Abschlussarbeiten
Die Abteilung Boden und Umwelt betreut ein umfangreiches Messnetz im Rahmen des Umweltmonitorings und befasst sich mit einem breiten bodenkundlichen Spektrum an Aufgaben und Projekten, die eine ideale Grundlage für Abschlussarbeiten (Bacheloarbeit / Masterarbeit) bieten.
Die Abschlussarbeiten werden gerne in Kooperation mit der jeweiligen Hochschule betreut. Eigene Ideen für Abschlussarbeiten werden gern unterstützt, sofern sie auch im Interesse der Abteilung sind. Bitte kontaktieren Sie hierfür die jeweiligen Ansprechpartner.
Aktuell bietet die Abteilung Boden und Umwelt folgende Themen für Abschlussarbeiten (B.Sc. / M.Sc) an:
Verbesserter Wasserrückhalt in Böden durch Biochar und Terra Preta
Problemstellung und Hintergrund
Vielfältige Erfahrungen aus der Landwirtschaft belegen, dass der Einsatz von Biochar (Pflanzenkohle) und Terra Preta (hier verstanden als Gemisch von Pflanzenkohle mit unverkohltem organischem Material) positive Wirkung auf Böden und damit die Vitalität und Wuchsleistung von Pflanzen hat. Im Forstbereich gibt es demgegenüber bislang nur wenige praktische Erfahrungen mit dem Einsatz von Pflanzenkohle oder Terra Preta. In einem aktuell laufenden Feldversuch untersucht die FVA, ob der Einsatz von Biochar die Nährstoffausstattung und die Wasserhaltefähigkeit des Bodens nachhaltig verbessert und damit die Überlebensrate von Anpflanzungen erhöhen kann. In der Masterarbeit soll untersucht werden, wie sich die Wasserretention von Böden in Abhängigkeit von der Art und Menge der beigemischten Pflanzenkohle bzw. Terra Preta verändert.
Arbeitsprogramm
Hierfür werden an Spatenprofilen im Wurzelbereich der untersuchten Bäume sowie in den Zwischenräumen zwischen den Pflanzungen ungestörte Bodenproben (100 ml-Stechzylinder) in 10-14 cm und 30-34 cm Bodentiefe gewonnen. Neben den im Feld gewonnenen Proben werden zusätzlich verschiedene Substratmischungen aus dem Boden der Versuchsflächen und Biochar bzw. Terra Preta hergestellt, um den Effekt der Biochar bzw. Terra Preta auf die Wasserretention systematisch untersuchen zu können. An allen Proben wird im Labor die nutzbare Feldkapazität mittels Drucktopfmessungen bestimmt. Die Messdaten werden anschließend statistisch im Hinblick auf den Einfluss von Biochar/Terra Preta auf die Wasserretention der Substratmischungen ausgewertet.
Anforderungen
Für die Arbeit im Feld und im Labor ist ein sehr sorgfältiges und selbständiges Arbeiten unerlässlich. Bei der Auswertung der Messdaten sind gute Kenntnisse in R hilfreich, diese können aber auch im Rahmen der Masterarbeit ausgebaut werden. Die Betreuung und Unterstützung in allen Arbeitsschritten ist durch Mitarbeitende der Abteilung sichergestellt.
Nährstofffreisetzung aus Biochar und Terra Preta
Problemstellung und Hintergrund
Vielfältige Erfahrungen aus der Landwirtschaft belegen, dass der Einsatz von Biochar (Pflanzenkohle) und Terra Preta (hier verstanden als Gemisch von Pflanzenkohle mit unverkohltem organischem Material) positive Wirkung auf Böden und damit die Vitalität und Wuchsleistung von Pflanzen hat. Im Forstbereich gibt es demgegenüber bislang nur wenige praktische Erfahrungen mit dem Einsatz von Pflanzenkohle oder Terra Preta. In einem aktuell laufenden Feldversuch untersucht die FVA, ob der Einsatz von Biochar die Nährstoffausstattung und die Wasserhaltefähigkeit des Bodens nachhaltig verbessert und damit die Überlebensrate von Anpflanzungen erhöhen kann. Die Masterarbeit soll zu der Feldstudie beitragen, indem sie die Freisetzung von Nährstoffen aus der Biochar bzw. Terra Preta untersucht und damit auch eine Prognose der zeitlichen Andauer von Wirkeffekten ermöglicht.
Arbeitsprogramm
An verschiedenen Mischungen von Boden und Holzkohle und Terra Preta sollen Perkolationsversuche im Labor durchgeführt werden, mit Hilfe derer die Freisetzung von Nährstoffen aus den Substratmischungen untersucht werden soll. Hierfür werden verschiedene Substratmischungen aus Boden der zwei Versuchsflächen und Holzkohle bzw. Terra Preta hergestellt und naturnah in Plexiglaszylinder verfüllt. Durch eine schrittweise Bewässerung mit Niederschlagswasser wird ein Bodensickerwasserfluss generiert, der am unteren Zylinderende aufgefangen und anschließend bzgl. seiner chemischen Zusammensetzung analysiert wird. Mit Hilfe statistischer Auswertungen der Versuchsreihen soll analysiert werden, wie die Zusammensetzung des Substratgemischs die Bodenlösung beeinflusst und wie die Lösungsdynamik mit zunehmender beaufschlagter Gesamtniederschlagsmegne ist.
Anforderungen
Für die Arbeit im Labor ist ein sehr sorgfältiges und selbständiges Arbeiten unerlässlich. Bei der Auswertung der Messdaten sind gute Kenntnisse in R hilfreich, diese können aber auch im Rahmen der Masterarbeit ausgebaut werden. Die Betreuung und Unterstützung in allen Arbeitsschritten ist durch Mitarbeitende der Abteilung sichergestellt.
Hotspots der Abflusskonzentration – Potenzialanalyse für den dezentralen Wasserrückhalt in bewaldeten Einzugsgebieten (M. Sc.)
Problemstellung und Arbeitshypothesen
Das forstliche Wegenetz ist eine wichtige Ursache für die Konzentration von Oberflächenabfluss in Wäldern. Wegebegleitgräben führen das abgeleitete Wegewasser sehr schnell unterliegenden Fließgewässern zu, wodurch sie zur Beschleunigung und Erhöhung von Hochwasserspitzen beitragen. Gleichzeitig wird dadurch auch der Anteil des Niederschlags, der in den Waldboden infiltrieren kann, reduziert. Ein dezentraler Rückhalt von Niederschlagswasser bzw. Oberflächenwasser kann dazu beitragen, die Hochwasserentstehung aus Waldgebieten abzumildern und zu verzögern und zugleich die Bodenwasserverfügbarkeit für Waldbestände verbessern.
Der steigende Anteil wassergebundener Wege hat in den letzten Jahren zu einer Erhöhung der Unterhaltungskosten für das forstliche Wegenetz geführt. Ursächlich hierfür ist häufig eine mangelhafte Ableitung des Wegewassers, unter anderem durch eine nicht optimale Platzierung von Dolen. Eine optimierte Ableitung des Wegewassers und eine gezielte Wiederversickerung in geeignete Waldbestände führen somit nicht nur zu den oben beschriebenen Verbesserungen des Gebietswasserhaushalts, sondern haben gleichzeitig auch ökonomische Relevanz, indem Erosionsschäden an Wegekörpern vermieden und Wegeunterhaltungskosten reduziert werden können.
Arbeitsprogramm
In einer Modellregion sollen Methoden für die Identifikation von Hotspots der Abflusskonzentration und für die Optimierung der Wegeentwässerung erarbeitet werden.
Mit Hilfe einer GIS-gestützten Analyse des Wegenetzes sollen zunächst Hotspots der Abflussentstehung und -konzentration identifiziert werden. Hierfür werden neueste Verfahren der Analyse von Oberflächentopographien verwendet, die es ermöglichen, auch sehr kleinteilige Linienstrukturen (Wege, Entwässerungsgräben, Rückegassen) in überschirmten Gebieten zu identifizieren (Freuler 2022). Auf der Basis dieser Strukturen werden für komplette Wassereinzugsgebiete in der Modellregion die oberirdischen Fließpfade und die Abflusskonzentration modelliert. Es sollen hierfür weitgehend automatisierte Routinen entwickelt werden, die es perspektivisch ermöglichen, auch in großen Gebieten kritische Bereiche im Hinblick auf Abflusskonzentration und Erosion zu identifizieren.
In ausgewählten Bereichen mit hoher Abflusskonzentration wird das Wegenetz im Hinblick auf eine optimierte Wegeentwässerung und Wiederversickerung von Wegewasser in angrenzende Waldbestände untersucht. Hierfür werden neben der kleinsträumigen Topographie auch die lokalen Bodeneigenschaften (Wasserinfiltrations- und -speicherkapazität) sowie die vorhandenen Waldbestände berücksichtigt. Verschiedene bauliche Lösungen zur Wegewasserableitung sollen mit Hilfe einer hydraulischen Modellierung (z. B. LISEM) im Hinblick auf deren hydraulische Wirksamkeit (Verringerung von Oberflächenabfluss auf den Wegekörpern, Erhöhung der Infiltration in den Waldbestand) verglichen werden.
Anforderungen
Sehr gute Kenntnisse in R und einer GIS-Software (ArcGIS, QGIS) erforderlich. Kenntnisse in hydraulischer Modellierung von Vorteil, können aber auch während der Arbeit erworben werden. Die Betreuung und Unterstützung in allen Arbeitsschritten ist sichergestellt. Die Arbeiten erfolgen in enger Absprache mit der beteiligten unteren Forstbehörde.