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In der Praxis der Braunkohlegewinnung im Lausitzer Tagebaurevier werden natürlich gewachsene Böden in den betroffenen Gebieten zerstört. In der Folge entwickeln sich aus den verkippten Substraten nährstoffarme Rohböden, auf deren Oberflächen als erste Pioniere zumeist Grünalgen, Moose, Flechten und Bakterien siedeln, welche die obersten Bodenpartikel vernetzen und so biologische Bodenkrusten ausbilden. Diese Biokrusten stabilisieren die durch spärliche Vegetation gekennzeichneten Rekultivierungsflächen, wirken erosionshemmend und beeinflussen die Hydrologie und Wasserumverteilung der oberen Bodenschicht. Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung von unterschiedlichen Sukzessionsstadien von Biokrusten auf zwei Rekultivierungsflächen der Bergbaufolgelandschaft in der Niederlausitz, die durch unterschiedliche Substrateigenschaften, Topographie und Rekultivierungszeiten gekennzeichnet sind. Auf einer künstlichen Sanddüne und einer tertiären Fläche wurden Krustentypen hinsichtlich einer divergenten Artenausprägung und den damit verbundenen funktionellen Eigenschaften untersucht. Parameter der Photosynthese wurden hinsichtlich ihrer Bedeutung für die Charakterisierung und Funktion der Biokrusten analysiert. Des Weiteren wurde der Einfluss der Biokrusten auf den Kohlenstoff- und Stickstoffhaushalt der Böden untersucht. Zuletzt sollte festgestellt werden, ob und wie die kleinräumige Mosaikstruktur der Biokrusten die Hydrologie sowie Funktion und Aktivität der Krustenorganismen beeinflusst. In Bezug auf die Artenzusammensetzung der Bodenkrusten konnten auf beiden Standorten Übereinstimmungen als auch Unterschiede festgestellt werden, da es sich bei allen Organismen um ubiquitäre Arten handelte. Auf beiden Standorten fanden sich die Grünalgen Zygogonium und Ulothrix, die Moose Ceratodon und Polytrichum sowie Flechten der Gattung Cladonia. In Schlabendorf wurde aufgrund der längeren Rekultivierungszeit bereits eine höhere Artendichte festgestellt. Das betraf besonders Arten der Flechtengattung Cladonia. Eine standortspezifische Präferenz hinsichtlich des Substrates oder der naturräumlichen Gegebenheiten nicht festgestellt werden konnte. Die Auswertung der ökophysiologischen Parameter ergab einen Anstieg der Chlorophyllgehalte, des Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), der Chlorophyllfluoreszenz sowie der Netto-Photosyntheseraten mit fortschreitender Krustenentwicklung. Der Anstieg der Photosynthese-relevanten Parameter verlief aufgrund der heterogenen Verteilung der Organismen zwischen den Biokrusten des gleichen Sukzessionsstadiums nur in frühen Stadien linear. Die höchste photosynthetische Aktivität wurde bei den Moos-Krusten festgestellt, gefolgt von den Grünalgen-Krusten und den Flechten-Krusten. Das Verhältnis von Brutto-Photosynthese zu Respiration lies den Schluss zu, dass die CO2-Fixierungsrate in den Flechten-Krusten aufgrund der mycobiontischen Respiration niedriger ausfiel. Die Infiltration in den Krusten wurde durch das Vernetzen von Sandpartikeln durch Grünalgen-Filamente und den Verschluss der Porenräume gehemmt. Die Wasserspeicherkapazität nahm jedoch aufgrund des organischen Materials zu. Das Auftreten von Moosen förderte hingegen die Infiltration und verringerte die Wasserhaltekapazität, da Rhizoide das Substrat auflockerten bzw. sich präferentielle Fließwege bildeten. Die C- und N-Gehalte der Krusten nahmen durch den Zuwachs der organischen Biomasse bei fortschreitender Entwicklung zu. In the practice of brown-coal or lignite mining in the Lusatian open-cast mining district, naturally grown soils were destroyed in affected areas. As a result, nutrient poor initial soils were developed from the excavated and dumped material. The new soil surface is mainly colonized by green algae, mosses, liver mosses, lichens and bacteria, which cross-linked the uppermost soil particles and developed biological soil crusts. Biological soil crusts stabilize the soil surface in reclaimed areas, which are characterized by sparse vegetation cover, reduced soil erosion, and influence hydrology and water redistribution on the uppermost soil layer. The aim of this work was the investigation of biocrust types on two reclamation sites with different substrate properties, topography and reclamation time. On an artificial sand dune and on tertiary substrate the soil crust types were investigated regarding their species composition and functional characteristics. Parameters of photosynthesis and their relevance for the functions and characterization of biocrusts were analyzed. Further, the influence of biocrusts on the carbon- and nitrogen budget on the soils was investigated. Last but not least it was determined, if and how the small-scale pattern formation of the biocrusts influenced hydrology as well as function and activity of the biocrust organisms. Regarding the species composition of the biocrusts, similarities as well as variations were detected on both study sites. All determined crust species were ubiquitous organisms. On both sites, the green algae Zygogonium and Ulothrix, the mosses Ceratodon and Polytrichum as well as lichens of the genus Cladonia were found. As a result of the longer reclamation time, a higher amount of lichens of the genus Cladonia was observed. Even various species of the same genus occurred in community, whereby a site-specific preference regarding the substrate or topography was not detected. The evaluation of the ecophysiological parameters showed an increase of the chlorophyll content, Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), chlorophyll fluorescence as well as net-photosynthesis with the succession of biocrusts. The increase of the photosynthesis-relevant parameters was only linear in the early succession stages as a result of the highly heterogenic distribution of the different soil crust organisms between biocrusts of similar developmental stages. The highest photosynthetic activity was detected in the moss-dominated biocrusts, followed by the activity of green-algae-dominated biocrusts and lichen-dominated biocrusts. The ratio of gross photosynthesis to respiration reasoned that the CO2-fixation rate of lichen-dominated biocrusts was lower compared to green algae-dominated biocrusts due to mycobiontic respiration. Infiltration decreased due to pore clogging as a result of the cross-linking of sand particles by green algae filaments. However, the water holding capacity increased with the increase of organic material. In contrast, the occurrence of mosses promoted the infiltration and lowered the water holding capacity, because the rhizoids slightly loosened the substrate and created preferential flow path, respectively. The carbon- and nitrogen content of the biocrusts increased with proceeding biocrust development due to the gain of organic biomass. Developed biocrusts showed already a nitrogen cycle of a developed ecosystem, whereby the gain of biomass led to an increasing nitrogen-content in the subjacent substrate due to nitrification. |
