Rezeption der Vegetationszonierung von Mangroven zur simultanen Deduktion der Aquiferstruktur sowie zur Weiterentwicklung von Konzepten der unterirdischen Konkurrenz von Pflanzen bei individuenbasierter Modellierung - MARZIPAN

Description: Das beantragte Projekt verfolgt das Ziel, ein vollständig gekoppeltes Vegetations-Grundwasser-Modell für Mangrovenökosysteme zu entwickeln. Im Speziellen soll das Prozessverständnis der Interaktionen zwischen Pflanzen und der Hydrodynamik im Grundwasser erweitert werden. Speziell sollen dabei Beziehungen zwischen (i) sichtbaren Vegetationsmustern wie Allometrie, Artenzusammensetzung und Zonierung, sowie (ii) unterirdischen Aquiferstrukturen und Potentialgradienten durch Grundwasser- und Gezeiteneinfluss untersucht werden. Von dem gekoppelten Modellansatz werden beide Seiten gleichermaßen profitieren: für (i) wird das Verständnis der physikalischen Mechanismen unterirdischer Konkurrenz ergründet und ein neues Konkurrenzkonzept für individuenbasierte Modelle entwickelt werden, welches Bodeneigenschaften und Gradienten berücksichtigt; für (ii) sollen oberirdisch sichtbare Vegetationsmuster, wie Zonierung, für Rückschlüsse auf die Aquiferstruktur und deren Parametrisierung im Modell Verwendung finden. Als Pilotökosystem wurden Mangroven gewählt. Unsere primäre Hypothese ist dabei, dass Gradienten der Salinität das Bindeglied zwischen Vegetationsmustern (Allometrie des Einzelbaumes, Zonierung des Bestandes) und hydrodynamischen Prozessen in der Grundwassermatrix darstellen. Salinität beeinflusst zum einen über das osmotische Potential die Wasseraufnahme der Pflanzen und hat daher einen Einfluß auf deren Wachstum und allometrische Ausprägung. Zudem erhöhen Wasseraufnahme und Salzexklusion den Salzgehalt im Untergrund. Dichtegradienten durch Unterschiede im Salzgehalt werden neben Randbedingungen wie Grundwasserzufluss oder Gezeiten zu einer Triebkraft der hydrodynamischen Fließprozesse, welche wiederum die Salinität im Wurzelraum der Pflanzen ändern können. Das Potentialkonzept des Pflanzenmodells BETTINA bietet eine geeignete Schnittstelle zu den hydrodynamischen Prozessen in der Bodenmatrix, welche seinerseits mit OpenGeoSys abgebildet werden können. Mit dem gekoppelten Modell wollen wir aus abiotischen Randbedingungen Eigenschaften wie Artenzusammensetzung, Zonierung und die Allometrie der Bäume (z.B. Höhe, Durchmesser) prognostizieren. Beide Seiten werden davon zu gleichen Teilen profitieren: für die Grundwassermodellierung wird es möglich sein, sichtbare Vegetationsmuster (Allometrie, Zonierung) für Rückschlüsse auf Aquifereigenschaften und in geeigneter Weise zur Paramtrisierung der Hydrodynamik zu nutzen. Für Ökosystemmodellierung wird ein Konzept der unterirdischen Konkurrenz erstellt werden, was im Gegensatz zu herkömmlichen Ansätzen (z.B. Field Of Neighbourhood) Eigenschaften der unterirdischen abiotischen Gegebenheiten (Porosität, bevorzugte Fließrichtung) berücksichtigt.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Grundwasserdynamik ? Hydrodynamik ? Pflanzensoziologie ? Vegetation ? Zufluss ? Dendrologie ? Vegetationszone ? Baum ? Osmose ? Grundwassermodell ? Korrelationsanalyse ? Pflanzenart ? Rhizosphäre ? Biologische Konkurrenz ? Mangrove ? Salzgehalt ? Modellierung ? Ökosystemmodell ? Pflanzenernährung ? Abiotischer Faktor ? Prognosemodell ? Artenzusammensetzung ? Pflanze ? Grundwasser ? Bodenqualität ? Ökosystemforschung ? Grundwasserleiter ? Wertermittlung ? Untergrund ? Grundwasserströmung ? Grundwasserraum ? Zoneneinteilung ? Baumbestand ? Gezeiten ? Physikalischer Vorgang ? Interaktionsanalyse ? Salinität ? Vegetations-Grundwasser-Modell ? Wechselwirkung ? Pflanzenphysiologie ? Dichtegradient ? Pflanzenwachstum ? Porosität ?

Region: Sachsen

Bounding boxes: 10.96785° .. 10.96785° x 47.85761° .. 47.85761°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Beijing Forest University (Mitwirkende)
• Deutsche Forschungsgemeinschaft (Geldgeber*in)
• Technische Universität Dresden, Institut für Grundwasserwirtschaft, Juniorprofessur für Schadstoffhydrologie (Betreiber*in)
• Technische Universität Dresden, Institut für Waldwachstum und Forstliche Informatik, Professur für Forstliche Biometrie und Forstliche Systemanalyse (Mitwirkende)
• Umweltbundesamt (Bereitsteller*in)
• University Brisbane (Mitwirkende)

Time ranges: 2018-06-01 - 2021-05-31

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Adopting mangrove vegetation zonation patterns to gain information on subsurface aquifer structures and advance belowground plant competition concepts in individual-based modelling - MARZIPAN
  Description: With the proposed project, we intend to extend the knowledge and process understanding of the interactions between vegetation and subsurface hydrodynamics by developing and employing a new, fully coupled plant-soil water modelling approach for mangrove ecosystems. Specifically, we want to gain insight into the relationships between (i) visible vegetation patterns like allometry, species composition and zonation and (ii) subsurface aquifer structures and potential gradients by tidal and ground water influence. The fully coupled approach will allow us to benefit equally on both sides: for (i), the new approach will help to understand the physical mechanisms of below-ground plant interaction and open the way for a new plant interaction approach for individual based models considering plant properties and abiotic soil parameters; for (ii), adopting vegetation zonation patterns will enable us to gain information on subsurface aquifer structures and parametrization. As a pilot study case we propose the mangrove ecosystem. We hypothesize, that salinity gradients are the obvious link between patterns on the single plant and plant community scale, and - due to their impact on physical properties of the soil water - the hydrodynamic processes in the soil and groundwater matrix. In our approach salinity at the interface between roots and groundwater will on the plant side control water uptake (osmotic potential) and shape plant growth and allometry. Water uptake (osmotic salt exclusion) will increase salinity. Salinity (density gradients) will add to tidal and groundwater gradients as a driver for groundwater flow processes and vice versa temporally and spatially emerge as a boundary condition for plant development. Zonation and its disturbance should thus be attributable to subsurface heterogeneity. The water potential concepts in the BETTINA plant growth model provide an effective interface to the hydrodynamic processes in the soil matrix which can be described by OpenGeoSys. With this combination, we will be able to reliably predict species distribution and allometric characteristic of plants (tree size, root diameter etc.) from abiotic boundary conditions governed by soil and groundwater flow and transport processes. This will allow us to jointly advance in both, ecological plant community and groundwater modelling: firstly, we will be able to conclude reversely from vegetation parameters as zonation patterns or tree dimensions on domain properties and the heterogeneity of the shallow groundwater system (groundwater view); secondly, we will develop a more sophisticated conceptual competition surrogate approach, which will, in contrast to existing ones like Field of Neighbourhood, take into account characteristics of the abiotic environment or anisotropic conditions. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1079400

Status

Aktiv

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