Description: In den vergangen 20 Jahren kam es in Mitteleuropa zu einer Häufung hydrologischer Dürreereignisse, ein Trend, der sich in Zukunft weiter verstärken wird. Bereits jetzt gelten die im Vergleich zu Mittelwerten extrem trockenen vergangenen Jahre als eine der Hauptursachen für den sich systematisch verschlechternden Zustand der Wälder in Mitteleuropa. Eine allgemein akzeptierte Annahme ist, dass tief verwurzelte Bäume solchen Dürreereignissen besser standhalten können. Das prozessbasierte Verständnis in Bezug auf die Nutzung von tief liegenden Wasserressourcen und deren Nutzung durch Vegetation ist jedoch stark limitiert. Tiefes Bodenwasser (> 1 m) wird häufig vernachlässigt oder vereinfacht betrachtet. Zentrales Ziel unseres Projektes ist es daher, raumzeitliche Dynamiken und Rückkopplungen zwischen Niederschlagsinfiltration und Grundwasserneubildung sowie kapillarem Aufstieg zu quantifizieren. Wir werden die Wasseraufnahme von typischen europäischen Waldbäumen (Buche, Eiche, Fichte) mit unterschiedlichen Wassernutzungsstrategien und Wurzeltiefen untersuchen und dabei zwischen Bäumen mit I) direktem Zugang zu Grundwasser, II) Kontakt zur Kapillarzone oberhalb des lokalen Grundwasserspiegels und III) solchen, ohne direkte Verbindung zum Grundwasser/der Kapillarzone haben, aber ein tiefes Wurzelsystem zur Nutzung der in der ungesättigten Zone gespeicherten Wassers besitzen und IV) flachwurzelnden Bäumen. Unsere Hypothese ist, dass die Aufrechterhaltung der Konnektivität zur Kapillarzone für einige Arten eine kritische Komponente der Trockenheitstoleranz ist, deren Bedeutung aber abhängt von I) klimatischen und geomorphologischen Bedingungen, die die raumzeitliche Dynamik dieser Verbindung definieren (Dürredauer, Pufferkapazität der Kapillarzone) und II) Artenspezifischen Dürreanpassungen (Wurzeltiefen, adaptives Wurzelwachstum, Grad der Isohydrie) ab. Um die Auswirkungen der Vegetationskonnektivität zur Kapillarzone auf die Baumgesundheit sowie den Wasserkreislauf vollständig zu verstehen, verwenden wir eine Kombination aus ökohydrologischen, pflanzenphysiologischen, geophysikalischen und modellbasierten Ansätzen. Ein besonderer Schwerpunkt ist der Einsatz einer neuartigen Messmethodik zur kontinuierlichen Erfassung stabiler Wasserisotope. Daraus resultierende Datensätze mit hoher räumlich-zeitlicher Auflösung der Wasser Isotopie des Boden, des Xylem und des atmosphärischen Wasserdampfes werden durch Sauerstoffisotope- und Phloem-Kohlenstoffisotopendaten von Jahrringen ergänzt. Diese Kombination ermöglicht uns Rückschlüssen auf die aktuelle Konnektivität verschiedener Baumarten zu verschiedenen tief liegenden Wasserpools und sowie die neuartige Möglichkeit zur Analyse historischer Dürreereignisse. Anschließend wird das isotopenfähige SVAT-Modell MuSICA mit dem parametrisiert, um den Zusammenhang zwischen Tiefenwasseraufnahme und der Baumgesundheit unter verschiedenen Szenarien (extremer trockener, trockener, normaler Jahre) vorherzusagen.
Types:
SupportProgram
Origins:
/Bund/UBA/UFORDAT
Tags:
Buche
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Eiche
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Fichte
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Jahresring
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Grundwasserneubildung
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Vegetation
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Waldbaum
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Baum
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Wasserdampf
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Bodenwasser
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Hydrogeologie
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Szenario
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Dürre
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Ungesättigte Zone
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Mitteleuropa
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Grundwasserstand
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Hydrochemie
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Limnologie
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Messverfahren
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Siedlungswasserwirtschaft
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Wasserkreislauf
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Wassernutzung
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Grundwasser
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Hydrologie
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Wald
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Mittelwert
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Integrated Water Resources Management
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Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung
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Urban Water Management
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Water Chemistry
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Region:
Brandenburg
Lower Saxony
Bounding boxes:
13.01582° .. 13.01582° x 52.45905° .. 52.45905°
9.16667° .. 9.16667° x 52.83333° .. 52.83333°
License: cc-by-nc-nd/4.0
Language: Deutsch
Organisations
-
Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (Mitwirkung)
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Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e.V. - Programmbereich 1 - Arbeitsgruppe Isotopen-Biogeochemie und Gasflüsse (Projektverantwortung)
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Swedish University of Agricultural Sciences, Department of Forest Ecology and Management (Mitwirkung)
-
Technische Universität Braunschweig, Department Bauingenieurwesen und Umweltwissenschaften, Institut für Geoökologie (Projektverantwortung)
-
Umweltbundesamt (Bereitstellung)
-
University of Firenze (Mitwirkung)
Time ranges:
2022-01-01 - 2025-10-02
Alternatives
-
Language: Englisch/English
Title: Ecohydrological connectivity between trees and the capillary zone - a key driver for drought resilience of European forests?
Description: Hydrologic droughts have become increasingly common in the last 20 years in central Europe. This trend is projected to intensify in the future, leading to serious consequences for forest ecosystems. Already, the ongoing (until 2021) drought was deemed one of the major causes for the worsening condition of forests in central Europe. A commonly accepted hypothesis is that deep rooted trees are able to better withstand drought events, however, our process-based understanding of deep water sources and their use has been restricted by limited accessibility. Deep soil water (> 1 m) is mostly neglected or simplified by plant physiologists and ecohydrologists.The central aim of our project is to explore and quantify spatiotemporal dynamics and feedbacks between water infiltrating from above (via precipitation), groundwater replenishment and capillary rise from below and trees as ultimate users of these different resources. We will explore water uptake by typical European forest trees (beech, oak, spruce) with distinct water-use strategies and rooting depths. We will distinguish among trees that I) directly tap into groundwater, II) connect to the capillary zone residing above the local water table, and III) those with no direct connection to the groundwater or capillary zone, but which still possess a deep root system and IV) shallow rooted trees. We hypothesize that maintaining connectivity to the capillary zone is for some species a critical component of drought tolerance. However, the quantitative impact of tree connectivity to the capillary zone will depend largely on I) climate and geomorphological conditions that define spatiotemporal dynamics of capillary zone connectivity (drought duration, capillary zone buffer capacity) and II) species-specific drought adaptations (rooting depths, adaptive root growth, degree of isohydricity). To fully understand the impact of tree connectivity to the capillary zone on tree and forest health as well as hydrological cycling we aim to use a combination of ecohydrological, plant physiological, geophysical, and model-based approaches. A particular focus will be on a novel continuous stable water isotope observation platform creating a dataset with high spatiotemporal resolution that includes soil, xylem, and atmospheric water vapor complemented by tree ring oxygen isotopic and phloem carbon isotopic data. This combination will allow us to draw conclusions not only on current tree connectivity of different tree species, but also its impacts on tree-ring isotopic composition, allowing the analysis of historic drought events. Finally, the isotope enabled SVAT model MuSICA will be used to predict the relationship between deep-water uptake and tree health over the course of extremely dry, dry and normal years.
https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1138935
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