Methoden zur Ableitung und Parametrisierung von flächenbezogenen Profil- und Horizontdaten

Das Ziel dieser Arbeit besteht in der Entwicklung und Realisierung einer regelbasierten Ableitungsmethode zur Parametrisierung von flächenbezogenen bodenkundlichen Profil- und Horizontdaten mit beschreibenden und stofflichen Kennwerten. Als Zieldatensatz dient die Bodenübersichtskarte des Landes Brandenburg im Maßstab 1:300 000. Die Arbeit beinhaltet neben der eigentlichen Methodenentwicklung eine eingehende Bewertung der zu parametrisierenden Zieldaten (Flächendatenanalyse) und der genutzten Eingangsdaten (Punktdatenanalyse). Aus der Flächendatenanalyse leitet sich eine Auswahl von 291 Flächenbodenformen ab. Sie bilden das Inventar eines Flächenbodenformenarchivs. Innerhalb der Flächendatenanalyse werden methodischen Kennwerten zur Klärung des inhaltlichen Spektrums dienen (Verbreitungsgrad, Strukturtypen). In der Punktdatenanalyse erfolgt anhand von Mindestdatensatzkriterien die Evaluierung der verschiedenen punktbezogenen Eingangsdatenquellen in ihrer Qualität und Quantität. Innerhalb der Ableitungsmethode kommt der Horizontebene eine zentrale Bedeutung zu. In dieser Ebene erfolgt die Verknüpfung zwischen Eingangs- und Zieldatensatz. Es werden methodische Regeln zur Transformation, Harmonisierung Generalisierung und Aggregierung der Daten in ein einheitliches systematisches Kennzeichnungsprinzip definiert. Unter Nutzung des methodischen Ansatzes der Horizont-Substrat-Kombination lassen für die Flächenbodenformen mittlere Parameterwerte ableiten, die auf Wertekollektiven beruhen. Die ermittelten Parameterwerte werden hinsichtlich ihrer Ableitungssicherheit über ein entworfenes vierstufiges Klassifikationsschema bewertet . Im Ergebnis liegt erstmals eine Methode zur Parametrisierung von flächenbeschreibenden Profil- und Horizontdaten vor, die eine Bewertung der Ableitungssicherheit mit einschließt. Die Methodenergebnisse sind in einem Katalog von parametrisierten Flächenbodenformen (Bodenformenarchiv) dokumentiert. Damit ist ein wesentliche Voraussetzung für die Anwendung von bodenkundlichen Auswertemethoden geschaffen.The present thesis aims at development and implementation of a rule-based derivation method for a parameterization of area related pedological soil and horizon data with diagnostic and material parameters. A soil map of the state of Brandenburg in a scale of 1:300 000 is used as a target data record. Beside the development of said method, the present thesis includes a detailed evaluation of the target data (analysis of spatial data) to be parameterised, as well as the original data (analysis of point data) which is used. An assortment of 291 different area related soilforms is derived from the analysis of spatial data. They form the inventory of an archive of area related soilforms. Within the analysis of spatial data a set of methodical parameters will clarify the spectrum as regards content (rate of extension, soil patterns). Within the analysis of point data the different point related original data sources are evaluated with respect to their quality and quantity with criteria of minimum data records. The horizon plane is of special importance to the derivation method. The link between original and target datasets takes place in this plane. Methodical rules are defined for the transformation, harmonization, generalization and aggregation of the data into a standard marking principle. Using the methodic approach of the horizon-substratum-combination average parameter-values for the area related soilforms can be derived, wherein the parameter-values are based on value-collectives. The determined parameters are evaluated with respect to their derivative reliability by means of a developed four-stage classification scheme. As a result, for the first time a method for the parameterization of area describing soil and horizon data is available, which includes an evaluation of the average derivative reliability. The results of the method are documented in a catalogue of parameterized area related soil forms (soilform archive). Thus, a substantial precondition is provided for the use of a variety of pedological evaluation methods

Der fachübergreifende Unterricht in der bayerischen Hauptschule

The study aimed at finding a correspondence between the pros and cons of multidisciplinary instruction as described in literature and the practical experiences of teachers. For this purpose 1060 teachers of Bavarian extended elementary schools teaching the combination of subjects history/social studies/geography were interviewed. The most important result is the fact that the disadvantages of multidisciplinary instruction as described in literature were clearly confirmed by the practical experience of the interviewed teachers. The following subjects were most frequently criticised: • a time budget too small to allow an expedient learning of methods, in particular reading a map • the fact that there is no connection between the individual curriculae, which would be necessary for multidisciplinary instruction • the unequal weighting which the individual subjects experience, by which particularly geography suffers • the fact, that the scientific, didactic and methodical competences of the teachers are restricted to one subject only. In contrast to this, advantages described in theoretical literature could hardly be confirmed. Especially two aspects were unequivocally assessed as positive, which are not conclusively a result of multidisciplinary instruction: • the fact that as a result of combining the three subjects pupils perceive the instruction as more varied • the abolition of the existing one-hour classes and the associated smaller number of achievement tests

Carbon stock in hydromorphic soils of the North-Eastern Part of Germany

Changing climatic conditions in Germany mainly affect hydromorphic soils formed by groundwater. They offer comparatively high carbon contents and, as the only soil group, also accumulate C in the subsoil. The assessment of the storage capacity of these soils is essential to assign 'risk areas' according to national (German Federal Soil Protection Act, 1998) and international (EU Soil Protection Strategy, 2006) soil protection requirements. An appropriate water management enables preservation and protection of the soil organic matter in hydromorphic soils. Both aims, as a part of resource protection, require knowledge of the carbon stock of the soils and the transformation of area restricted results to a regional scale. Assessments comprise of two steps: in the first step, the carbon content of so-called horizon-substrate-combinations (HSC) for profiles of the dominant soil of a soil mapping unit is determined. This method is based on the hypothesis, that comparable soil properties are formed by equal soil substrates and pedogenetic processes. In the second step, the results are assigned to the profiles of the dominant soil of the soil mapping unit and extended to spatial polygons of functional maps. Carbon stock of hydromorphic soils is determined for the federal state Brandenburg, located in the northeast of Germany. Brandenburg is characterised by a percentage of 40 % hydromorphic soils of the country's territory and features a high vulnerability according to studies concerning climate change. The authors offer a proposal for the assignment of 'risk areas' and management principles for hydromorphic soils

Bodenklassifizierung nach WRB mit Bodendaten nach Kartieranleitung

Die internationale Bodenklassifikation World Reference Base for Soil Resources (WRB) wird in der internationalen fachlichen wie administrativen Arbeit zur Benennung von Böden verwendet. Die Klassifizierung erfolgt nicht wie in der deutschen Bodensystematik aufgrund der Folge der im Profil vorkommenden morphogenetischen Horizonte, sondern durch Betrachtung des Gesamtprofils hinsichtlich unterschiedlicher Eigenschaften. Dies führt zu Problemen mit in Datenbanken abgelegten Bodendaten, die allgemein neben den Profilmerkmalen morphogenetische Horizonte beschreiben. Einige dieser Probleme werden beispielhaft vorgestellt, darunter die Festlegung der Grenzen diagnostischer Horizonte, sei es wegen der Art der Beschreibung der Horizontgrenzen, unscharfer Definitionen in der WRB oder wegen der Datenstrukturen der Bodendatenbanken, und die Problematik des abrupten Bodenartenwechsels. Es wird ein algorithmen-basierter Ansatz vorgestellt, mit dem die diagnostischen Horizonte, Materialien und Eigenschaften der WRB sowie die für die Benennung benötigten Namensbestandteile Referenzbodengruppe, Qualifier und Specifier aus den Profilbeschrieb-Daten nach KA5 und Labordaten ermittelt werden können. Die Algorithmen sind so angelegt, dass die Einzelparameter in absteigender Reihenfolge der Zuverlässigkeit für die Ableitung abgefragt werden. Mithilfe von im Gelände nach KA5 beschriebenen und nach WRB klassifizierten Fahlerdeprofilen aus Brandenburg wird die Zuverlässigkeit der Ableitungen geprüft. In einem Ausblick sollen mögliche Konsequenzen der Arbeiten für eine Verbesserung der Klassifikation ebenso diskutiert werden wie Vorschläge zur Verbesserung der Datenaufnahme, um eine Klassifizierung nach WRB zu vereinfachen

Ableitungsschlüssel WRB 2007 aus Bodendaten nach KA 5

Bodennamen nach World Reference Base for Soil Resources (WRB) werden automa-tisiert aus Profilbeschrieben nach Boden-kundlicher Kartieranleitung (Ad-hoc AG BODEN 2005, weiter als KA 5) und Labor-daten abgeleitet. Die Datenbankanwen-dung wurde mit einen umfangreichen Pro-fildatensatz aus dem Fachinformations-system Bodengeologie des Landesamtes für Bergbau, Geologie und Rohstoffe Bran-denburg getestet. Über 90 Prozent richtig erkannte Diagnostika und Namenselemen-te der WRB zeigen das Potential des im-plementierten Verfahrens. Die MS Access-Anwendung ist frei zugänglich unter: www.bgr.bund.de/uebersetzungsschluessel

Hyperspectral and Chlorophyll Fluorescence Imaging to Analyse the Impact of Fusarium culmorum on the Photosynthetic Integrity of Infected Wheat Ears

Head blight on wheat, caused by Fusarium spp., is a serious problem for both farmers and food production due to the concomitant production of highly toxic mycotoxins in infected cereals. For selective mycotoxin analyses, information about the on-field status of infestation would be helpful. Early symptom detection directly on ears, together with the corresponding geographic position, would be important for selective harvesting. Hence, the capabilities of various digital imaging methods to detect head blight disease on winter wheat were tested. Time series of images of healthy and artificially Fusarium-infected ears were recorded with a laboratory hyperspectral imaging system (wavelength range: 400 nm to 1,000 nm). Disease-specific spectral signatures were evaluated with an imaging software. Applying the ‘Spectral Angle Mapper’ method, healthy and infected ear tissue could be clearly classified. Simultaneously, chlorophyll fluorescence imaging of healthy and infected ears, and visual rating of the severity of disease was performed. Between six and eleven days after artificial inoculation, photosynthetic efficiency of infected compared to healthy ears decreased. The severity of disease highly correlated with photosynthetic efficiency. Above an infection limit of 5% severity of disease, chlorophyll fluorescence imaging reliably recognised infected ears. With this technique, differentiation of the severity of disease was successful in steps of 10%. Depending on the quality of chosen regions of interests, hyperspectral imaging readily detects head blight 7 d after inoculation up to a severity of disease of 50%. After beginning of ripening, healthy and diseased ears were hardly distinguishable with the evaluated methods

Verifizierung der Parametrisierung von organischen und mineralischen Horizonten mittels Hauptkomponentenanalyse

Für die Erstellung von flächenhaften thematischen Auswertungskarten für organische und mineralische Böden sind Informationen zu dem Ausgangssubstrat an ausgewählten Punkten, sowie die dort auftretenden Pedogenesen wesentlich. Basis sind dabei die bodenchemischen und bodenphysikalischen Analysedaten zu den Horizonten. Die Schnittstelle bilden hierbei die Horizont-Substrat-Kombinationen (HSK) für die Flächenbodenformen. Diese Klassifizierung geht mit der Ausprägung von ganz spezifischen Bodeneigenschaften einher. Die Erhebung von Analysedaten ist zeit- und kostenaufwendig. Um diese Aufwendungen zu optimieren ist das Ziel dieser Untersuchung, mit Hilfe einer Hauptkomponentenanalyse (Principal Component Analysis – PCA) zu prüfen, inwieweit dieser methodische Ansatz statistisch begründbar ist. Dabei warenim Besonderen folgende Fragestellungen zu beachten: (i) welche physikalischen und/oder chemischen Variablen für die HSK merkmalsbestimmend sind, (ii) welche Variablen weniger relevant sind für die Einteilung und Abgrenzung der HSK und damit ggf. prioritär nicht analysiert werden müssen und (iii) welche alternativen Merkmalsgruppierungen sich ggf. ergeben würde. Da sich die Eigenschaften von organischen und mineralischen Böden fundamental voneinander unterscheiden wurden sie jeweils gesondert analysiert. Für die organischen Horizonte wurde in Ergänzung zu den HSK-Gruppierungen der Zersetzungsgrad der organischen Substrate berücksichtigt, da aufgrund bisheriger eigener als auch internationaler Forschungen auf Moorböden zu erwarten war, dass dieser im Gelände bestimmbarer Parameter einen zusätzlichen merkmalsbestimmenden Einfluss haben wird. Der Vortrag beinhaltet die Auswertungsergebnisse und gibt Empfehlungen für künftige Kartier- und Untersuchungsziele vergleichbarer Böden

Fuchserden in Brandenburg - Vorkommen, Mikromorphologie und Bodenchemie

Fuchserden sind auf sandigen Substraten im Norddeutschen Tiefland lokal auftretende Böden, deren Bezeichnung auf die markant rote Farbe des Unterbodens hinweist. Die Genese der Fuchserden ist bisher noch nicht umfassend geklärt, so dass sie aktuell in der Bodenkundlichen Kartieranleitung nicht berücksichtigt werden. Das Vorkommen der Fuchserden auf post-LGM-zeitlichen Substraten beweist das vergleichsweise junge Alter der Böden. Fuchserden sind demnach kein Relikt der Eem-Warmzeit oder gar des Neogens. Bodenkundlichen Kartierungen deuten darauf hin, dass Fuchserden häufig an charakteristischen Reliefpositionen in der Umgebung von Flüssen oder Gewässern auftreten. Da Fuchserden in Brandenburg meist auf sandigen und damit quarzreichen Substraten beschrieben wurden, weist das Vorkommen der Fuchserden im Relief und die häufige Nähe zu Gewässern auf einen lateralen Eintrag eisenhaltiger Lösungen, die im Rahmen der Fuchserdengenese zu Eisenoxiden umgesetzt werden. Unsere Untersuchungen mittels Mikromorphologie, REM und FTIR belegen, dass neben geringen Anteilen an Goethit, maßgeblich Hämatit für die Rotfärbung des Unterbodens verantwortlich ist. Diese Befunde weisen darauf hin, dass im Hololzän die Rubefizierung nicht auf die Subtropen beschränkt ist, sondern auch in den kühlgemäßigten Klimaten ein aktiver pedogener Prozess im Holozän ist oder zumindest war

Formation, Classification, and Properties of Soils at Two Relict Charcoal Hearth Sites in Brandenburg, Germany

Historical charcoal production can have significant effects on soil properties. We studied soils at former charcoal production sites (relict charcoal hearths, RCHs) and compared these soils with undisturbed soil next to the charcoal hearths and four typical soils on similar parent material located at distances between 10 and 70 km from the RCHs. In a landscape typical of the northern German lowland, we found Podsolige Braunerde [WRB: Brunic Arenosols (Protospodic)] outside of the RCHs and soils with a clearly different stratigraphy within the RCHs. The main feature of the soils at both of the studied RCHs is a heterogeneous, charcoal-bearing deposit that is ~30 cm thick. No indications of translocation or mineral transformation processes, which form distinct soil horizons after the deposition of anthropogenic material on the RCHs, are present. Except for the differences in color and total carbon content, the soil chemistry of the RCHs hardly differs from that of the soil outside of the charcoal hearth sites. The soil colors and magnetic susceptibility values strongly suggest that the RCH substrates and the underlying topsoil were affected by thermally induced transformation of iron (hydr-)oxides. Although the charring procedure normally requires ~2 weeks, the heating effect only reaches to a maximum depth of 8 cm into the buried soil below the charcoal hearths. The presence of reddish soil and an abrupt increase in magnetic susceptibility in the upper 2 cm of the soil below the charcoal hearths indicate the heat-induced transformation of iron (hydr-)oxides into maghemite. Brighter soil color and an increase in soil organic matter (SOM) in the lower parts of the buried topsoil demonstrate the combustion of SOM up to 5 cm depth below the RCH. According to the German Guidelines for Soil Mapping, the soils in the RCHs are classified as Regosols above Braunerde [WRB: Spolic Technosols (Arenic)]. However, because the anthropogenic features of these soil sediments are disregarded in the German Guidelines for Soil Mapping, we suggest adapting the “M” horizon to permit a jM horizon. Thus, the soils in the RCHs could be classified as Kolluviale Braunerde

Heißwasserextrahierbarer Kohlenstoff und Bodenatmung als Parameter zur Abschätzung der potentiellen Kohlenstofffreisetzung aus organischen Böden

Durch Ihre hohen Gehalte an Kohlenstoff (C) und organischer Bodensubstanz (OBS) und besitzen Moorböden eine herausragende Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf. Bei unsachgemäßer Nutzung setzen diese organischen Böden besonders hohe Mengen an C, z.B in Form von CO2 frei. Der labile und aktive Anteil der OBS, der potentiell besonders leicht freigesetzt werden kann, lässt sich allgemein mit dem Parameter heißwasserextrahierbarer Kohlenstoff (Chwe) abschätzen, da diese Fraktion große Mengen leicht umsetzbarer Bestandteile wie etwa hohe Anteile an mikrobieller Biomasse, Einfachzucker oder Ligninmonomere enthält. Bis jetzt ist aber unklar, wie gut sich dieser Parameter zur Ableitung der potentiellen C-Freisetzung aus Moorböden eignet. Für verschiedene Mineralböden konnten bereits enge Korrelationen zwischen dem Chwe und der jeweiligen Bodentamung aufgezeigt werden. Studien zur Beziehung der CO2-Freisetzung und dem Parameter Chwe speziell für organische Böden fehlen bisher. Ziel der vorliegenden Untersuchung war es deshalb, diese möglichen Korrelationen für organische Böden zu untersuchen. Dazu wurde der Chwe an über 50 unterschiedlichen Moorbodensubstraten ermittelt. Hier wurde eine Extraktionsmethode angewandt, welche speziell an die hohen Anteile an OBS angepasst wurde. Daneben wurde die jeweilige Bodenatmung mittels Inkubationsversuchen im Labor gemessen und mit dem Gehalt an Chwe verglichen. Die bisherigen Ergebnisse zeigen mittlere bis hohe Korrelationen zwischen der Bodenatmung und dem Chwe, so dass davon auszugehen ist, dass der Chwe zur Abschätzung einer potentiellen C-Freisetzung auch für organische Böden herangezogen werden kann, um damit die Empfindlichkeit gegenüber Kohlenstoffverlusten beschreiben zu können. Die gewonnenen Daten sollten allerdings durch zusätzliche Untersuchungen, vor allem an bisher nicht genügend berücksichtigten Moorbodensubstraten, weiter überprüft werden