Modellentwicklung zur Prognose nutzungsbedingter Veränderungen des Bodenporenraumes und deren hydrologischer Wirkung

Description: Die steigende Nachfrage nach Agrarprodukten und das zunehmende Auftreten meteorologischer Extreme rücken weltweit die Ressourcen Boden und Wasser in den Fokus der Öffentlichkeit. Deshalb gewinnt eine adaptierte Landnutzung als vorbeugendes Element des Boden- und Gewässerschutzes an Bedeutung. Die Planung von Anpassungsstrategien beruht meist auf dem Einsatz numerischer Modelle. Dadurch kann die Wirkung hypothetischer Änderungen der Landnutzung (Landnutzungsszenarien) bei gegenwärtigem und verändertem Klima (Klimaprojektionen) auf Pflanzenwachstum und Wasserhaushalt abgeschätzt und bewertet werden. Vorausgesetzt wird dabei, dass sich die wasserhaushaltsrelevanten Bodeneigenschaften nicht ändern. Vorangegangene Studien haben jedoch gezeigt, dass sich die Bodenstruktur und damit dieWasserspeicherfähigkeit und das Wasserleitvermögen als Folge der Landnutzung signifikant ändern können. Bleiben diese Bodenveränderungen unberücksichtigt, erhöht sich die Unsicherheit der Modellergebnisse. Die Folge könnten Fehlplanungen und eine stärker ressourcenverbrauchende Landnutzung sein. Ziel der Studie ist daher a) die Messung der durch Landbewirtschaftung ausgelösten Änderungen in der Bodenstruktur und damit in den bodenhydraulischen Eigenschaften und b) die Implementierung dieser Ergebnisse in hydrologische Modelle, welche diese Änderungen mittels mathematischer Funktionen quantifizieren. Diese Funktionen beschreiben die Änderungen der Porengrößenverteilung und aufbauend darauf die zeitlichen Änderungen im Wasserspeicher- und Wasserleitvermögen für verschiedene Maßnahmen der Landnutzung (Bodenbearbeitung, Fruchtfolgen, Aufforstung). Um verallgemeinerbare Gesetzmäßigkeiten zum Einfluss der Landnutzung auf die hydrologisch relevanten Bodeneigenschaften abzuleiten, untersuchen wir vergleichbare Landnutzungsmassmahmen bei ähnlichen Böden entlang eines Klimagradienten von Brandenburg bis in die Steiermark. Zur Charakterisierung der hydraulischen Bodeneigenschaften werden Feldmethoden (Haubeninfiltrations- und Farbtracerversuche) und Labormethoden (instationäre Verdunstungsexperimente) miteinander kombiniert. Dies ermöglicht eine verbesserte Trennung zwischen Makroporen- und Matrixporenregion, was grundlegend für die Entwicklung von Funktionen zur Beschreibung nutzungsbedingter Änderungen des Porenraums sein könnte. Wir erwarten, dass sich die verschiedenen Maßnahmen der Landnutzung eher auf die Makroporen auswirken. Die Studie wird unser Wissen über Änderungen des Porenraums bei unterschiedlichen Landnutzungsmaßnahmen vertiefen. Basierend auf dem besseren Prozessverständnis werden wir Methoden und Modelle entwickeln, die den Einfluss einer adaptiven Landnutzung auf die hydrologisch relevanten Bodeneigenschaften, auf den Wasserhaushalt (Bodenwasservorrat, Grundwasserneubildung und Wasserqualität), und die Biomassebildung quantifizieren können. Damit werden Grundlagen für die Entwicklung nachhaltiger Landnutzungssysteme geschaffen.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Grundwasserneubildung ? Brandenburg ? Steiermark ? Klimaprojektion ? Bodenstruktur ? Bodenwasser ? Landnutzungsänderung ? Bodenressourcen ? Anpassungsstrategie ? Mathematisches Modell ? Fruchtfolge ? Bodenbewirtschaftung ? Studie ? Wassergehalt ? Wasserqualität ? Wasserspeicher ? Gewässerschutz ? Bodenqualität ? Agrarprodukt ? Aufforstung ? Ressourcenverbrauch ? Flächennutzung ? Hydrologie ? Klimawandel ? Landwirtschaft ? Wasserhaushalt ? Wasserressourcen ? Planung ? Globale Aspekte ? Änderung ? Klimaszenario ? Biomasseproduktion ? Studienergebnis ? Pflanzenwachstum ?

Region: Sachsen

Bounding boxes: 10.40664° .. 10.40664° x 49.29433° .. 49.29433°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Deutsche Forschungsgemeinschaft (Geldgeber*in)
• Fonds zur Förderung der Wissenschaftlichen Forschung (Mitwirkende)
• Johann Heinrich von Thünen-Institut Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei - Institut für Waldökosysteme (Mitwirkende)
• Technische Universität Dresden, Institut für Bodenkunde und Standortslehre (Betreiber*in)
• Umweltbundesamt (Bereitsteller*in)
• Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Bodenphysik und landeskulturelle Wasserwirtschaft (Mitwirkende)

Time ranges: 2015-01-01 - 2020-12-31

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Development of models to predict land-use-induced soil pore-space changes and their hydrological impacts
  Description: As the demand for agricultural products and the occurrence of extreme weather conditions increase, the resources soil and water are more attracted by the public. Therefore, an adaptive land use as a preventative element for soil and water conservation gains in importance. Planning of adaptation strategies are often based on the application of numerical models. With these models, the impact of hypothetical changes in land use under recent and changing climatic conditions on plant growth and water balance components can be estimated and evaluated. As a pre-requisite in existing models, soil hydraulic properties are seen to be temporally constant. However, previous studies have shown that soil structure and with it the soil water retention and hydraulic conductivity functions change significantly as a result of land use. If the dynamics of soil structure are neglected, the uncertainty of the model results increases. This could lead to incorrect planning and a more resources-consuming land use. Therefore, the objectives of this study are a) to measure land use-induced changes in soil structure and in the soil hydraulic properties and b) the implementation of the results into hydrological models that quantify the changes using mathematical equations. These equations describe temporal changes of soil water retention and hydraulic conductivity based on the evolution in the soil pore-size distribution for different land use practices (e.g., soil tillage, crop rotation, afforestation). To derive general principles for the influence of land use on hydrologically relevant soil properties, we will analyze comparable land use practices with similar soils along a climatic transect from Brandenburg to Styria. For the characterization of the soil hydraulic properties, field methods (hood infiltrometer and dye tracer experiments) will be combined with laboratory methods (transient evaporation experiments). This approach allows a better differentiation between macro pore and matrix flow domains, which may be fundamental for the development of functions describing land use-induced changes of the soil pore space. We expect that the different land use measures will have a stronger influence on the macro pores. The study will increase our knowledge about soil pore space changes under different land use practices. Basing on a better understanding of the involved processes we will develop methods and models that are able to quantify the impact of an adaptive land use on the soil hydraulic properties, on components of the water cycle (soil water capacity, groundwater recharge, water quality), and on the production of biomass. This will be the basis for the development and assessment of sustainable land use systems. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1083839

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/267233345 (Webseite)

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