@article{SchmidtZimmermannElsenbeer2014,
  author    = {Schmidt, Lena Katharina and Zimmermann, Alexander and Elsenbeer, Helmut},
  title     = {Ant mounds as a source of sediment in a tropical rainforest?},
  series = {Hydrological processes},
  volume    = {28},
  journal   = {Hydrological processes},
  number    = {13},
  publisher = {Wiley-Blackwell},
  address   = {Hoboken},
  issn      = {0885-6087},
  doi       = {10.1002/hyp.10222},
  pages     = {4156 -- 4160},
  year      = {2014},
  abstract  = {In Lutzito catchment on Barro Colorado Island, Panama, extraordinarily high suspended-sediment yields of 1-2Mgha-1year-1 were generated despite the dense forest cover coinciding with erosion-resistant soils. We hypothesized that ant mounding activity is an important zoogeomorphological mechanism in this area, providing relevant quantities of easily transportable material at the soil surface. To test this hypothesis, all ant mound material was collected collected for dry mass determination from thirty 4m2 plots installed in the study area every 1-3days during the 39-day sampling period. Additionally, three ground-nesting ant species responsible for mounds in the study area, Ectatomma ruidum, Trachymyrmex cornetzi and Strumigenys marginiventris, were identified. On the basis of the total of 1.38kg of material collected in the wet season of 2011, the estimate for the whole 8months wet season amounts to 725kgha-1. As this value is in the same order of magnitude as sediment output, it shows that ants may act as important ecosystem engineers and contribute to sediment production here by providing large quantities of fine-grained, readily erodible material at the soil surface for subsequent transport to the streambed. Copyright (c) 2014 John Wiley \& Sons, Ltd.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Kuhnert2009,
  author    = {Kuhnert, Matthias},
  title     = {Quantifizierung von Oberfl{\"a}chenabfluss und Erosion auf B{\"o}den mit hydrophoben Eigenschaften},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-32871},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2009},
  abstract  = {Die Zielsetzung der vorliegenden Arbeit ist die Beschreibung hydrophober Bodeneigenschaften und deren Auswirkungen auf Oberfl{\"a}chenabfluss und Erosion auf verschiedenen Skalen. Die dazu durchgef{\"u}hrten Untersuchungen fanden auf einer Rekultivierungsfl{\"a}che im Braunkohlegebiet Welzow S{\"u}d (S{\"u}dostdeutschland) statt. Die Prozesse wurden auf drei Skalen untersucht, die von der Plotskala (1m²) {\"u}ber die Hangskala (300m²) bis zur Betrachtung eines kleinen Einzugsgebietes (4ha) reichen. Der Grad der hydrophoben Bodeneigenschaften wurde sowohl direkt, {\"u}ber die Bestimmung des Kontaktwinkel, als auch indirekt, {\"u}ber die Bestimmung der Persistenz, ermittelt. Dabei zeigte sich, dass der Boden im Winterhalbjahr hydrophil reagierte, w{\"a}hrend er im Sommerhalbjahr hydrophobe Bodeneigenschaften aufwies. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass ansteigende Bodenwassergehalte, die in der Literatur h{\"a}ufig als Ursache f{\"u}r einen Wechsel der Bodeneigenschaften angegeben werden, auf dieser Fl{\"a}che nicht zu einem Umbruch der Bodenbedingungen f{\"u}hren. Stattdessen kam es als Folge des Auftauens von gefrorenem Boden zu hydrophilen Bodeneigenschaften, die zu einem Anstieg des Bodenwassergehalts f{\"u}hrten. R{\"a}umliche Unterschiede zeigten sich in den geomorphologischen Einheiten. Rinnen und Rillen wiesen seltener hydrophobe Eigenschaften als die Zwischenrillenbereiche und Kuppen auf. Diese r{\"a}umlichen und zeitlichen Variabilit{\"a}ten wirkten sich auch auf den Oberfl{\"a}chenabfluss aus, der als Abflussbeiwert (ABW: Quotient aus Abfluss und Niederschlag) untersucht wurde. Der ABW liegt auf B{\"o}den mit hydrophoben Bodeneigenschaften (ABW=0,8) deutlich h{\"o}her als bei jenen mit hydrophilen Eigenschaften(ABW=0,2), wie sie im Winter oder auf anderem Substrat vorzufinden sind (diese Werte beziehen sich auf die Plotskala). Betrachtet man die Auswirkungen auf unterschiedlichen Skalen, nimmt der Abflussbeiwert mit zunehmender Fl{\"a}chengr{\"o}ße ab (ABW = 0,8 auf der Plotskala, ABW = 0,5 auf der Hangskala und ABW = 0,2 im gesamten Gebiet), was in den hydrophil reagierenden Rillen und Rinnen auf der Hangskala und dem hydrophilen Substrat im Einzugsgebiet begr{\"u}ndet ist. Zur Messung der Erosion wurden verschiedene, zum Teil neu entwickelte Methoden eingesetzt, um eine hohe zeitliche und r{\"a}umliche Aufl{\"o}sung zu erreichen. Bei einer neu entwickelten Methode wird der Sedimentaustrag ereignisbezogen {\"u}ber eine Waage bestimmt. In Kombination mit einer Kippwaage erm{\"o}glicht sie die gleichzeitige Messung des Oberfl{\"a}chenabflusses. Die Messapparatur wurde f{\"u}r Gebiete entwickelt, die eine {\"u}berwiegend grobsandige Textur aufweisen und nur geringe Mengen Ton und Schluff enthalten. Zus{\"a}tzlich wurden zwei Lasersysteme zur Messung der r{\"a}umlichen Verteilung der Erosion eingesetzt. F{\"u}r die erste Methode wurde ein punktuell messender Laser in einer fest installierten Apparatur {\"u}ber die Fl{\"a}che bewegt und punktuell H{\"o}henunterschiede in einem festen Raster bestimmt. Durch Interpolation konnten Bereiche mit Sedimentabtrag von Akkumulationsbereiche unterschieden werden. Mit dieser Methode k{\"o}nnen auch gr{\"o}ßere Fl{\"a}chen vermessen werden (hier 16 m²), allerdings weisen die Messungen in den {\"U}bergangsbereichen von Rinne zu Zwischenrille große Fehler auf. Bei der zweiten Methode wird mit einer Messung ein Quadratmeter mit einer hohen r{\"a}umlichen Aufl{\"o}sung komplett erfasst. Um ein dreidimensionales Bild zu erstellen, m{\"u}ssen insgesamt vier Aufnahmen von jeweils unterschiedlichen Seiten aufgenommen werden. So lassen sich Abtrag und Akkumulation sehr genau bestimmen, allerdings ist die Messung relativ aufwendig und erfasst nur eine kleine Fl{\"a}che. Zus{\"a}tzlich wurde der Sedimentaustrag noch auf der Plotskala erfasst. Die Messungen zeigen, korrespondierend zu den Bodeneigenschaften, große Sedimentaustr{\"a}ge w{\"a}hrend des Sommerhalbjahrs und kaum Austr{\"a}ge im Winter. Weiterhin belegen die Ergebnisse eine gr{\"o}ßere Bedeutung der Rillenerosion gegen{\"u}ber der Zwischenrillenerosion f{\"u}r Niederschlagsereignisse hoher Intensit{\"a}t (>25 mm/h in einem zehnmin{\"u}tigem Intervall). Im Gegensatz dazu dominierte die Zwischenrillenerosion bei Ereignissen geringerer Intensit{\"a}t (<20 mm/h in einem zehnmin{\"u}tigem Intervall), wobei mindestens 9 mm Niederschlag in einer Intensit{\"a}t von mindesten 3,6 mm/h n{\"o}tig sind, damit es zur Erosion kommt. Basierend auf den gemessenen Abfl{\"u}ssen und Sedimentaustr{\"a}gen wurden Regressiongleichungen abgeleitet, die eine Berechnung dieser beiden Prozesse f{\"u}r die untersuchte Fl{\"a}che erm{\"o}glichen. W{\"a}hrend die Menge an Oberfl{\"a}chenabfluss einen starken Zusammenhang zu der Menge an gefallenem Niederschlag zeigt (r² = 0,9), ist die Berechnung des ausgetragenen Sedimentes eher ungenau (r² = 0,7). Zusammenfassend beschreibt die Arbeit Einfl{\"u}sse hydrophober Bodeneigenschaften auf verschiedenen Skalen und arbeitet die Auswirkungen, die vor allem auf der kleinen Skala von großer Bedeutung sind, heraus.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Klisch2003,
  author    = {Klisch, Anja},
  title     = {Ableitung von Blattfl{\"a}chenindex und Bedeckungsgrad aus Fernerkundungsdaten f{\"u}r das Erosionsmodell EROSION 3D},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0001455},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2003},
  abstract  = {In den letzten Jahren wurden relativ komplexe Erosionsmodelle entwickelt, deren Teilprozesse immer mehr auf physikalisch begr{\"u}ndeten Ans{\"a}tzen beruhen. Damit verbunden ist eine h{\"o}here Anzahl aktueller Eingangsparameter, deren Bestimmung im Feld arbeits- und kostenaufwendig ist. Zudem werden die Parameter punktuell, also an bestimmten Stellen und nicht fl{\"a}chenhaft wie bei der Fernerkundung, erfasst. Im Rahmen dieser Arbeit wird gezeigt, wie Satellitendaten als relativ kosteng{\"u}nstige Erg{\"a}nzung oder Alternative zur konventionellen Parametererhebung genutzt werden k{\"o}nnen. Dazu werden beispielhaft der Blattfl{\"a}chenindex (LAI) und der Bedeckungsgrad f{\"u}r das physikalisch begr{\"u}ndete Erosionsmodell EROSION 3D abgeleitet. Im Mittelpunkt des Interesses steht dabei das Aufzeigen von existierenden Methoden, die die Basis f{\"u}r eine operationelle Bereitstellung solcher Gr{\"o}ßen nicht nur f{\"u}r Erosions- sondern allgemein f{\"u}r Prozessmodelle darstellen. Als Untersuchungsgebiet dient das prim{\"a}r landwirtschaftlich genutzte Einzugsgebiet des Mehltheuer Baches, das sich im S{\"a}chsischen L{\"o}ßgefilde befindet und f{\"u}r das Simulationsrechnungen mit konventionell erhobenen Eingangsparametern f{\"u}r 29 Niederschlagsereignisse im Jahr 1999 vorliegen [MICHAEL et al. 2000]. Die Fernerkundungsdatengrundlage bilden Landsat-5-TM-Daten vom 13.03.1999, 30.04.1999 und 19.07.1999. Da die Vegetationsparameter f{\"u}r alle Niederschlagsereignisse vorliegen sollen, werden sie basierend auf der Entwicklung des LAI zeitlich interpoliert. Dazu erfolgt zun{\"a}chst die Ableitung des LAI f{\"u}r alle vorhandenen Fruchtarten nach den semi-empirischen Modellen von CLEVERS [1986] und BARET \& GUYOT [1991] mit aus der Literatur entnommenen Koeffizienten. Des Weiteren wird eine Methode untersucht, nach der die Koeffizienten f{\"u}r das Clevers-Modell aus den TM-Daten und einem vereinfachten Wachstumsmodell bestimmt werden. Der Bedeckungsgrad wird nach ROSS [1981] aus dem LAI ermittelt. Die zeitliche Interpolation des LAI wird durch die schlagbezogene Anpassung eines vereinfachten Wachstumsmodells umgesetzt, das dem hydrologischen Modell SWIM [KRYSANOVA et al. 1999] entstammt und in das durchschnittliche Tagestemperaturen eingehen. Mit den genannten Methoden bleiben abgestorbene Pflanzenteile unber{\"u}cksichtigt. Im Vergleich zur konventionellen terrestrischen Parametererhebung erm{\"o}glichen sie eine differenziertere Abbildung r{\"a}umlicher Variabilit{\"a}ten und des zeitlichen Verlaufes der Vegetationsparameter. Die Simulationsrechnungen werden sowohl mit den direkten Bedeckungsgraden aus den TM-Daten (pixelbezogen) als auch mit den zeitlich interpolierten Bedeckungsgraden f{\"u}r alle Ereignisse (schlagbezogen) durchgef{\"u}hrt. Bei beiden Vorgehensweisen wird im Vergleich zur bisherigen Absch{\"a}tzung eine Verbesserung der r{\"a}umlichen Verteilung der Parameter und somit eine r{\"a}umliche Umverteilung von Erosions- und Depositionsfl{\"a}chen erreicht. F{\"u}r die im Untersuchungsgebiet vorliegende r{\"a}umliche Heterogenit{\"a}t (z. B. Schlaggr{\"o}ße) bieten Landsat-TM-Daten eine ausreichend genaue r{\"a}umliche Aufl{\"o}sung. Damit wird nachgewiesen, dass die satellitengest{\"u}tzte Fernerkundung im Rahmen dieser Untersuchungen sinnvoll einsetzbar ist. F{\"u}r eine operationelle Bereitstellung der Parameter mit einem vertretbaren Aufwand ist es erforderlich, die Methoden weiter zu validieren und m{\"o}glichst weitestgehend zu automatisieren.},
  language  = {de}
}
@article{HoffmannSchlummerNotebaertetal.2013,
  author    = {Hoffmann, Thomas and Schlummer, Manuela and Notebaert, Bastiaan and Verstraeten, Gert and Korup, Oliver},
  title     = {Carbon burial in soil sediments from Holocene agricultural erosion, Central Europe},
  series = {Global biogeochemical cycles},
  volume    = {27},
  journal   = {Global biogeochemical cycles},
  number    = {3},
  publisher = {American Geophysical Union},
  address   = {Washington},
  issn      = {0886-6236},
  doi       = {10.1002/gbc.20071},
  pages     = {828 -- 835},
  year      = {2013},
  abstract  = {Natural and human-induced erosion supplies high amounts of soil organic carbon (OC) to terrestrial drainage networks. Yet OC fluxes in rivers were considered in global budgets only recently. Modern estimates of annual carbon burial in inland river sediments of 0.6 Gt C, or 22\% of C transferred from terrestrial ecosystems to river channels, consider only lakes and reservoirs and disregard any long-term carbon burial in hillslope or floodplain sediments. Here we present the first assessment of sediment-bound OC storage in Central Europe from a synthesis of similar to 1500 Holocene hillslope and floodplain sedimentary archives. We show that sediment storage increases with drainage-basin size due to more extensive floodplains in larger river basins. However, hillslopes retain hitherto unrecognized high amounts of eroded soils at the scale of large river basins such that average agricultural erosion rates during the Holocene would have been at least twice as high as reported previously. This anthropogenic hillslope sediment storage exceeds floodplain storage in drainage basins <10(5) km(2), challenging the notion that floodplains are the dominant sedimentary sinks. In terms of carbon burial, OC concentrations in floodplains exceed those on hillslopes, and net OC accumulation rates in floodplains (0.70.2 g C m(-2)a(-1)) surpass those on hillslopes (0.40.1 g C m(-2)a(-1)) over the last 7500 years. We conclude that carbon burial in floodplains and on hillslopes in Central Europe exceeds terrestrial carbon storage in lakes and reservoirs by at least 2 orders of magnitude and should thus be considered in continental carbon budgets.},
  language  = {en}
}
@article{HerbrichGerkeSommer2018,
  author    = {Herbrich, Marcus and Gerke, Horst H. and Sommer, Michael},
  title     = {Root development of winter wheat in erosion-affected soils depending on the position in a hummocky ground moraine soil landscape},
  series = {Journal of plant nutrition and soil science = Zeitschrift f{\"u}r Pflanzenern{\"a}hrung und Bodenkunde},
  volume    = {181},
  journal   = {Journal of plant nutrition and soil science = Zeitschrift f{\"u}r Pflanzenern{\"a}hrung und Bodenkunde},
  number    = {2},
  publisher = {Wiley-VCH},
  address   = {Weinheim},
  issn      = {1436-8730},
  doi       = {10.1002/jpln.201600536},
  pages     = {147 -- 157},
  year      = {2018},
  abstract  = {Agricultural soil landscapes of hummocky ground moraines are characterized by 3D spatial patterns of soil types that result from profile modifications due to the combined effect of water and tillage erosion. We hypothesize that crops reflect such soil landscape patterns by increased or reduced plant and root growth. Root development may depend on the thickness and vertical sequence of soil horizons as well as on the structural development state of these horizons at different landscape positions. The hypotheses were tested using field data of the root density (RD) and the root lengths (RL) of winter wheat using the minirhizotron technique. We compared data from plots at the CarboZALF-D site (NE Germany) that are representing a non-eroded reference soil profile (Albic Luvisol) at a plateau position, a strongly eroded profile at steep slope (Calcaric Regosol), and a depositional profile at the footslope (Anocolluvic Regosol). At each of these plots, three Plexiglas access tubes were installed down to approx. 1.5 m soil depth. Root measurements were carried out during the growing season of winter wheat (September 2014-August 2015) on six dates. The root length density (RLD) and the root biomass density were derived from RD values assuming a mean specific root length of 100 m g(-1). Values of RD and RLD were highest for the Anocolluvic Regosol and lowest for the Calcaric Regosol. The maximum root penetration depth was lower in the Anocolluvic Regosol because of a relatively high and fluctuating water table at this landscape position. Results revealed positive relations between below-ground (root) and above-ground crop parameters (i.e., leaf area index, plant height, biomass, and yield) for the three soil types. Observed root densities and root lengths in soils at the three landscape positions corroborated the hypothesis that the root system was reflecting erosion-induced soil profile modifications. Soil landscape position dependent root growth should be considered when attempting to quantify landscape scale water and element balances as well as agricultural productivity.},
  language  = {en}
}
@article{CalitriSommerNortonetal.2019,
  author    = {Calitri, Francesca and Sommer, Michael and Norton, Kevin and Temme, Arnaud and Brandova, Dagmar and Portes, Raquel and Christl, Marcus and Ketterer, Mike E. and Egli, Markus},
  title     = {Tracing the temporal evolution of soil redistribution rates in an agricultural landscape using Pu239+240 and Be-10},
  series = {Earth surface processes and landforms : the journal of the British Geomorphological Research Group},
  volume    = {44},
  journal   = {Earth surface processes and landforms : the journal of the British Geomorphological Research Group},
  number    = {9},
  publisher = {Wiley},
  address   = {Hoboken},
  issn      = {0197-9337},
  doi       = {10.1002/esp.4612},
  pages     = {1783 -- 1798},
  year      = {2019},
  abstract  = {Two principal groups of processes shape mass fluxes from and into a soil: vertical profile development and lateral soil redistribution. Periods having predominantly progressive soil forming processes (soil profile development) alternate with periods having predominantly regressive processes (erosion). As a result, short-term soil redistribution - years to decades - can differ substantially from long-term soil redistribution; i.e. centuries to millennia. However, the quantification of these processes is difficult and consequently their rates are poorly understood. To assess the competing roles of erosion and deposition we determined short- and long-term soil redistribution rates in a formerly glaciated area of the Uckermark, northeast Germany. We compared short-term erosion or accumulation rates using plutonium-239 and -240 (239+240Pu) and long-term rates using both in situ and meteoric cosmogenic beryllium-10 (10Be). Three characteristic process domains have been analysed in detail: a flat landscape position having no erosion/deposition, an erosion-dominated mid-slope, and a deposition-dominated lower-slope site. We show that the short-term mass erosion and accumulation rates are about one order of magnitude higher than long-term redistribution rates. Both, in situ and meteoric 10Be provide comparable results. Depth functions, and therefore not only an average value of the topsoil, give the most meaningful rates. The long-term soil redistribution rates were in the range of -2.1 t ha-1 yr-1 (erosion) and +0.26 t ha-1 yr-1 (accumulation) whereas the short-term erosion rates indicated strong erosion of up to 25 t ha-1 yr-1 and accumulation of 7.6 t ha-1 yr-1. Our multi-isotope method identifies periods of erosion and deposition, confirming the 'time-split approach' of distinct different phases (progressive/regressive) in soil evolution. With such an approach, temporally-changing processes can be disentangled, which allows the identification of both the dimensions of and the increase in soil erosion due to human influence},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Calitri2023,
  author    = {Calitri, Francesca},
  title     = {Co-evolution of erosion rates, weathering and profile development in soil landscapes of hummocky ground moraines},
  doi       = {10.25932/publishup-60138},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-601387},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {XXVII, 163, V},
  year      = {2023},
  abstract  = {Soil is today considered a non-renewable resource on societal time scale, as the rate of soil loss is higher than the one of soil formation. Soil formation is complex, can take several thousands of years and is influenced by a variety of factors, one of them is time. Oftentimes, there is the assumption of constant and progressive conditions for soil and/or profile development (i.e., steady-state). In reality, for most of the soils, their (co-)evolution leads to a complex and irregular soil development in time and space characterised by "progressive" and "regressive" phases. Lateral transport of soil material (i.e., soil erosion) is one of the principal processes shaping the land surface and soil profile during "regressive" phases and one of the major environmental problems the world faces. Anthropogenic activities like agriculture can exacerbate soil erosion. Thus, it is of vital importance to distinguish short-term soil redistribution rates (i.e., within decades) influenced by human activities differ from long-term natural rates. To do so, soil erosion (and denudation) rates can be determined by using a set of isotope methods that cover different time scales at landscape level. With the aim to unravel the co-evolution of weathering, soil profile development and lateral redistribution on a landscape level, we used Pluthonium-239+240 (239+240Pu), Beryllium-10 (10Be, in situ and meteoric) and Radiocarbon (14C) to calculate short- and long-term erosion rates in two settings, i.e., a natural and an anthropogenic environment in the hummocky ground moraine landscape of the Uckermark, North-eastern Germany. The main research questions were: 1. How do long-term and short-term rates of soil redistributing processes differ? 2. Are rates calculated from in situ 10Be comparable to those of using meteoric 10Be? 3. How do soil redistribution rates (short- and long-term) in an agricultural and in a natural landscape compare to each other? 4. Are the soil patterns observed in northern Germany purely a result of past events (natural and/or anthropogenic) or are they imbedded in ongoing processes? Erosion and deposition are reflected in a catena of soil profiles with no or almost no erosion on flat positions (hilltop), strong erosion on the mid-slope and accumulation of soil material at the toeslope position. These three characteristic process domains were chosen within the CarboZALF-D experimental site, characterised by intense anthropogenic activities. Likewise, a hydrosequence in an ancient forest was chosen for this study and being regarded as a catena strongly influenced by natural soil transport. The following main results were obtained using the above-mentioned range of isotope methods available to measure soil redistribution rates depending on the time scale needed (e.g., 239+240Pu, 10Be, 14C): 1. Short-term erosion rates are one order of magnitude higher than long-term rates in agricultural settings. 2. Both meteoric and in situ 10Be are suitable soil tracers to measure the long-term soil redistribution rates giving similar results in an anthropogenic environment for different landscape positions (e.g., hilltop, mid-slope, toeslope) 3. Short-term rates were extremely low/negligible in a natural landscape and very high in an agricultural landscape - -0.01 t ha-1 yr-1 (average value) and -25 t ha-1 yr-1 respectively. On the contrary, long-term rates in the forested landscape are comparable to those calculated in the agricultural area investigated with average values of -1.00 t ha-1 yr-1 and -0.79 t ha-1 yr-1. 4. Soil patterns observed in the forest might be due to human impact and activities started after the first settlements in the region, earlier than previously postulated, between 4.5 and 6.8 kyr BP, and not a result of recent soil erosion. 5. Furthermore, long-term soil redistribution rates are similar independently from the settings, meaning past natural soil mass redistribution processes still overshadow the present anthropogenic erosion processes. Overall, this study could make important contributions to the deciphering of the co-evolution of weathering, soil profile development and lateral redistribution in North-eastern Germany. The multi-methodological approach used can be challenged by the application in a wider range of landscapes and geographic regions.},
  language  = {en}
}