Lehrveranstaltungen

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Studiengang: Bachelor Umweltnaturwissenschaften

Modul: PHY-IGÖ-17, Pedosphäre 2 - Wasser-, Gas- und Stoffhaushalt von Böden

Lehrende: Dr. Sascha Iden

Wann und Wo: Mittwoch 9:45-11:15 Uhr, LK19c.2 (VL); Donnerstag 13:15-14:45 Uhr, LK19c.4 (UE), 14-tägig, Termine im Stud.IP

Umfang: 3 SWS

Prüfungsleistung: Klausur

Qualifikationsziele

Übergeordnetes Ziel der Veranstaltung ist die prozessbasierte Beschreibung des ungestörten Bodens als Basis für das Verständnis des Verhaltens von Wasser und Stoffen im System Boden-Pflanze-Atmosphäre. Nach erfolgreicher Teilnahme der Modulveranstaltungen kennen und verstehen die Studierenden

• die grundlegenden Fachtermini und Methoden der Bodenphysik
• die Bedeutung von Böden für terrestrische biogeochemische Stoffkreisläufe
• die wesentlichen, in Böden ablaufenden physikochemischen und biologischen Prozesse
• die Prinzipien und Kennwerte des Wasser-, Gas- und Stoffhaushalts von Böden
• grundlegende bodenphysikalische und bodenchemische Analysemethoden

Inhalte

1. Einführung - Warum Bodenphysik? Der Boden als Dreiphasensystem
   Organisatorisches, Begriffe Bodenphysik, vadose Zone, bodenphysikalische Anwendungsfelder
2. Der Boden als Dreiphasensystem, Kontinuumstheorie
   Phasen von Böden und ihre Verteilung, Porenraummaße, Dichte der Festsubstanz und Lagerungsdichte, Porosität, repräsentatives Elementarvolumen
3. Die Bodenmatrix
   Mineralische Zusammensetzung der Festphase, Textur, Struktur, Korngrößenverteilung, Korngrößenanalyse
4. Bodenwasser
   Molekülstruktur von Wasser, physikalische Eigenschaften von Wasser, Messung des Wassergehalts, Wasserbilanz, Phaseninteraktionen auf Porenskala, Benetzung, Kapillardruck, Young-Laplace-Gesetz, kapillare Steighöhengleichung, Bodenwasserpotenzial und Potenzialkomponenten, Messung des Wasserpotenzials, Retentionskurve
5. Gesättigter Wasserfluss in Böden und hydraulische Leitfähigkeit
   Darcy-Buckingham-Gesetz, gesättigter Wasserfluss, gesättigte hydraulische Leitfähigkeit
6. Variabel-gesättigter Wasserfluss
   Richards-Gleichung, ungesättigte hydraulische Leitfähigkeit, Infiltration, Evaporation, Wurzelwasseraufnahme und Transpiration
7. Stofftransport im Boden: Grundlagen und Prozesse
   Advektion, molekulare Diffusion, hydrodynamische Dispersion, Abbau, Sorption
8. Stofftransport im Boden: Theorie und Modellierung
   Konvektions-Dispersions-Gleichung (CDE), Piston-Flow-Abschätzungen, Sorption und Retardierung

Lehrbücher

• Jury und Horton: Soil Physics, 6. Auflage. Wiley, New York (in der Bibliothek mehrfach vorhanden)

Ergänzende Literatur

• Durner und Flühler (2005): Hydraulische Eigenschaften
• Durner und Or (2005): Hydraulische Potentialmessung
• Durner und Lipsius (2005): Messung hydraulischer Eigenschaften

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Studiengang: Bachelor Umweltnaturwissenschaften

Modul: PHY-IGÖ-17, Pedosphäre 2 - Wasser-, Gas- und Stoffhaushalt von Böden

Lehrende: Prof. Dr. Magdalena Sut-Lohmann, Dr. Sascha Iden

Technische Unterstützung: Martina Heinrich, Birgit Walter und Ines Andrä

Wann und Wo: Do und Fr 8:15-12:15 Uhr, Labore der Bodenkunde, Start am 6.11.2025

Umfang: 5 LPSWS

Prüfungsleistung: Bericht

Qualifikationsziele

Die Studierenden

• können die im Praktikum angebotenen Versuche unter Anleitung durchführen und Bodenproben im Labor mit bodenphysikalischen und bodenchemischen Standardmethoden untersuchen
• sind in der Lage, die im Praktikum ermittelten Daten quantitativ auszuwerten.
• können die Versuchsergebnisse statistisch aufbereiten und interpretieren.
• können den Hintergrund, die Durchführung der Versuche und die Versuchsergebnisse in einem schriftlichen Protokoll dokumentieren und hierbei die Kompetenzen aus dem Modul "wissenschaftliches Schreiben" erfolgreich einsetzen.
• verstehen es, die im Praktikum erzielten Ergebnisse mit den Inhalten der bodenkundlichen und bodenphysikalischen Grundlagenvorlesungen zu verknüpfen.
• Können die Untersuchungsergebnisse in Hinblick auf bodenkundliche Fragestellungen und die Eignung von Böden für die Landnutzung interpretieren und bewerten.

Inhalte

Ziel des Moduls ist es, durch Anwendung von bodenkundlichen Standardmethoden unterschiedliche Böden aus der Umgebung Braunschweigs (Geest, Börde, Hügelland) bodenphysikalisch und bodenchemisch im Labor zu analysieren. Hierzu werden neben einer Ansprache von Bodenprofilen im Gelände zunächst gestörte und ungestörte Bodenproben durch die Studierenden genommen. Nach einer Vorbereitung der Proben im Labor werden diese Bodenproben dann im Rahmen des Laborpraktikums analysiert. Die bestimmten Parameter bieten die Grundlage für eine bodenökologische Standortcharakterisierung und die Bewertung der Böden im Hinblick auf die Landnutzung. Es werden folgende Versuche durchgeführt:

• Korngrößenanalyse (B1)
• Lagerungsdichte, Porosität, Retentionskurve (B2)
• Gesättigte hydraulische Leitfähigkeit (B3)
• pH-Wert und elektrische Leitfähigkeit (C1)
• Gehalt an organischer Substanz (C2)
• Kalkgehalt
• Bodenfarbe
• Textur mit der Fingerprobe

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Studiengang: Bachelor Umweltnaturwissenschaften

Modul: PHY-IGÖ-06, Modellierung des Wasser-, Energie- und Stofftransports in Böden

Lehrende: Dr. Sascha Iden, Prof. Dr. Ilhan Özgen

Wann und Wo: Mo 9:45-11:15 und Mi 11:30-13:00, LK19c.4

Umfang: 4 SWS

Prüfungsleistung: Poster und Präsentation

Qualifikationsziele

Die Studierenden ...

• kennen die wichtigsten Konzepte zur Beschreibung des Wasser- und Wärmehaushalts sowie des Transports gelöster Substanzen in Böden: Potentialkonzept, Kontinuumtheorie, Definition von Statusvariablen, Definition konstitutiver Beziehungen, Konvektion, Diffusion, Dispersion, stochastisch-konvektiver Stofftransport, Wärmekapazität und Wärmeleitung.
• verstehen die mathematische Darstellung des Wasser- und Wärmehaushalts sowie des Transports gelöster Substanzen in Böden auf der Kontinuumsebene in Form partieller Differentialgleichungen: Kombination von Massenbilanz und Bewegungsgleichung, Richardsgleichung, Konvektions-Dispersions-Gleichung, Wärmehaushaltsgleichung und Gashaushaltsgleichung
• beherrschen Methoden zur analytischen und numerischen Lösung der resultierenden Anfangs-Randwertprobleme: Anfangsbedingungen, Randbedingungen, Definition von Materialeigenschaften, numerische Lösungsverfahren, analytische Lösungen für ausgewählte Szenarien
• kennen die wichtigsten funktionalen Darstellungsweisen der nichtlinearen konstitutiven Beziehungen für den ungesättigten Wasserfluss in Böden: Wassergehalts-Wasserspannungs-Charakteristik, Leitfähigkeitscharakteristik.
• für typische Feldszenarien Prozesse des Wasser- und Wärmehaushalts sowohl phänomenologisch als auch in ihrer Intensität abzuschätzen
• Szenarien des Wasser-, Wärme- und Stofftransports in porösen Medien mit Hilfe geeigneter Softwarewerkzeuge selbständig und quantitativ zu simulieren
• Simulationsergebnisse wissenschaftlich auszuwerten und darzustellen, und die Ergebnisse zu interpretieren und zu bewerten
• ihr Wissen in Hinblick auf die Lösung praktischer Probleme des Boden- und Gewässerschutzes anzuwenden

Inhalte

• Einführung in die Modellierung terrestrischer Prozesse, Modellkategorisierung, Modellbildung
• Mathematische Grundlagen: gewöhnliche Differenzialgleichungen, analytische Lösungen, Numerik gewöhnlicher DGLn, partielle DGLn, Randbedingungen, Anfangsbedingungen
• Gastransport und Gashaushalt von Böden
• Energietransport und Energiehaushalt von Böden
• Wasserfluss im Boden, Infiltration, Verdunstung, Wurzelwasseraufnahme, Wasserhaushaltsmodellierung, Richardsgleichung
• Stofftransport im Boden, Tracertransport, reaktiver Stofftransport, analytische Lösungen
• Transportprozesse in räumlich variablen Systemen, Skalierung, stochastische Heterogenität
• Modellierung des Gas-, Wärme-, Wasser- und Stofftransports mit HYDRUS-1D
• Die Studierenden bearbeiten in Kleingruppen ein Simulationsprojekt unter Nutzung der Software HYDRUS-1D, erstellen ein Poster und präsentieren ihre Ergebnisse im Rahmen eines Symposiums

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Studiengang: Master Umweltnaturwissenschaften und Umweltingenieurwesen

Modul: GEA-STD-48, Environmental Transport: Grundlagen und Modellierung

Lehrende: Dr. Sascha Iden, Prof. Dr. Sylvia Moenickes

Wann und Wo: Fr. 13:15 – 16:30 Uhr, LK19c.4

Umfang: 4 SWS

Prüfungsleistung: Klausur

Qualifikationsziele

• Die Studierenden sind in der Lage, die grundlegenden Prozesse des Verhaltens und des Transports von Substanzen in verschiedenen Umweltkompartimenten wie Wasser, Boden, Aquiferen, Fließgewässern oder Luft auf der Kontinuumsebene konzeptionell zu formulieren und mathematisch über Differenzialgleichungen darzustellen.
• Sie haben Kenntnis der grundlegenden Techniken zur numerischen Lösung der mathematischen Transport- und Verhaltensgleichungen (Finite Differenzen, Finite Elemente-Verfahren).
• Sie kennen die Prinzipien der Prozessparametrisierung und Techniken zur Berücksichtigung der geeigneten Rand- und Anfangsbedingungen.
• Sie können Fragestellungen zum Verhalten von Umweltchemikalien mit Hilfe von Simulationsmodellen bearbeiten und die Ergebnisse unter Berücksichtigung der zugrundeliegenden Annahmen interpretieren.
• Des weiteren erlangen die Studierenden grundlegende Kenntnisse in der Numerik

Inhalte

• Einführung in die Modellierung, Ziele, Zweckbestimmung
• Transportprozesse und Flussgleichungen: Wärmeleitung, Darcy-Gesetz, Darcy-Buckingham-Gesetz, Advektion, Diffusion, Dispersion
• Lokale Massen- und Energiebilanz und Kontinuitätsgleichung
• Partielle Differenzialgleichungen: Grundwassergleichung, Richardsgleichung, Wärmehaushaltsgleichung, Advektions-Dispersionsgleichung
• Randbedingungen für Differenzialgleichungen, Typisierung, Anwendung in den Umweltwissenschaften
• Sorption, Retardation und Sorptionskinetik, One-Site und Two-Site-Modell
• Zwei-Regionen-Modell zur Beschreibung präferenziellen Flusses
• Modellierung von Abbauprozessem, Parametrisierung der Abhängigkeit von Abbau- und Bildungsraten von Umweltparametern wie Temperatur und Bodenwassergehalt
• Numerische Lösungsverfahren für partielle Differenzialgleichungen, Finite-Differenzen-Methode, Finite-Elemente-Methode, Finite-Volumen-Methode, numerische Implementierung von Randbedingungen
• Praktische Übungen in Matlab, Comsol und Hydrus zu den Themen: Grundwasserdynamik, Wasserhaushalt von Böden, Gashaushalt von Böden und klimawirksame Spurengase, Wärmehaushalt und Verdunstung, reaktiver Stofftransport in Boden und Grundwasser

Eingesetzte Software

• MATLAB
• COMSOL Multiphysics
• STANMOD

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Studiengang: Master Umweltnaturwissenschaften

Modul: 3328200010, Bodenökologie und Bodennutzung

Lehrende: Prof. Dr. Stefan Schrader

Wann und Wo: Do 15:00-17:00, LK19c.1

Umfang: 1 SWS

Prüfungsleistung: Klausur

Inhalte

Die Studierenden erwerben Verständnis für die bodenökologischen Zusammenhänge bei unterschiedlichen Bodennutzungsformen im Kontext nationaler Gesetzgebung und internationaler vertraglicher Verpflichtung. Sie lernen die Bedeutung des Klimawandels und möglicher Landnutzungsänderungen für die funktionelle Biodiversität im Boden zu erkennen. Sie erlangen Kenntnisse, Rückkopplungsmechanismen zwischen Lebensraumfunktion und Bodennutzung anhand von Indikatorensystemen für Bodenwirbellose zu analysieren und zu bewerten.

Literatur

Skript zur Vorlesung als Lerngrundlage wird gestellt. Folgende Lehrbücher zum Nachschlagen und Vertiefen sind in der UB vorhanden: F. Scheffer, P. Schachtschabel (2002) Lehrbuch der Bodenkunde. 15.Aufl., Spektrum, Heidelberg. U. Gisi (1997) Bodenökologie. 2. Aufl., Thieme, Stuttgart. H.-P. Blume (2004) Handbuch des Bodenschutzes. 3. Aufl., Ecomed, Landsberg am Lech. D.C. Coleman, D.A. Crossley, P.F. Hendrix (2004) Fundamentals of Soil Ecology. 2. Aufl., Elsevier, Amsterdam. P. Lavelle, A.V. Spain (2005) Soil Ecology. Springer, Dordrecht.

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Studiengang: Master Umweltnaturwissenschaften

Modul: 3328200010, Boden als Ökosystem

Lehrende: Dr. Axel Don, Dr. Caroline Buchen-Tschiskale

Wann und Wo: Fr 09:45-11:15 Uhr, LK19c.1

Umfang: 1 SWS

Prüfungsleistung: Klausur

Inhalte und Qualifikationsziele des Moduls

Die Studierenden erwerben Kenntnisse zu bodenökologischen Zusammenhängen im Kontext einer Bodennutzung, dem Einsatz von Isotopen in der biogeochemischen Forschung und zu mikrobiellen Ökosystemprozessen. Schwerpunkte liegen hier zunächst auf der Vermittlung von Grundlagen der Bodenökologie, der Lebensraumfunktion des Bodens, Anpassungsmechanismen von Bodenorganismen und der Produktionsfunktion des Bodens. Die Studierenden erlangen Kenntnisse, Rückkopplungsmechanismen zwischen Lebensraumfunktion und Bodennutzung anhand von Indikatorsystemen für Bodenwirbellose zu analysieren und zu bewerten. Isotope sind wichtige Tracer in der bodenökologischen Forschung, mit deren Hilfe die Transformation und der Verbleib von Substanzen in der Umwelt verfolgt werden können. Die Studierenden lernen anhand aktueller Forschungsbeispiele die Grundlagen und die Anwendung Stabiler Isotope für die Erforschung von C- und N-Kreisläufen.

In der Veranstaltung ‚Microbial Ecosystem Processes‘ (Vorlesungen kombiniert mit Übungen) erwerben die Studierenden Kenntnisse zu den mikrobiellen Aktivitäten in Ökosystemen, mit einem Fokus auf terrestrische Systeme (Böden, Rhizosphären) aber auch mit Bezug auf aquatische und konstruiert Systeme. Die Studierenden lernen dabei wichtige Mikroorganismen und mikrobielle funktionelle Gruppen kennen. Sie erlangen ein Verständnis über die Wechselwirkungen zwischen Umweltfaktoren und mikrobiellen Prozessen und damit Erkenntnisse, wie mikrobielle Aktivitäten gesteuert, genutzt und kontrolliert werden können. Microbial Ecosystem Processes wird auf Englisch durchgeführt.

Übersicht

Studiengang: Master Umweltnaturwissenschaften

Modul: PHY-IGÖ-28, Bodenökologie und nachhaltige Bodennutzung

Lehrende: Prof. Dr. Christoph Tebbe und Dr. Damien Finn

Wann und Wo: Montag, 16:45 bis 18:15 Uhr, LK19c.5

Umfang: 2 SWS

Prüfungsleistung: Klausur

Inhalte und Qualifikationsziele des Moduls

Die Studierenden erwerben Kenntnisse zu bodenökologischen Zusammenhängen, dem Einsatz von Isotopen in der bodenökologischen Forschung und zu mikrobiellen Ökosystemdienstleistungen. Schwerpunkte liegen hier zunächst auf
der Vermittlung von Grundlagen der Bodenökologie, der Lebensraumfunktion des Bodens, der dort vorkommenden Organismen und ihrer Anpassungsstrategien sowie der Produktionsfunktion des Bodens. Isotope sind wichtige Tracer in der bodenökologischen Forschung, mit deren Hilfe die Transformation und der Verbleib von Substanzen in der Umwelt verfolgt werden können. Die Studierenden lernen anhand aktueller Forschungsbei-spiele Methoden zur Ermittlung der
Vielfalt biologische Gemeinschaften, deren Veränderlichkeit und Aktivität, un-ter der Nutzung molekularer Methoden und der Anwendung Stabiler Isotope für die Erforschung von C- und N-Kreisläufen. Sie verstehen die Wechselwirkungen
zwischen biologischen Faktoren, Bodeneigenschaften und Umweltbedingungen, was sie in die Lage versetzt, Strategien zu Voraussagen zur biologischen Aktivitäten in Zusammenhang zukünftiger Umweltveränderungen zu entwickeln.

Übersicht

Studiengang: Master Umweltnaturwissenschaften

Modul: 3328200020, Bodennutzung

Lehrende: Dr. Marc Overbeck

Wann und Wo: Mo 16:45 – 18:15 Uhr (14tägig), LK19c.1

Umfang: 2 SWS

Inhalte

Die Studierenden erlangen einen Überblick über forstwirtschaftliche Grundlagen und der ökologischen, ökonomischen und sozialen Bedeutung von Waldökosystemen in Mitteleuropa. Sie kennen die wichtigsten Aspekte waldbezogener gesetzlicher Regelungen, Organisationsstrukturen und Behandlungsgrundsätze. Die Studierenden kennen die wesentlichen Parameter und Methoden zur Beschreibung, Analyse und Bewertung der Nutz-, Schutz- und Erholungsfunktion mitteleuropäischer Wälder.

Im Rahmen der Übung lernen die Studierenden die wesentlichen Parameter forstwirtschaftlicher Inventurverfahren kennen und können diese im Gelände erfassen. Zudem sind charakteristische Zeigerarten dominierender Waldgesellschaften Mitteleuropas bekannt und das waldbauliche Standortpotenzial kann hinsichtlich Wasserhaushalt und Nährstoffversorgung unter ökologisch-ökonomischen Gesichtspunkten eingeschätzt werden.

Nähere Informationen zum Geoökologischen Kolloquium gibt es auf dieser Webseite ...

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Studiengang: Bachelor Umweltingenieurwesen, Technologie-orientiertes Management

Modul: 3328100000, Ökologie

Lehrende: Harald Biester, Stephan Weber, Ilhan Özgen, M. Sut-Lohmann

Wann und Wo: Mi 15:00 - 16:30, SN 20.2

Umfang: 2 SWS