Nahinfrarotspektroskopie zur Charakterisierung von Sedimenteigenschaften im Nationalpark Donauauen bei Wien

Autor: Felkl, Manuel
Jazyk: němčina
Rok vydání: 2011
DOI: 10.25365/thesis.13448
Popis: Aufgrund der Kostenintensivität und des hohen Zeitaufwandes von herkömmlichen Nährstoffanalysen in Sedimenten sollte im Zuge dieser Arbeit die Umsetzbarkeit nahinfrarotspektroskopischer Methoden zur Bestimmung von Phosphor-, Kohlenstoff- und Stickstoffgehalten in Sedimenten untersucht werden. Ziel ist es die Reproduzierbarkeit und Aussagegenauigkeit der NIRS Methode für diesen Anwendungsbereich zu untersuchen und so speziell für Fragestellungen auf größerer räumlicher Ebene und höherer zeitlicher Auflösung in Fluss-Ausystemen eine adäquate Methode zur Verfügung zu haben. Hierzu wurden im „Nationalpark Donauauen“, einem Augebiet der Donau südöstlich von Wien, in den Jahren 2007 und 2008 Sedimentproben gesammelt und der Gehalt von Phosphor, Kohlenstoff und Stickstoff mittels Standardlabormethoden bestimmt. Auf Basis dieser Referenzwerte und dem von jeder Sedimentprobe aufgenommenen Nahinfrarotspektren wurde mittels chemometrischer Methoden eine Kalibration für jeden untersuchten Parameter erstellt. Mit Hilfe dieser Kalibrationen ist es später möglich, Proben unbekannten Gehalts rasch, kostengünstig und umweltfreundlich zu analysieren. Es konnten sowohl für den organischen Gehalt allgemein, als auch für den organischen Kohlenstoff- bzw. Stickstoffgehalt Kalibrationen erstellt werden, die eine Abschätzung der jeweiligen Konzentrationen im Sediment erlauben. Der organische Phosphorgehalt bzw. die Totalphosphorkonzentration waren aufgrund der geringen Konzentration bzw. der spektralen Eigenschaften dieser Parameter für NIRS Analysen weniger geeignet. Im zweiten Teil dieser Arbeit sollten die organischen und anorganischen Anteile von Kohlenstoff, Phosphor und Stickstoff im Sediment in Abhängigkeit zum hydrologischen Vernetzungsgrad untersucht werden. Ein Großteil der biogeochemischen Umsetzungen in Flussauen findet im, am und in Wechselwirkung mit dem Sediment statt. Um die räumliche Verteilung von Sedimenteigenschaften in Flussauen besser verstehen zu können, müssen diese gemeinsam mit ihrem primären Einflussfaktor, der Hydrologie, untersuchen werden. Die räumliche Verteilung dieser Parameter abhängig vom Grad der Oberflächenanbindung lässt den Schluss zu, dass im Untersuchungsgebiet der oberen Lobau gewässerinterne Prozesse (autochthone Produktion) gegenüber allochthonen Eintrag dominieren. Die höhere hydrologische Konnektivität in Orth ermöglicht hingegen eine größere Dynamik der Stoffumsetzungen. Dies führt zu einem Wechsel von autochthoner Produktion und allochthonen Eintrag als dominierende Materialquelle.
As analysis of nutrient concentrations in sediments by conventional chemical techniques are costly and time consuming, a more efficient and more rapid method, like near infrared spectroscopy (NIRS), was tested and established for further use. Therefore sediment samples from different sites in the “Nationalpark Donauauen”, a floodplain of the Danube southeast of Vienna, were collected and analyzed for phosphorous, carbon and nitrogen concentrations using standard laboratory methods. To predict concentrations of the compounds and elements of interest in further unknown samples I investigated in my thesis research the use of calibration equations, developed by chemometric methods from spectral data compared to results from conventional chemical analysis (reference values) on different samples. NIRS model performance of organic matter content, organic carbon content and organic nitrogen content enable estimations of concentration of these parameters in unknown sediment samples. In contrast NIRS analysis of total and organic phosphorus was less eligible due to the spectral characteristics and accordingly low concentrations of these two parameters. In the second part of this work I investigated how the spatial variation of organic and inorganic phosphorous, carbon and nitrogen in sediments is linked with the hydromorphological conditions in different floodplain reaches. A significant portion of biogeochemical fluxes and nutrient cycles in riverine floodplains proceeds within and in interaction with the sediment. For a better understanding of the spatial variation of sediment properties in riverine floodplain reaches it is necessary to determine these properties linked to the hydrology as their most important driver. The spatial distribution of the investigated sediment parameters indicates dominant autochthonous sources in the sampling sites of the upper parts of “Untere Lobau” and accordingly shifting between autochthonous sources/allochthonous inputs due to more frequent and intense surface water connectivity in the floodplain area of “Orth”.
Databáze: OpenAIRE
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