich-zeitlichen stochastischen Prozess. Neben systematischen Effekten wie saisonalen Schwankungen, zeitlichen Trends oder regionalen Unterschieden werden Abhängigkeiten zwischen den Beobachtungen beispielsweise aufgrund von Witterungsein,üssen und Wasserströmungen untersucht. Aufgrund der 3-dimensionalen Struktur der Messstellenanordnung werden gerichtete (wie bei Zeitreihen) und ungerichtete Beschreibungen (wie bei planaren räumlichen Strukturen) der räumlichen Abhängigkeiten kombiniert. Bei der Schätzung der Parameter dieses speziellen linearen Modells werden Methoden zur Behandlung fehlender Daten verwendet. Zu diesem Zweck kommt der EM-Algorithmus zum Einsatz. Um die Qualität der Schätzung beurteilen zu können, werden die mathematischen Eigenschaften der Schätzer eingehend untersucht. Weiterhin wird eine gründliche Validierung des Modells anhand der vorhandenen Daten vorgenommen. Die wichtigen Kovariablen (Inhaltsstoffe), bei denen von einem Zusammenhang zu den Kohlenstoffkonzentrationen auszugehen ist, können mittels Modellwahlkriterien herausgefunden werden. Neben dem bereits zuvor vermuteten Aluminium sind Eisen und Calcium zu nennen, welche in der Chemie beide ebenfalls als Komplexbildner bekannt sind.