Blick vom südlichen Eddy-Turm des MANIP Experimentes über die Dehesa Spaniens in Richtung Norden. Ausgeprägte Kork-und Steineichenhaine in denen Kühe grasen und sich die Iberischen Schweine mit Eicheln vollfressen. Im vorderteil des Bildes ein kleiner Mast mit einem schwenkbaren Strahlungsausleger, der abwechseln über Baum und Grasland misst. Im Hintergrund das Gebirge

MANIP  –  Las Majadas del Tietar (Spanien)

MANIP - MAnipulation NItrogen and Phosphorous

Manipilationsexperiment mit Stickstoff und Phosphor in der Dehesa (Steineichenhaine) Spaniens, mit umfangreichen Messungen des Ökosystems

Beschreibung & Geschichte

Der Standort befindet sich in einem Steineichenhain (Dehesa) in Majadas del Tietar, Caceres, Spanien (39°56′ N; 5°46′ W, 260 m a.s.l.).

Der Boden ist klassifiziert als Cambisol (Dystric) [IUSS Working Group WRB, 2006] und entstanden aus Pliozän‐Miozän Sedimentablagerungen. Das Bodenprofil ist etwa 90 cm tief mit einem Lehmhorizont zwischen 30 and 60 cm; im Gegensatz dazu ist die Textur in den oberen Horizonten sandig (9.3% Lehm, 10.7% Schluff, 80.0% Sand). Der pH-Wert liegt bei ca. 5.6 in den ersten 15 cm. Die organische Bodensubstanz und assoziierte extrahierbare C Fraktionen verringern sich sehr stark in den ersten 15 cm des Bodens.

Das Klima ist Kontinental mediterran mit milden Wintern. Mittlere jährliche Temperaturen liegen bei 16,7°C und der mittlere jährliche Niederschlag beträgt 528 mm, mit weniger als 6% der Niederschläge im Sommer. Gelegentliche Regenereignisse finden an 5 bis 10 Tagen im Sommer eines Jahres statt. Wobei gewöhnlich weniger als 20 mm am Tag fallen.

Die offene Baumschicht (24.8 Bäume ha−1) besteht aus Immergrünen Steineichen (Quercus ilex ssp ballota Lam.) mit gelegentlich eingestreuten Korkeichen (Q. suber L.) und Portugisischen Eichen (Q. faginea Lam.) (<5%). Der Baumkronenanteil beträgt im Schnitt 19,8 %. Die Krautschicht besteht hauptsächlich aus Anuellen (Vulpia bromoides (L.) SF Grey; V. geniculata (L.) Link; Trifolium subterraneum L., Ornithopus compressus L.), die bis Ende May verwelken.

Der Standort dort wird für die traditionellen Waldweidewirtschaft (Kühe und Iberische Schweine) genutzt (see Lopez‐Sangil et al. [2011]).

Im März 2014 wurden für Eddy Kovarianz-Messungen zwei neue identische Messtürme errichtet und Flächen für Kammermessungen ausgewiesen und entsprechend prepariert. Ein dritter kleiner Turm, ein sogenannter „subcanopy eddy covariance tower“ wurde im Juni 2014 gebaut.

Im Spätherbst 2014 fand das umfangreiche Einbringen von Bodensensoren statt, sowie der Aufbau eines kleineren Turmes für Meteorologische Zwecke, an dessen Standort eventuell ein weiterer Eddyturm geplant ist.

Die Vegetationsperiode 2014 dient als Status Quo, bevor das eigentliche Manipulationsexperiment 2015 beginnt.

Mitte Oktober 2015: Reise nach Majadas und Aufbau von 6 zusätzlichen Türmen (2 Subcanopy Eddy-türme, 3 Strahlungstürme und ein mobiler Turm in Albuera an einem trockeneren Standort wo weniger Niederschlag fällt) mit deren verschiedene Sensoren.

Standort

Dehesa – beweideter Steineichenhain (Hutewald) der Extremadura
Latitude: 39.94
Longitude: -5.77
Elevation: 260 m a.s.l.

Überblick

  • Seit 2014
  • Eddy Kovarianz (CO2, H2O); (CEAM-Eddy seit 2003)
  • MaNip - Freilandmanipulationsexperiment (Feuchtegradient/ Nährstoffgradient)
  • Baumwachstum
  • Meteorologie
  • Bodenverhältnisse
  • Unterschiede Licht/ Schatten
  • Kammermessungen
  • Lysimeter

Projekte

  • MANIP- BAIE
  • Fluxpec
  • Biospec

Zusammenarbeit

CEAM – Dr. Arnaud Carrara, wissenschaftlicher PI; Ramón Lopez, Industrieingenieur/ Techniker

Variablen & Instrumente

Flüsse

  • Eddy covarianz - CH4, CO2, Wasserdampf, Momentum, Wärmestrom (USA-1, LI7500 und Los Gatos)
  • Subcanopy Eddy
  • Profil in 7 Höhen - CO2, Wasserdampf

Meteorologie

  • Windgeschwindigkeit und Windrichtung – Ultraschall Anemometer USA-1, Metek
  • Luftdruck - Druckgeber 61302V, Young
  • Lufttemperatur und Luftfeuchte - Temperatur-Feuchte-Sensor KPK1_5-ME, Mela
  • Niederschlag - Kippschaufel-Niederschlagsmesser, Thies
  • Solarstrahlung - Strahlungsbilanzsensor CNR4, Kipp & Zonen
  • Terrestrische Strahlung - Strahlungsbilanzsensor CNR4, Kipp & Zonen
  • Fotosynthetisch aktive Strahlung - PAR Sensor PQS1, Kipp & Zonen

Bodenverhältnisse

  • Bodentemperatur – Bodentemperatursensoren PT100, home-made
  • Bodenfeuchte (Voruntersuchung) - Bodenfeuchtesonde ML-2x, Delta-T
  • Bodenfeuchte (Raster)- Soil Moisture Probe EnviroSCAN , Sentek Easy AG
  • Boden Temperaturprofil (5, 10, 20, 30, 50 & 100 cm) - Bodentemperatur Profilsonde Th3, UMS

Datenerfassung

  • Meteorologische Daten - Datenlogger CR3000, Campbell Scientific
  • CO2 –Profil Daten - Datenlogger CR3000, Campbell Scientific
  • Bodensensoren Daten - Datenlogger CR3000, Campbell Scientific
  • Flussdaten – Industrierechner
  • Vegetation - Digitalkamera

Publikationen

Casals, P., L. Lopez‐Sangil, A. Carrara, C. Gimeno, and S. Nogués (2011). Autotrophic and heterotrophic contributions to short‐term soil CO2 efflux following simulated summer precipitation pulses in a Mediterranean dehesa. Global Biogeochem. Cycles, 25, GB3012, doi:10.1029/2010GB003973.

Lopez‐Sangil, L., J. Rousk, H. Wallander, and P. Casals (2011). Microbial growth rate measurements reveal that land‐use abandonment promotes a fungal dominance of SOM decomposition in grazed Mediterranean ecosystems. Biol. Fertil. Soils, 47, 129–138, doi:10.1007/s00374-010-0510-8.

MANIP – MAnipulation NItrogen and Phosphorous

Einführung

Ein langfristiges experimentelles Projekt zielt darauf ab, die Reaktionen verschiedener Eddy-Kovarianz-Standorte (EC) auf die Nährstoffbelastung (hauptsächlich N und P) und die Wasserverfügbarkeit, auf Kohlenstoff- und Wasserflüsse auf Ökosystemebene und deren interannuelle Variabilität zu verstehen. Drei Schwerpunkte des Projekts sind das Verständnis der ökosystemphysiologischen Reaktion auf eine sich ändernde N/P-Stöchiometrie und Wasserverfügbarkeit, die strukturelle und physiologische Phänologie von Baum-Gras-Systemen sowie Bodenprozesse und -eigenschaften.
Die Versuchsstandorte wurden im Frühjahr 2014 eingerichtet. Das Projekt gliedert sich in zwei Fragestellungen. Die erste konzentriert sich auf die Auswirkungen der N/P-Verfügbarkeit auf die Funktionsweise und Struktur von Ökosystemen und wird hauptsächlich im "WET"-Cluster in Majadas del Tietar, Spanien (~650 mm Jahresniederschlag) durchgeführt. Die zweite Studie befasst sich mit den Auswirkungen der unterschiedlichen Wasserverfügbarkeit auf die Funktionsweise und Phänologie des Ökosystems, wobei die Ökosystemflüsse und die Phänologie an den "WET"- und "DRY"-Standorten untersucht werden.

"WET"-Cluster

Der WET-Cluster ist mit einem bestehenden langfristigen EG-Standort verbunden, der mehr Informationen über die Geschichte des Standorts und die verfügbaren Zeitreihen liefert, was dazu beiträgt, eine "Basislinie" für die Größenordnung und die interannuelle Variabilität der C-, Wasser- und Energieflüsse zu erstellen. Die Standorte werden so ausgewählt, dass sie ähnliche Nährstoffbedingungen, chemisch-physikalische Bodeneigenschaften, Baumkronenstruktur und Stöchiometrie der verschiedenen Vegetationsbestände aufweisen. Der "WET"-Standort ist eine mediterrane Savanne in Majadas del Tietar (Extramadura, Spanien) (Abbildung 1). Die mittlere Jahrestemperatur beträgt 16˚C, der mittlere Jahresniederschlag liegt bei etwa 650 mm, wovon der größte Teil von November bis Mai fällt, mit einem sehr trockenen Sommer. Die Flächen bestehen aus wenig intensiv weidenden Kühen, einzelnen Eichen und offenem Grasland. Die Krautschicht besteht hauptsächlich aus einjährigen Arten mit einem Anteil von Gräsern, Kräutern und Hülsenfrüchten auf dem Höhepunkt der Vegetationsperiode von 84%, 15% bzw. ~1%. Die verschiedenen Pflanzenarten zeigen im Jahresverlauf eine unterschiedliche Phänologie. Die Bodentextur der oberen Bodenhorizonte bis zu einer Tiefe von 30 bis 60 cm ist sandiger Lehm oder lehmiger Sand (SL oder LS gemäß den FAO-Richtlinien für die Bodenbeschreibung). Im tieferen Unterboden nimmt der Tongehalt zu, was zu einer tonhaltigen Lehmtextur (CL) führt. Das im November 2013 gemessene durchschnittliche N/P-Verhältnis der Vegetation beträgt etwa 14 für Bäume und 9,1 für krautige Pflanzen.

Im N-ADD und NP-ADD wurden im März 2014 2 Eddy-Kovarianz-Flusstürme installiert. In der ersten Phase des Experiments, die derzeit läuft, werden EC-Messungen ohne jegliche Manipulation des Ökosystems durchgeführt, um mögliche systematische Unterschiede zwischen C- und Wasserflüssen an verschiedenen Standorten zu bewerten. Nach der Auswertung dieser ersten Phase werden zwei Grundflächen durch Zugabe von N und NP manipuliert. An jedem Standort werden Digitalkameras zur Überwachung der Phänologie und der Weideaktivität, Spektrometer und Saftflussmesser installiert. Am Hauptstandort wurden außerdem drei automatische gewogene Lysimiter-Stationen und ein EC-System unter den Baumkronen installiert.

Cluster "DRY"

Im DRY-Cluster ist geplant, einen mobilen EC-Turm zu errichten und nach dem ersten Jahr der Messungen ein dauerhaftes System und einen beweglichen Turm zu errichten. Das im Sommer und Herbst 2014 durchgeführte Screening der Standorte ermöglichte es, potenzielle Standorte zu ermitteln. Derzeit wurde ein Standort ausgewählt und im November 2014 wurde eine Messstation installiert, um die Niederschlags- und Windverhältnisse zu charakterisieren, die für die Planung der Installation des neuen Eddy-Kovarianz-Standorts erforderlich sind.

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