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:
Reichweite der Anreicherung organischen Bodenkohlenstoffes im Umfeld von liegendem Totholz unter Betrachtung verschiedener Zersetzungsstufen (M.Sc.) - RESERVIERT -
Problemstellung und Arbeitshypothesen
Die Bindung von Kohlenstoff (C) im Wald ist essentiell für einen erfolgreichen Klimaschutz. Das Belassen von Totholz im Wald kann ein wichtiger Faktor für die erhöhte Speicherung von Kohlenstoff in Waldböden sein. Während sich eine Vielzahl von Studien mit den Mechanismen der Zersetzung von Totholz beschäftigen, ist der Verbleib des aus dem Totholz freigesetzten und in den Boden transportierten Kohlenstoffes bisher wenig untersucht.
Im Projekt TotC (https://www.fva-bw.de/top-meta-navigation/fachabteilungen/boden-umwelt/boden-und-klimaschutz/kohlenstoffsequestrierung) werden auf verschiedenen Standorten Bodenproben im Umfeld von liegendem Totholz entnommen. Durch die Analyse der C-Vorräte wird der Beitrag des Totholzes zum C-Pool des Bodens quantifiziert und ein Upscaling des Beitrags von Totholz zum Vorrat an organischer Bodensubstanz auf Bestandesskala ermöglicht.
Um die räumliche Ausdehnung des Totholzeffektes in Abhängigkeit des Zersetzungsgrades zu analysieren sollen im Rahmen der Abschlussarbeit 12 Totholzstämme in unterschiedlichen Zersetzungsstufen beprobt werden. Hierdurch soll im Sinne einer unechten Zeitreihe der Einfluss des Zersetzungsgrades auf den C-Gehalt im Boden betrachtet werden.
Arbeitsprogramm
Der/die Kandidat*in entnimmt volumengetreue Bodenproben im Umfeld von liegenden Totholzstämmen auf einer bereits vorhandenen Untersuchungsfläche des Projektes TotC. Beprobt werden die Zersetzungsstufen 2-5 nach schweizerischem Landesforstinventar LFI 2005 (4 Stufen) in 3-facher Wiederholung (12 Stämme). An jedem Stamm werden auf beiden Längsseiten Bodenproben direkt am Stamm und in Entfernungen von 20 cm und 40 cm entnommen (6 Beprobungspunkte). An jedem Punkt werden sowohl die Humusauflage als auch die Tiefenstufen 0-10 cm und 10-30 cm entnommen (maximal 5 Tiefen). Dies führt in Summe (12x6x5) zu maximal 360 Bodenproben.
Die Proben werden getrocknet, gesiebt und gemahlen. Die anschließende Analyse der Bodenproben erfolgt automatisiert im Labor der FVA. Die gewonnenen C-Konzentrationen bzw. errechneten C-Vorräte werden statistisch sowohl mit der Distanz zum Stamm als auch der Zersetzungsstufe korreliert.
Anforderungen
Für die Probenahme sollte Freude und Motivation an mehrtägiger Geländearbeit im Team vorhanden sein. Der Wille und die Bereitschaft zu eigenverantwortlichem Arbeiten sind vor allem bei der Probenaufbereitung essentiell. Für die Datenauswertung ist der Umgang mit Datenauswertungssoftware (R, SAS, MATLAB) unerlässlich, kann aber mit guter Motivation auch währenddessen erlernt werden. Die Betreuung und Unterstützung in allen Arbeitsschritten ist sichergestellt.
Nährstofffreisetzung aus Biochar und Terra Preta (B.Sc.)
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.
Modellierung der Wirksamkeit von Maßnahmen zum 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. Aufbauend auf eine vorhandene GIS-gestützte Analyse der Topographie und des Wegenetzes sollen zunächst Hotspots der Abflussentstehung und -konzentration identifiziert werden.
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. RoGeR, Steinbrich et al. 2016) im Hinblick auf deren hydraulische Wirksamkeit (Verringerung von Oberflächenabfluss auf den Wegekörpern, Erhöhung der Infiltration in den Waldbestand) verglichen werden.
Anforderungen an die Kandidat*innen
Modellierungskenntnisse, idealerweise mit hydraulischen Modellen, erforderlich. Gute Kenntnisse in R und einer GIS-Software (ArcGIS, QGIS) von Vorteil. Die Betreuung und Unterstützung in allen Arbeitsschritten ist sichergestellt.
Literatur
Steinbrich, A., Leistert, H., Weiler, M. (2016). Model-based quantification of runoff generation processes at high spatial and temporal resolution. Environmental Earth Sciences 75(21).
Katalog von Maßnahmen zum dezentralen Wasserrückhalt im Wald (B.Sc.)
Problemstellung und Hintergrund der Arbeit:
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.
Im Rahmen der Waldstrategie 2050 des Landes Baden-Württembergs soll der Wasserrückhalt in Wäldern gestärkt werden. Neben flächig wirksamen Maßnahmen des Waldumbaus und der Waldbewirtschaftung sollen hierfür kleine dezentrale Einrichtungen zur Speicherung und Wiederversickerung von Wasser (z.B. Versickerungsmulden oder -gräben) eingerichtet werden. In vielen Forstrevieren wurden solche Maßnahmen zum dezentralen Wasserrückhalt bereits durchgeführt. Eine umfassende Dokumentation der Maßnahmen liegt bislang jedoch nicht vor.
Arbeitsprogramm
Die im Bereich der öffentlichen Wälder bereits durchgeführten Maßnahmen sollen mit Hilfe einer Umfrage unter den Revierleitenden erfasst und katalogisiert werden. Zusammen mit einer Literaturstudie zu geeigneten Maßnahmen für den Wasserrückhalt soll ein Maßnahmenkatalog erarbeitet werden, in welchem die Maßnahmen im Hinblick auf ihre gewünschte Wirkung (Hochwasser-/Erosionsschutz), positive und negative sekundäre Wirkungen sowie die Umsetzungserfordernisse (u.a. Aufwand für Einrichtung und Wartung) beschrieben werden. Die Bewertung der Wirkung und Eignung der Maßnahmen soll dabei auch im Hinblick auf die unterschiedlichen Naturräume in Baden-Württemberg (Topographie, Böden, Geologie) eingeschätzt werden.
Anforderungen an die Kandidat*innen
Kontaktfreudigkeit für die Durchführung von Interviews mit Revierleitenden. Führerschein ist von Vorteil, um für einige der Maßnahmen auch eine Fotodokumentation anlegen zu können. Grundkenntnisse in einer GIS-Software (ArcGIS, QGIS) sind für die kartenmäßige Darstellung der Maßnahmen von Vorteil, können aber auch während der Arbeit erworben werden. Die Betreuung und Unterstützung in allen Arbeitsschritten ist sichergestellt.
Beeinflusst Totholz den Wasserhaushalt des Bodens? (B.Sc.)
Problemstellung und Arbeitshypothesen
Die Bindung von Kohlenstoff im Wald (C-Sequestrierung) ist essentiell für einen erfolgreichen Klimaschutz. Das Belassen von Totholz im Wald kann ein wichtiger Faktor für die erhöhte Speicherung von Kohlenstoff in Waldböden sein. Während sich eine Vielzahl von Studien mit der Zersetzung von Totholz beschäftigt, ist der Verbleib des aus dem Totholz freigesetzten und in den Boden transportierten Kohlenstoffs bisher wenig untersucht. Die Speicherdynamiken von Kohlenstoff im Boden sind unter anderem abhängig vom Bodenwasserhaushalt, der wiederum vom Totholz beeinflusst wird. Im Zuge dieser Abschlussarbeit soll daher der Wasserhaushalt unter Totholz im Vergleich zum nicht vom Totholz beeinflussten Boden modelliert werden.
Arbeitsprogramm
Im Projekt TotC (Steigerung der Kohlenstoffsequestrierung in Waldböden durch gezieltes Totholzmanagement) werden die Freisetzungs- und Transportprozesse von in Totholz gebundenem Kohlenstoff auf unterschiedlich stark von Totholz beeinflussten Untersuchungsflächen beobachtet. Unter anderem werden seit 1,5 Jahren kontinuierliche Messungen durchgeführt, um den Austrag gelöster Kohlenstoffverbindungen mit dem Bodensickerwasser abschätzen zu können. Hierfür werden Witterungsgrößen und Bodenfeuchten zeitlich hoch aufgelöst gemessen sowie Bodenwasserproben regelmäßig chemisch analysiert. Mit Hilfe des bisher erhobenen Datensatzes und unter Verwendung des forsthydrologischen Modells LWF-Brook90 soll der Wasserhaushalt modelliert und Unterschiede zwischen den verschiedenen Versuchsflächen analysiert werden.
Anforderungen an die Kandidat*innen
Für die Datenauswertung ist der Umgang mit Datenauswertungssoftware (R, SAS, MATLAB) unerlässlich, kann aber mit guter Motivation auch währenddessen erlernt werden. Eine gewisse Affinität für Datenhandling und für die hydrologische Modellierung sollten vorhanden sein. Die Betreuung und Unterstützung in allen Arbeitsschritten, insbesondere die gründliche Einweisung in das zu verwendende hydrologische Modell, sind sichergestellt.
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