Wikiversity:Fellow-Programm Freies Wissen/Einreichungen/Auswirkungen von Wasserstau auf den Nährstoffgehalt in kleinen Fließgewässern im Kontext des Gewässernetzes

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Auswirkungen von Wasserstau auf den Nährstoffgehalt in kleinen Fließgewässern im Kontext des Gewässernetzes[Bearbeiten]

Projektbeschreibung[Bearbeiten]

Forschendes Lehren und Open Science

Ziel: Untersuchung des Nährstoffhaushalts anhand der Gehalte von Nitrat und gelöstem organischen Kohlenstoff (DOC) in einem kleinen Gewässernetz in einem forstwirtschaftlich genutzten Waldgebiet unter Berücksichtigung der hydrologischen Konnektivität im Fließgewässer.

Frage: Welche Auswirkungen hat ein Wasserstau im Längsverlauf kleiner Oberlaufbäche auf den Gehalt gelöster Nährstoffe wie Nitrat und Kohlenstoff (TOC, DOC, POC) im Vergleich zum Gewässernetz?

Untersuchungsgebiet: Marburger Universitätswald (auch Universitätsforst bei Caldern); Flächeneigner ist die Philipps-Universität Marburg. Bewirtschaftet wird die 212 ha große Fläche vom Staatsbetrieb Hessen-Forst. Gewässerstrukturelle Defizite wurden im Gebiet bereits über eine Bachelorarbeit erfasst und analysiert. Außerdem soll das Gewässernetz langfristig und kontinuierlich hydrologisch bemessen werden (Messung von Abfluss und Wasserstand); Eine Instrumentierung befindet sich im Aufbau. Das Gewässernetz des sog. Grubenbachs wird durch drei Konfluenzpunkte mit einfacher, zweiteiliger Aufgabelung aufgebaut. Der Grubenbach mündet als rechtsseitiges Nebengewässer nach der Ortschaft Caldern in die Lahn (geogr. Koordinaten des Konfluenzpunktes: 50°50'49.5"N, 8°40'58.5"E). Ein kleiner Quellbachzufluss des Grubenbaches wurde im Oberlauf durch mehrere kleine Tümpelbereiche gestaut, d.h. das Abflussregime wurde dahingehend geändert, dass in diesem 100m-Fließgewässerabschnitt die Verweilzeit des Wasser durch Stillwasserbereiche erhöht wurde. Das Gebiet wird bereits als eine Art Freiland-Labor im Masterstudiengang „Physische Geographie“ genutzt, wobei jeweils im Sommersemester alle Fachdisziplinen, vertreten durch unterschiedliche Arbeitsgruppen am Fachbereich Geographie (Biogeographie, Bodengeographie, Hydrogeographie, Klimatologie, Geomorphologie, Fernerkundung und Umweltmodellierung) Teilprojekte in einem gemeinsamen Curriculum absolvieren.

Methoden: Probennahme als Snapshot Sampling, d.h. vor und nach einem Konfluenzpunkt sowie den Quellaustritten und dem Gebietsauslass (insg. 14 Messpunkte) wird zu einem identischen Termin und zur gleichen Uhrzeit eine Wasserprobe genommen (Schöpfbecher mit Teleskopstange). Die Wasserprobe wird vor Ort mittels eines im Labor zuvor abgewogenen (Präzisionswaage) Glasfaser-filters (70 µm) filtriert. Eine weitere Wasserprobe wird unfiltriert in einer Schraubverschlussflasche (PE) fixiert. Danach werden alle Wasserproben in einer Kühlbox ins Labor gefahren (Fahrtzeit max. 10min.) und unmittelbar zur Analyse aufbereitet. Aufschluss der Nitratprobe erfolgt nach DIN 38405 (Reaktionslösung). Der Nitratgehalt der Proben wird an einem Lichtspektrometer (Fa. Thermo Fisher Scientific) gemessen. Der TOC (totale organische Kohlenstoff) und DOC (gelöste organische Kohlenstoff) -Gehalt wird mittels eines TOC-L Analyzers (Fa. Shimazu) bestimmt. Der Gehalt des POC (partikulärer organischer Kohlenstoff) wird durch erneutes wiegen der zuvor getrockneten Glasfaserfilter aus der Gewichtsdifferenz zum unbenutzten Glasfaserfilter ermittelt. Die Qualität des Kohlenstoffs wird mittels Fluoreszenzspektrometer (Fa. Shimazu) analysiert.

Hypothese/Erwartete Ergebnisse: Der Wasserstau führt im Bereich des Messpunktes im entsprechenden Fließgewässerabschnitt zu einem erhöhten Gehalt an Nitrat und Kohlenstoff. Es wird eine zeitlich (vor allem bei Niedrigwasser) und räumlich (im Bereich des Wasserstaus sowie im bachabwärts unmittelbar angeschlossenen Abschnitt) begrenzte, aber für das Ökosystem nicht unerhebliche Nährstoffbelastung erwartet. Die Belastung ist lokal begrenzt und wird bezogen auf das gesamte Einzugsgebiet, gemessen am Gebietsauslass vernachlässigbar sein . Die durch den Aufstau verursachte gestörte hydrologische Konnektivität (längere Verweilzeit durch Rückhalt im Fließgewässer-Kontinuum) wird eine kontinuierliche Veränderung der Qualität des Kohlenstoffs im Gewässernetz unterbinden.

Vorgehen/Relevanz Open Science: Es wird ein Studierendenteam von mindestens 14 Studierenden bis maximal 28 Studierenden (14 Gruppen je 2 Studierende) gebildet. Ab Oktober 2017 bis Ende Mai 2018 werden einmal in der Woche ein Snaphot Sampling und die anschließende Laboranalyse durchgeführt. Mit Beginn der letzten Mai-Woche 2018 wird eine maximal zwei-wöchige Datenauswertung vorgenommen, wobei mit Beginn der ersten Juni-Woche ein Abschlussbericht (in Gruppenarbeit) bis Ende Juni 2018 erfolgt (Abgabe 29.07.2018). Der Abschlussbericht soll auch Maßnahmenvorschläge beinhalten, die mögliche naturschutzfachliche Handlungsempfehlungen diskutieren. Die Bewertung erfolgt durch die Studierenden selbst, wobei ein cross-open-review-Verfahren angewandt wird, d.h. eine Gruppe begutachtet den Bericht einer anderen Gruppe in einem öffentlichen Review-Prozess (mit vorgegebenem Template und Richtlinien). Die Lehrveranstaltung wird über einen Kurs auf Wikiversität frei zugänglich sein. Die im Projekt erzielten Daten werden in Wikidata dokumentiert. Die Studierenden erwerben mit dem Projekt einmal die Möglichkeit der Anrechnung von Creditpoints (ECTS) für das Bachelor- oder Masterstudium der Physischen Geographie, wobei das Projekt als Projektseminar (B.Sc.) oder Vertiefungsmodul (M.Sc.) oder als Exportmodul (B.Sc. und M.Sc.; auch externe Studierende anderer Studiengänge) angerechnet werden kann. Ferner wird im Modul „Mediale Geographie“ (Prof. Simone Strambach) das Projekt durch eine studentische Arbeitsgruppe über eine Filmdokumention begleitet und die Ergebnisse ebenfalls in den Online-Kurs gestellt (Creative Commons: CC BY-SA 3.0 DE). Die frei zur Verfügung gestellten Daten sollen zu weiteren Forschungen anregen, d.h. es können daraus Abschlussarbeit (Bachelor- oder Masterarbeit) generiert werden oder die Ergebnisse werden in andere Projekte kooperativ integriert und inspirieren andere Fragestellungen der Forschung. Nach Ablauf der Projektzeit werden die Ergebnisse in einem Open Access Journal mit Bezug zu den Umweltwissenschaften mindestens als Short Communication Paper eingereicht. Ferner wird das Projekt in einer Fachbereich19-Werkstatt (offenes Kommunikationsformat am Fachbereich) von den Studierenden als Vortrag präsentiert. Entsprechende Akteure der Forstwirtschaft sind im Plenum beteiligt. Die Diskussion wird einen Prozess frei setzen, wie eine zukünftige nachhaltige Forstbewirtschaftung der universitätseigenen Liegenschaft erfolgt, der naturschutzfachliche Belange stärker in den Kontext einbindet. Ein über die Projektlaufzeit hinaus gehender Mehrwert ist die Initiierung eines Gesprächs- und Planungskreises (Runder Tisch), der seitens des Fachbereichs Geographie der Philipps-Universität Marburg bereits konzipiert wird.

Autor/in[Bearbeiten]

  • Martin Reiss: Namen hier eingeben
  • Philipps-Universität Marburg: Institution hier eingeben
  • reissm@geo.uni-marburg.de: Kontakt (z.B. E-Mailadresse hier eingeben)