Lehrveranstaltungen

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Studiengang: Bachelor Umweltnaturwissenschaften

Modul: PHY-IGÖ-03, Pedosphäre 1 – Bodenkundliche Grundlagen

Lehrende: Prof. Magdalena Sut-Lohmann

Wann und Wo: Mi 16:45-18:15, LK19c.2

Umfang: 2 SWS

Prüfungsleistung: Klausur

Qualifikationsziele

Nach erfolgreicher Teilnahme der Modulveranstaltungen kennen und verstehen die Studierenden

• die grundlegenden Fachtermini und Methoden der Bodenkunde
• den Zusammenhang zwischen bodenbildenden Faktoren und Prozessen der Bodenbildung, die zur Ausprägung von Bodentypen führen.
• die Systematik, die Verbreitung, die ökologischen Eigenschaften und die wesentlichen Funktionen der wichtigsten Bodentypen in Mitteleuropa.
• ihr Wissen in Hinblick auf Bodenbewertung sowie auf praktische Probleme des Boden- und Gewässerschutzes anzuwenden.

Inhalte

Die Vorlesung dient im Studiengang Geoökologie/Umweltnaturwissenschaften der Vermittlung der Grundlagen der Bodenkunde. Die Studierenden erwerben Kenntnisse zur Entstehung, zu ökologischen Eigenschaften und zu wesentlichen Funktionen von Böden. Nach einer Einführung werden grundlegende Kenntnisse über den Zusammenhang zwischen Ausgangsgestein und Bodenbildung, zur anorganischen und organischen Bodensubstanz, zum Boden als Lebensraum, zur Bodenstruktur, zum Boden-Wasserhaushalt, zu Faktoren und Prozessen der Bodenentwicklung, zum Boden als Ionenaustauscher und Nährstoffspeicher, zu Bodensystematik und –verbreitung sowie zu Bodenbewertung und Bodenschutz vermittelt.

Gliederung

1. Einführung: Böden als Naturkörper, Bodenfruchtbarkeit, Geschichte der Bodenkunde
2. Bodenbildende Gesteine
3. Anorganische Bodensubstanz
4. Organische Bodensubstanz
5. Boden als Lebensraum
6. Bodenstruktur
7. Boden-Wasserhaushalt
8. Faktoren und Prozesse der Bodenentwicklung
9. Boden als Ionenaustauscher
10. Boden als Nährstoffspeicher
11. Bodensystematik und –verbreitung
12. Bodenbewertung und Bodenschutz

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Vorlesung/Übung im Studiengang: Master Umweltnaturwissenschaften

Lehrende: Prof. Magdalena Sut-Lohmann

Wann und Wo: Do 09:45 - 11:15, LK 19c.1

Prüfungsleistung: Final Report

Qualifikationsziele:

Sie erhalten einen Überblick über die spezifischen Eigenschaften von Stadtböden, verschiedene Ausgangsmaterialien, technogene Substrate, Bodenbildungsprozesse und die daraus resultierenden physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften. Themen wie Versiegelung, Kontamination, Ausgangssubstrate und Bodenfunktionen, einschließlich urbaner Landwirtschaft, werden näher erläutert. Der praktische Teil bietet einen praktischen Ansatz, der für das Verständnis der Grundlagen geoökologischer Forschung unerlässlich ist. Die Studierenden lernen Forschungsdesign und -planung, Probenahme, Laborverfahren und die Erstellung eines technischen Berichts.

Inhalte:

Der Vorlesung:

• Ecosystem Services (wichtige Eigenschaften und Funktionen)
• Klassifizierung von urbanen Böden nach WRB (World Reference Base for Soil Resources)
• Herausforderungen bei urbanen Böden (Hitzeinseln, Versiegelung, Kontamination)
• Sanierung und nachhaltige Managementansätze (Schwammstadt, Fernerkundung, Urban Gardening, Bodenverbesserungen)

Der Übung:

• Studiendesign/Problemformulierung
• Bodenprobenahme in der Stadt
• Laboranalysen

Wann und Wo: Do 13:45 - 14:45, LK 19c.5

Qualifizierungsziele

Es werden Kenntnissen zu den Auswirkungen der Bodenbewirtschaftung auf die Umwelt vermittelt. Im Vordergrund stehen Stoffflüsse zwischen Böden und den angrenzenden Kompartimenten Atmosphäre sowie Hydrosphäre.Die Studierenden kennen die gesetzlichen und fachlichen Grundlagen des Bodenschutzes und können Maßnahmen zur Nutzung von Böden im Hinblick auf den Bodenschutz bewerten und ihre Einsatzbereiche einschätzen.

Inhalte

1. Boden als begrenzte Ressource - Notwendigkeit des Bodenschutzes
2. Gesetzliche Grundlagen des Bodenschutzes
3. Schutz vor Bodengefährdungen und -belastungen
    3.1 Bodenerosion
    3.2 Bodenschadverdichtungen
    3.3 Schutz der organischen Bodensubstanz und natürlicher C-Speicher
    3.4 Nährstoffe: Über- und Unterversorgung
    3.5 Bodenversalzung
    3.6 Schadstoffbelastungen durch Schwermetalle und Biozide
    3.7 Bodenversauerung
    3.8 Spezifische Probleme von Technosolen und Anthrosolen
4. Bodenmelioration
5. Sanierung kontaminierter Böden

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Vorlesung und Geländeübung

Studiengang: Master Umweltnaturwissenschaften, 

Modul: Erweiterte Bodenkunde

Lehrende: Prof. Magdalena Sut-Lohmann, Henrike Heinemann

Wann und Wo: Do 08:00 - 09:30 Uhr, LK19c.1

Umfang: 2 SWS

Prüfungsleistung: Klausur (120 Min.) oder mdl. Prüfung (30 Min.), Für die Geländeübungen besteht Anwesenheitspflicht

Qualifikationsziele:

Die Studierenden erwerben Kenntnisse zum Vorkommen und zur Verbreitung der Böden in Norddeutschland.

Die Studierenden werden in der Lage sein, die Faktoren und Prozesse der Landformentwicklung zu erklären.. Die Studierenden sind vertraut mit der Bodenklassifikation, der Kartierung und der Vergesellschaftung von Böden. Im Rahmen der Geländeübungen erlernen sie die Erfassung, Ansprache von Bodenarten, Horizonten und Horizontfolgen und Kartierung norddeutscher Böden.
Die Studierenden erlernen vertiefende Kenntnisse physikalischer Parameter und Prozesse mit Augenmerk auf die Interaktionen zwischen Vegetation und Böden und verstehen die praktischen Implikationen ebendieser.

Inhalte:

Vorlesung

Nährstoffzyklen in terrestrischen Ökosystemen (Vegetation, Böden)Interaktionen der Bodenfestphase mit der Bodenlösung, Wasseraufnahme der Pflanze

Organische Bodensubstanz, Abbau- und Umwandlungsreaktionen in Böden

Schadstoffe und -pfade in Böden, Phytoremediation

Praktische Übungen in Labor und ggf. im Feld

Literatur:

Boden-Pflanze-Interaktionen:

• Scheffer, F. und Schachtschabel, P., 2018, Lehrbuch der Bodenkunde. 17.Aufl., Spektrum, Heidelberg
• Monika Sobotik, Roland K. Eberwein, Gernot Bodner, Rosemarie Stangl, Willibald Loiskandl, 2020, Pflanzenwurzeln

Peter Schopfer, Axel Brennicke, 2006, Pflanzenphysiologie

Wann und Wo?: Di 13:15 - 14:45 LK 19c.2

Inhalte

Die Studierenden erwerben Kenntnisse zum Vorkommen und zur Verbreitung der Böden in Norddeutschland. Sie kennen die ökologischen Eigenschaften sowie die Nutzung und Gefährdung der Böden unter den jeweiligen lokalen Bedingungen. Die Studierenden können die Eignung verschiedener Standorte für die Landnutzung unter Berück-sichtigung der physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften der Böden bewerten. - Geomorphologische Gliederung Mitteleuropas - Beziehungen zwischen Ausgangsgestein und Bodenqualität - Böden Norddeutschlands - Landnutzung, Land- und Forstwirtschaft Neben den physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften der wichtigsten Böden Norddeutschlands werden Kenntnisse zu Bodennutzung, Bodenmelioration (z.B. staunasse und grundwasserbeeinflusste Böden, Podsole) Moor-Kultivierung und -Renaturierung sowie Rekultivierung vermittelt.

Literatur

- Scheffer, F. und Schachtschabel, P., 2002, Lehrbuch der Bodenkunde. 15.Aufl., Spektrum, Heidelberg. - Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, 2016, Bodenatlas Deutschland, Böden in thematischen Karten, Schweizerbart, Stuttgart.

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Termin und Ort: Wird auf Stud.IP bekannt gegeben

Studiengang: Bachelor Umweltnaturwissenschaften

Modul: PHY-IGÖ-03, Pedosphäre 1 – Bodenkundliche Grundlagen

Lehrende: PD Dr. Axel Don

Umfang: 3 GT

Prüfungsleistung: Bericht

Qualifikationsziele

Die Studierenden sind in der Lage:

• Bodenprofile im Gelände unter Nutzung der dafür gängigen Hilfsmittel wissenschaftlich korrekt anzusprechen und zu dokumentieren
• ihr Wissen in Hinblick auf Bodenbewertung sowie auf praktische Probleme des Boden- und Gewässerschutzes anzuwenden.

Inhalte

Vorgehensweise bei der bodenkundlichen Profilansprache. Kennenlernen wichtiger naturräumlicher Einheiten und Bodentypen im Braunschweiger Umland. Wir treffen uns zu den angegebenen Terminen auf dem Parkplatz vor dem Institut, die Rückkehr ist gegen 17.00 Uhr. Bitte denken Sie an Verpflegung, festes Schuhwerk und wetterfeste Kleidung.

Termin und Ort: Wird auf Stud.IP bekannt gegeben

Qualifikationsziele

In der Geländeübung "Forstliche Standortkunde" werden in der Umgebung Braunschweigs auf verschiedenen bodenbildenden Substraten bzw. Böden Beziehungen zwischen Standortqualität und Waldbewirtschaftung hergestellt. Die Studierenden kennen charakteristische Zeigerarten dominierender Waldgesellschaften Mitteleuropas und können das Standortpotenzial hinsichtlich Wasserhaushalt und Nährstoffversorgung unter ökologisch-ökonomischen Gesichtspunkten einschätzen.

Inhalte

Im Rahmen von zwei bis drei ganztägigen Exkursionen werden die Inhalte der Vorlesung „Waldbewirtschaftung in Mitteleuropa“ anhand praktischer Übungen vertieft. Mittels Vegetationsaufnahmen und der Beschreibung von Bodenprofilen werden verschiedene Bestände ökonomisch und ökologisch klassifiziert. Hierauf aufbauend sollen unter Berücksichtigung des Klimwandels verschiedene Entwicklungsmöglichkeiten diskutiert werden.

Leitung

Die Veranstaltung wird von Herrn Dr. Marc Overbeck vom Niedersächsischen Forstplanungsamt angeboten. Herr Dr. Overbeck leitet dort das Dezernat III für Forst-GIS und Standortkartierung.

Qualifikationsziele

Die Studierenden erwerben Fähigkeiten zur Beurteilung von Problemen in verschiedenen Bereichen landwirtschaftlicher Nutzung. Sie werden in die Lage versetzt, Agrarökosysteme, Biodiversität in Agrarlandschaften, durch Landwirtschaft
verursachte lokale und globale Umweltprobleme sowie Strategien umweltschonender Landbewirtschaftung zu bewerten.

Inhalte

- Agrarökosysteme
- Biodiversität in Agrarlandschaften
- Lokale und globale Umweltprobleme durch Landwirtschaft
- Umweltmonitoring in landwirtschaftlichen Systemen
- Strategien und Instrumente nachhaltiger Landnutzung
- Biosicherheit

Wann und Wo?:  Fr 09:45 - 11:15 LK19c.2

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Studiengänge: Master Umweltnaturwissenschaften und Umweltingenieurwesen

Modul: Inverse Modellierung und Modellkalibrierung

Lehrende: Dr. Sascha Iden

Wann und Wo: Mi 09:45 – 13:00 Uhr, LK19c.4

Umfang: 4 SWS

Prüfungsleistung: mündliche Prüfung

Qualifikationsziele

• Die Studierenden sind in der Lage Methoden der linearen und nichtlinearen Regression zur Schätzung von Parametern des Wasser- und Stofftransports eigenständig mit einem Computeralgebrasystem anzuwenden.
• Sie kennen die wichtigsten Verfahren der iterativen Minimierung und sind fähig, diese unter Berücksichtigung ihrer Vor- und Nachteile zur Lösung von praktischen Problemen einzusetzen.
• Sie sind fähig, inverse Probleme für beliebige Problemstellungen und Modelltypen (lineare und nichtlineare Kompartimentmodelle, Transportmodelle in Form partieller Differenzialgleichungen) zu formulieren und zu lösen.
• Sie können die Unsicherheiten von Modellparametern und Modellvorhersagen in Form von Konfidenz- und Prognoseintervallen quantifizieren, geeignet darstellen und statistisch interpretieren.
• Sie sind in der Lage, Experimente für die Untersuchung des Verhaltens von Stoffen in der Umwelt zu planen und im Hinblick auf ihren Informationsgehalt zu optimieren.
• Sie können die Ergebnisse eigenständig durchgeführter Projekte präsentieren, erläutern und interpretieren.

Inhalte

• Lineare und nichtlineare Regression in Matrixschreibweise
• Residuenanalyse, Gütemaße und Modellselektion
• Berechnung von Konfidenz- und Prognoseintervallen
• Kollinearitätsanalyse und Parameterkorrelation
• Wichtung von Datenpunkten unterschiedlicher Fehlervarianz
• Nichtlineare Minimierung in einer und mehreren Dimensionen
• Identifizierbarkeit, Stabilität und Eindeutigkeit von inversen Problemen
• Optimierung experimenteller Designs
• Anwendung der erlernten Methoden auf folgende Probleme: Bestimmung von Sorptionsisothermen, Abbauparametern und Sorptionskinetik, Schätzung bodenhydraulischer Eigenschaften, Schätzung von Transportparametern aus Transportexperimenten in Labor und im Freiland 

Materialien und eingesetzte Software

• Python: die Teilnehmer entwickeln eigene Skripte zur Lösung der gegebenen Probleme mit NumPy und SciPy

Übersicht

Die Vorlesung ist Teil des Moduls "Monitoring des Bodenwasserhaushalts", welches aus der Vorlesung und der Veranstaltung "Bodenhydrologische Geländeübung"  besteht.

Studiengang: Master Umweltnaturwissenschaften und Umweltingenieurwesen

Lehrende: Dr. Sascha Iden

Wann und Wo: Dienstag, 15:45 bis 17:15 Uhr

Umfang: 1,5 SWS

Prüfungsleistung: Bericht

Qualifikationsziele

Die Studierenden …

• kennen die wichtigsten hydrologischen Prozesse in Böden und ihre modellhafte Beschreibung mit den Gesetzen von Buckingham-Darcy und Richards.
• kennen die physikalischen Grundlagen der Messung von Wasserpotenzial und Wassergehalt im Boden.
• erfassen die herausragende Bedeutung bodenhydraulischer Eigenschaften für den Wasserhaushalt und können Verfahren zur Bestimmung dieser Eigenschaften anwenden.
• sind in der Lage, den Transport von Wasser und Wärme im Boden durch Feldmessungen zu erfassen, mit numerischen Simulationsmodellen zu modellieren und die Modellgüte zu bewerten.

Inhalte

Das Modul "Monitoring des Bodenwasserhaushalts" besteht aus einer Vorlesung (1,5 SWS) und einer Geländeübung (2,5 SWS). Das Modul ist in der Vertiefungsrichtung "Modeling Flow and Transport in the Critical Zone" angesiedelt. Im Zentrum des Moduls steht die "Bodenhydrologische Geländeübung", in der mit jährlich wechselndem inhaltlichem Schwerpunkt, bodenhydrologische Feldmethoden angewendet werden. Diese Methoden umfassen die Messung von Bodenwassergehalt, Matrixpotenzial und Bodentemperatur mit Sensoren sowie Infiltrationsexperimente zur Bestimmung der hydraulischen Leitfähigkeit im Feld. Die Feldmethoden werden durch moderne Messmethoden zur Charakterisierung bodenphysikalischer Eigenschaften im Labor ergänzt, z.B. die Verdunstungsmethode zur Bestimmung bodenhydraulischer Eigenschaften (HYPROP), die integrale Suspensionsdruckmethode zur Bestimmung der Korngrößenverteilung (PARIO) und die Messung der Wärmeleitfähigkeit des Bodens (VARIOS). Die Studierenden werden befähigt, eigenständig Messkampagnen im Feld zur Erfassung des Bodenwasserhaushalts in der ungesättigten bzw. kritischen Bodenzone zu konzipieren, geeignete Messinstrumente einzusetzen, deren Ergebnisse zu erfassen, darzustellen, in Hinblick auf die Plausibilität der Daten zu prüfen, und mit Hilfe numerischer Simulation auszuwerten.

Übersicht

Die Vorlesung ist Teil des Moduls "Monitoring des Bodenwasserhaushalts", welches aus der Vorlesung "Bodenhydrologie: Grundlagen, Messtechnik, Modellierung" und der Veranstaltung "Bodenhydrologische Geländeübung"  besteht.

Studiengänge: Master Umweltnaturwissenschaften und Umweltingenieurwesen

Lehrende: Dr. Sascha Iden

Wann und Wo: Geländetage nach Absprache

Umfang: 2,5 SWS

Prüfungsleistung: Bericht

Qualifikationsziele

Die Studierenden …

• sind in der Lage, eine meteorologische Messstation zu betreiben und die anfallenden Daten zu verarbeiten und in Wasserhaushaltsgrößen umzurechnen.
• sind in der Lage, eigenständig eine Messkampagne im Feld zur Erfassung des Bodenwasserhaushalts in der ungesättigten Bodenzone zu konzipieren und für die Fragestellung geeignete Messinstrumente einzusetzen.
• sind in der Lage, die Messergebnisse im Feld zu erfassen, darzustellen, in Hinblick auf die Plausibilität der Daten zu prüfen, und mit Hilfe numerischer Simulation auszuwerten.
• Können wichtige bodenhydrologische Messtechnik in Labor und Feld anwenden und die anfallenden Daten geeignet auswerten, z.B. HYPROP, PARIO, KSAT, Infiltrationsmessungen im Feld, Penetrometermessungen im Feld, Wurzelansprache
• Können die Ergebnisse einer Messkampagne im Feld in Form einer Präsentation und eines Berichts zusammenstellen und präsentieren.

Inhalte

Das Modul "Monitoring des Bodenwasserhaushalts" besteht aus einer Vorlesung (1,5 SWS) und einer Geländeübung (2,5 SWS). Das Modul ist in der Vertiefungsrichtung "Modeling Flow and Transport in the Critical Zone" angesiedelt. Im Zentrum des Moduls steht die "Bodenhydrologische Geländeübung", in der mit jährlich wechselndem inhaltlichem Schwerpunkt, bodenhydrologische Feldmethoden angewendet werden. Diese Methoden umfassen die Messung von Bodenwassergehalt, Matrixpotenzial und Bodentemperatur mit Sensoren sowie Infiltrationsexperimente zur Bestimmung der hydraulischen Leitfähigkeit im Feld. Die Feldmethoden werden durch moderne Messmethoden zur Charakterisierung bodenphysikalischer Eigenschaften im Labor ergänzt, z.B. die Verdunstungsmethode zur Bestimmung bodenhydraulischer Eigenschaften (HYPROP), die integrale Suspensionsdruckmethode zur Bestimmung der Korngrößenverteilung (PARIO) und die Messung der Wärmeleitfähigkeit des Bodens (VARIOS). Die Studierenden werden befähigt, eigenständig Messkampagnen im Feld zur Erfassung des Bodenwasserhaushalts in der ungesättigten bzw. kritischen Bodenzone zu konzipieren, geeignete Messinstrumente einzusetzen, deren Ergebnisse zu erfassen, darzustellen, in Hinblick auf die Plausibilität der Daten zu prüfen, und mit Hilfe numerischer Simulation auszuwerten.

Übersicht

Studiengang: Bachelor Umweltnaturwissenschaften

Modul: PHY-IGÖ-26, Geoökologisches Seminar und Exkursion

Lehrende: Lehrendes des Instituts für Geoökologie

Wann und Wo: Wird auf Stud.IP bekannt gegeben

Prüfungsleistung: Aktive Teilnahme

Lernziele und Inhalte

Nach erfolgreicher Teilnahme an der Exkursion kennen und verstehen die Studierenden die wichtigsten Faktoren und Zusammenhänge, welche einen Landschaftsraum geoökologisch charakterisieren. Hierzu zählen: der gemeinsame Einfluss von Klima und endogenen geologisch-mineralogischen Faktoren auf die Ausformung der Landschaft und ihrer Oberfläche, die Bodenbildung, die lokalen klimatischen und hydrologischen Verhältnisse, die Vegetation und andere biologische Systeme und die menschlichen Nutzungsmöglichkeiten. Eingebettet in diesen Kontext verstehen die Studierenden die historische Entwicklung einer Landschaftsnutzung durch den Menschen. Sie sind in der Lage, gegenwärtige und künftige Nutzungsmöglichkeiten und mögliche Gefährdungen eines Naturraums als Resultat natürlicher Veränderungen oder anthropogener Eingriffe zu erkennen und zu beurteilen.

Die Veranstaltiung wird koordiniert von Dr. Dania Richter von der Abteilung Landschaftsökologie und Umweltsystemanalyse.

Nähere Informationen finden Sie auf der Webseite der Veranstaltung.