Abstract
In the North Tyrolean Limestone Alps a site was investigated over a four-year period (1998–2001) in order to assess the nitrogen saturation status, the nitrogen budget (quantification of the net uptake of nitrogen by the canopy and of the nitrogen mineralization, nitrogen uptake from roots and N2O emission rates, proof of the origin of nitrate in the soil water with stable isotope analyses), and the effects of the actual nitrogen input on ground water quality. The main goals were to quantify the nitrogen input rate, the nitrogen pools in above-ground and below-ground compartments, nitrogen turnover processes in the soil as well as the output into the groundwater and into the atmosphere. The findings are based on continuous and discontinuous field measurements as well as on model results.
While nitrogen input exceeded the Critical Loads of the WHO (1995), nitrogen deficiency and nutrient imbalances were verified by needle analyses. The atmospheric input of inorganic nitrogen was higher than the nitrogen output in 50 cm soil depth. A tracer experiment with15N helped to prove that not more than half of the applied nitrate could be discharged. This allows the conclusion that nitrogen is stored in the system and that the site cannot yet be said to be saturated with nitrogen. The same result was also obtained by modelling. In addition, it was proved that the nitrogen discharge did not stem from deposition but from processes within the system.
Similar content being viewed by others
References
Amato M, Ladd JN (1988): Assay for microbial biomass based on ninhydrin-reactive nitrogen in extracts of fumigated soils. Soil Biology & Biochemistry 20, 107–114
Binkley D, Högberg P (1997): Does atmospheric deposition of nitrogen threaten Swedish forests? Forest Ecology and Management 92, 119–152
Block J (1994): Stickstoffausträge mit dem Sickerwasser aus WaldÖkosystemen. IMA-Querschnittsseminar ‘Wirkungskomplex Stickstoff und Wald’, Umweltbundesamt 21./22. 11. 1994. Texte 28/95.80–96
Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft (1997): Der Waldzustand in Europa. UN/ECE und EC, Genf und Brüssel
Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten (BML; 2000): Kennwerte zur Charakterisierung des ökochemischen Bodenzustandes und des Gefährdungspotentials durch Bodenversauerung und Stickstoffsättigung an Level II Waldökosystem-Dauerbeobachtungsflächen. Arbeitskreis C der Bund-Länder Arbeitsgruppe Level II. Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten (BML)
Butterbach-Bahl K, Gasche R, Breuer L, Papen H (1997): Fluxes of NO and N2O from temperate forest soil: impact of forest type, N deposition and of liming on the NO and N2O emissions. Nutr. Cycl. Agroecosyst. 48, 79–90
Butterbach-Bahl K, Gasche R, Huber CH, Kreutzer K, Papen H (1998): Impact of N-input by wet deposition on N-trace gas fluxes and CH4-oxidation in spruce forest ecosystems of the temperate zone in Europe. Atmos. Environ. 32, 559–564
Chanzy A, Chadoeuf J, Gaudo J C, Mohrath D, Richard G, Bruckler L (1998): Soil moisture monitoring at the field scale using automatic capacitance probes. European J. Soil Science 49, 637–648
Dise NB, Wright RF (1995): Nitrogen leaching from European forest in relation to nitrogen deposition. Forest Ecology and Management 71 (1-2), 153–161
Ebermayer E (1876): Die gesammte Lehre von der Waldstreu mit Rücksicht auf die chemische Statik des Waldbaues. Springer, Berlin
Ellenberg H, Mayer R, Schauermann J (1986): Ökosystemforschung. Ergebnisse des Solling-Projektes 1966–1986. Verlag Eugen Ulmer
Englisch M. (1992): Standörtliche Grundlagen im Bereich der Höhenprofile Achenkirch. FBVA-Berichte 70, 13–18
Englisch M (2001): Standorts- und bodenkundliche Eigenschaften der Intensivuntersuchungsfläche Mühleggerköpfl / Nordtiroler Kalkalpen. FBVA-Berichte 119, 21–32
Eno CF (1960): Nitrate production in the field by incubating the soil in polyethylene bags. Soil Science Society of America, Proceedings 24, 277–299
Feger KH, Raspe S (2000): Verbundprojekt ARINUS im Schwarzwald: Auswirkungen von atmogenen Einträgen und Rehabilitierungsmaßnahmen auf den Wasser- und Nährstoffhaushalt von Fichtenwäldern. Handbuch der Umweltwissenschaften, 6. Erg.Lfg. 7/00, 3–56
Feichtinger F, Smidt S, Klaghofer E (2002): Water and nitrogen fluxes at the Mühleggerköpfl/ North Tyrolean Limestone Alps. ESPR -Environ. Sci. & Pollut. Res., Special Issue 2, 31–36
Friedel JK, Herrmann A, Kleber M (2000): Ion exchange resin-soil mixtures as a tool in net nitrogen mineralization studies. Soil Biol. Biochem. 32, 1529–1536
Gärtner M, Regner B, Wiesinger R, Salbaba T, Weszenbacher L (2000): Untersuchungsbericht Achenkirch 1998. Forstliche Bundesversuchsanstalt, Abteilung Forstliches Luftbild und Informationssystem
Gärtner M (2001): Terrestrische Kronenbeurteilung am Mühleggerköpfl in den Nordtiroler Kalkalpen. FBVA-Berichte 119, 17–20
Galloway JN (1998): The global nitrogen cycle: changes and consequences. Environmental Pollution 102 (1), 15–26
Gattermayr W (2001): Hydrometeorologische Erhebungen am Mühleggerköpfl /Nordtiroler Kalkalpen. FBVA-Berichte 119, 53–60
Gussone HA (1964): Faustzahlen für die Düngung im Walde. BLV Bayerischer Landwirtschaftsverlag München-Basel-Wien
Haberhauer G, Gerzabek MH, Krenn A, Rigler E, Zechmeister-Boltenstern S (2000): Untersuchung der stabilen Isotope des Stickstoffs und des Sauerstoffs an einem Waldstandort am Mühleggerköpfl zur Abschätzung des Bodenwassers in einem Waldökosystem. Endbericht 06/2000, Österreichisches Forschungszentrum Seibersdorf, OEFZS-L-0377
Haberhauer G, Gerzabek M., Krenn A. (2002): Nitrate dynamics in an Alpine forest site / Mühleggerköpfl: O and N stable isotope analysis in natural water samples. ESPR - Environ. Sci. & Pollut. Res., Special Issue 2, 37–41
Härtel E, Zechmeister-Boltenstern S, Gerzabek M (2002): Gaseous nitrogen losses from a forest site in the North Tyrolean Limestone Alps. ESPR -Environ. Sci. & Pollut. Res., Special Issue 2, 23–30
Hagedorn F (1999): Transformation and transport of nitrogen in a subalpine catchment - Effects of elevated nitrogen deposition. Dissertation ETH Zürich no. 13167
Hahn M, Gartner K, Zechmeister-Boltenstern S (2000): Greenhouse gas emissions (N2O, CO2 and CH4) from three forest soils near Vienna (Austria) with different water and nitrogen regimes. Bodenkultur 51, 115–125
Harrison AF, Schulze ED, Gebauer G, Bruckner G (2000): Canopy uptake and utilization of atmospheric pollutant nitrogen. In: Carbon and nitrogen cycling in European forest ecosystems (ED Schulze, ed.). Ecological Studies 142, 171–188
Herman F, Smidt S, Englisch M (eds.) (2000): Stoffflüsse am Mühleggerköpfl in den Nordtiroler Kalkalpen. FBVA-Berichte 119
Herman F, Smidt S, Englisch M (2002): Nitrogen fluxes on an intensive investigation plot in the North Tyrolean Limestone Alps. ESPR - Environ. Sci. & Pollut. Res., Special Issue 2, 3–9
Hüttl RF (1985): ‘Neuartige’ Waldschäden und Nährelementversorgung von Fichtenbeständen in Südwestdeutschland. Freiburger Bodenkundl. Abh. 16
Jandl R, Spögler H, Simunek J, Heng LK (2002): Simulation of soil hydrology and establishment of a nitrogen budget of a mountain forest. ESPR -Environ. Sci. & Pollut. Res., Special Issue 2, 42–45
Kalina M, Zambo E, Puxbaum H (1998): Assessment of wet, dry and occult deposition of sulfur and nitrogen at an Alpine site. Env. Sci. & Pollut. Res., Special Issue 1, 53–58
Kalina M, Stopper S, Zambo E, Puxbaum H (2002): Altitude dependent wet, dry and occult nitrogen deposition in an Alpine region (Achenkirch, Austria, 920 m - 1758 m a.s.l.). ESPR - Environ. Sci. & Pollut. Res., Special Issue 2, 16–22
Katzensteiner K (2000): Wasser- und Stoffhaushalt von Waldökosystemen in den nördlichen Kalkalpen. Forstliche Schriftenreihe der Universität für Bodenkultur Wien, Bd. 15
Knoflacher M, Loibl W (1996): Flächenbezogene Abschätzung des Risikos durch Protonen- und Stickstoffeinträge für Waldböden des Tiroler Kalkalpin. FBVA-Berichte 94, 231–254
Kölling C (1991): Stickstoffsättigung von Waldökosystemen. Allg. Forstztg. 10, 513–517
Krapfenbauer A, Buchleitner E (1981): Holznutzung, Biomasse und Nährstoffaustrag. Nährstoffbilanz eines Fichtenbestandes. CBl. ges. Forstw. 98, 193–223
Kreutzer K. (1972): Einfluss der Streunutzung auf den Stickstoffhaushalt von Kiefernbeständen. Forstw. Cbl. 91, 263–270
Kreutzer K, Beier C, Bredemeier M, Blanck K, Cummins T, Farrell EP, Lammersdorf N, Rsamussen L, Rothe A, Visser P, Weis W, Weiß T, Xu YJ (1998): Atmospheric deposition and soil acidification in five coniferous forest ecosystems: a comparison of the control plots of the EXMAN sites. Forest Ecology and Management 101, 125–142
Marschall J (1975): Hilfstafeln für die Forsteinrichtung (Österreichischer Agrarverlag)
Matzner E (1988): Der Stoffumsatz zweier Waldökosysteme im Soiling. Berichte des Forschungszentrums Waldökosysteme/ Waldsterben Göttingen, Reihe A, 40
Mayer B, Bollwerk SM (2000): Controls of oxygen isotope ratios of nitrate formed during nitrification in soils. IAEA - Report CSP-2, Vienna
Meesenburg H, Rademacher P, Meiwes KJ (1999): Stoffeintrag über atmogene Depositionen in verschiedenen Ökosysteme Niedersachsens und deren Auswirkungen. Arbeitshefte Boden, in press
Menéndez I, Moreno G, Gallardo JF, Saavedra J (1994): Modificacion edafica del agua de lluvia en bosques caducifolios en la Sierra de Gata (provincia Salamanca) Gallardo Lancho L (ed.). In: Biogeoquimica de ecosistemas, XI simposio internacional sobre biogeoquimica ambiental. Consejería de medio ambiente junta de Castilla y Léon, Valladolid
Mutsch F (2001): Bodenchemische Charakterisierung des Mühleggerköpfls im Rahmen einer Untersuchung über Stickstoff-Flüsse in den Nordtiroler Kalkalpen. FBVA-Berichte 119, 33–40
Nilsson SI, Berggren D, Westling O (1998): Retention of deposited NH4-N and NO3-N in coniferous forest ecosystems in Southern Sweden. Scand. J. For. Res 13, 393–401
Ortloff W, Schläpfer R (1996): Stickstoff und Waldschäden: Eine Literaturübersicht. Allg. Forst- und Jagdztg. Jg. 167, 9–10,184-201
Raspe S (1988): Ausbildung und Mineralstoffgehalte des Wurzelsystems der Fichte (Picea abies Karst.) auf Buntsandstein- und Braunerde im Stadtwald Villingen. Diplomarbeit, Institut für Bodenkunde der Forstwiss. Universität Freiburg i. Br.
Schaffer H (2001): Verwaltung der Daten des Projektes ‘Stickstoffflüsse am Mühleggerköpfl in den Nordtiroler Kalkalpen’. FBVA-Berichte 119, 111–116
Schenk B (1998): Das Stoffumsatzmodell. In: Cornelius R., Faensen-Thiebes A, Marschner B, Weigmann G (1994): Ballungsnahe Waldökosysteme Berlin: Ergebnisse aus dem Forschungsvorhaben. Handbuch der Umweltwissenschaften V-4.9, 3–36
Scherzer J, Schaaf W, Hüttl RF (1996): Eignung von FDR- und TDR-Sonden zur Erfassung der Bodenfeuchte in Kippsubstraten mit erhöhter elektrischer Leitfähigkeit. Mitteilungen der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft 80, 279–282
Schulze ED (ed.) (2000): Carbon and nitrogen cycling in European forest ecosystems. Ecological Studies 142, Springer
Smidt S, Herman F, Grill D, Guttenberger H (eds., 1995): Studies of ecosystems in the Limestone Alps - ‘Achenkirch Altitude Profiles’. Phyton (Horn, Austria) 34 (3)
Smidt S, Herman F, Grill D, Guttenberger H (eds.) (1996): Studies of ecosystems in the Limestone Alps - ‘Achenkirch Altitude Profiles’. Phyton (Horn, Austria) 36 (4)
Smidt S (1998): Risk assessment of air pollutants for forested areas in Austria, Bavaria and Switzerland. Environ. Sci. & Pollut. Res., Special Issue 1, 25–31
Smidt S (2002a): Analyses of NOx and wet depositions at Mühleggerköpfl / North Tyrolean Limestone Alps. ESPR - Environ. Sci. & Pollut. Res., Special Issue 2, 10–15
Smidt S (2002b): Depositionsmessungen auf den Level II Flächen. Ergebnisse 1996–1999. Institut für Immissionsforschung und Forstchemie, Bericht ICP-DEP 1/2002
Stark JM, Hart SC (1997): High rates of nitrification and nitrate turnover in undisturbed coniferous forests. Nature 385, 61–64
Stefan K, Fürst A (1998): Indication of S and N inputs by means of needle analyses based on the Austrian Bioindicator Grid. ESPR - Environ. Sci. & Pollut. Res., Special Issue 1, 63–69
Tietema A, Boxman AW, Bredemaier R, Emmett BA, Moldan F, Gundersen P, Schleppi P (1998): Nitrogen saturation experiments (NTTREX) in coniferous forest ecosystems in Europe. A summary of results. Environ. Pollut. 102 (1), 433–438
Tietema A (1998): Microbial carbon and nitrogen dynamics in coniferous forest floor material collected along a European nitrogen deposition gradient. Forest Ecology and Management 101, 29–36
Van der Hoek KW, Erisman JW, Smeulders S, Wisniewski JR, Wisniewski J (eds., 1998): Nitrogen, the Confer-N-s. First Int. Nitrogen Conference 1998. Environmental Pollution 102 (1)
WHO (1995): Updating and revision of the air quality guidelines for Europe. Report of the WHO-Working Group on ecotoxic effects. Les Diablerets, Sept. 21–23, 1994
Wright RF, Rasmussen L (1998): Introducion to the NITREX and EXMAN Projects. Forest Ecology and Management 101 (1–3), 1–7
Wright RF, Tietema A (eds., 1995): NITREX. Forest Ecology and Management 71 (Special Issue)
Zechmeister-Boltenstern S, Hahn M, Meger S, Jandl R (2002): N2O emission and nitrate leaching in relation to microbial dynamics in a beech forest soil. Soil Biology and Biochemistry, in press
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Herman, F., Smidt, S., Englisch, M. et al. Investigations of nitrogen fluxes and pools on a limestone site in the Alps. Environ Sci & Pollut Res 9 (Suppl 2), 46–52 (2002). https://doi.org/10.1007/BF02987478
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/BF02987478