Extensives Monitoring von Stoffflüssen in Waldökosystemen : Dissertation, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Fakultät für Forst- und Umweltwissenschaften

Freiburg im Breisgau

2004

148 S.

37 Abb., 12 Tab., zahlr. Lit. Ang.

Monographie

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Es wurde eine automatisch gesteuerte Ionenaustauscheranlage (IAA) entwickelt, die eine extensive Beprobung über mehrere Wochen bis Monate ermöglicht. Die Wasserinhaltsstoffe werden im Gelände auf Ionenaustauscherharzen akkumuliert und im Labor wieder desorbiert. Somit wird die zeit- und personalaufwändige Probenahme und Laborarbeit wesentlich reduziert und die Analysenanzahl minimiert. Analog zur konventionellen Methode werden Niederschlags- und Sickerwässer in einem Gefäß gesammelt. Die Wassermenge wird kontinuierlich durch eine kapazitive Wasserstandssonde erfasst. Nach vollständiger Befüllung des Gefäßes wird das Wasser über Ionenaustauschersäulen gepumpt. Dabei werden die im Wasser gelösten Kationen und Anionen an die Harze gebunden. Das demineralisierte Wasser wird verworfen. Die ionenbeladenen Säulen werden nach einer Betriebszeit von einigen Wochen bis Monaten im Labor zurückgetauscht. Die Stoffkonzentrationen werden aus den akkumulierten Stoffmengen und gemessenen Wassermengen errechnet. Um einen störungsfreien Betrieb der Anlage zu ermöglichen, wurden geländetaugliche, energiesparende und inerte Bauteile verwendet. Die Anlage ist in einem Schaltschrank untergebracht und kann modular die gängige Technik der Sickerwasser- und Niederschlagsgewinnung erweitern. Durch Laborversuche wurde der quantitative Austausch der Wasserinhaltsstoffe an den Austauscherharzen optimiert. In 107 Versuchsreihen mit Sicker-, Niederschlagswässern und Salzlösungen wurden folgende vier Kationen- und drei Anionenaustauscherharze der Hersteller Rohm & Hass und Merck getestet: Ionenaustauscher I, Amberlite IR-120, Amberjet UP 1400, Amberlite MB 20 (Kationenharz), Ionenaustauscher III, Amberjet IRA-410, Amberlite MB 20 (Anionenharz). Unter den 7 getesteten Austauscherharzen verfügen die Amberlite-Harze IR-120 und IRA-410 über die geeignetsten physikalischen und chemischen Eigenschaften. Die mittleren Wiederfindungsraten bei der Bestimmung von Al3+, Mg2+, Ca+, Na+, Mn+, SO4 2-, NO3- und Cl- liegen zwischen 80% ş 125% und sind für die Anwendung zur extensiven Bilanzierung geeignet. Die extensive Bilanzierungsmethode wurde von April bis Dezember 2003 auf einer Versuchsfläche bei Todtmoos/Südschwarzwald betrieben und anhand der konventionellen Methode validiert. Dabei wurden die Verläufe der Ionenkonzentrationen - gemessen von vier Ionenaustauscheranlagen für Sickerwässer und zwei Anlagen für Niederschlagswässern - den Werten der konventionellen Methode gegenüber gestellt. Die extensive Methode zeigte bei der Bestimmung der Niederschlagskonzentrationen nach dem Mann-Whitney U-Test keine signifikanten Abweichungen zur konventionellen Methode und konnte somit validiert werden. Bei den Sickerwässern war die extensive Methode nicht durchgängig mit der konventionellen Methode übereinstimmend. Abweichungen ergaben sich an einem Standort durch Fehler in der Bestimmung der Wassermengen mit der kapazitiven Sonde. Eine weitere Ursache liegt in den ungewöhnlich niedrigen Sickerwassermengen im extrem trockenen Sommer 2003.