An der TU Braunschweig wurde der Sonderforschungsbereich 179 'Wasser- und Stoffdymanik in Agrar-Oekosystemen' eingerichtet. Das zentrale Ziel dieses von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefoerderten, langfristigen Forschungsvorhabens ist die Untersuchung und Prognose der Auswirkungen der landwirtschaftlichen Nutzung sowie der naturraeumlichen Ausstattung auf Energie-, Wasser- und Stofffluesse, Mikroklima und Mikroorganismen. Untersucht wird die zeitliche und raeumliche Differenzierung der Wasser- und Stoffbewegung. Im Vordergrund steht die Problematik der Belastung, der Belastbarkeit sowie der Langfriststabilitaet von Agrar-Oekosystemen. Bearbeitet werden alle wesentlichen Kompartimente, so die bodennahe Atmosphaere, die Vegetation, die Bodenoberflaeche mit den Oberflaechengewaessern, der Boden und das Grundwasser. Im Mittelpunkt steht der Boden als wichtigster Umsatzort fuer Wasser, Naehr- und Schadstoffe. Die landwirtschaftlichen Nutzungssysteme werden hinsichtlich ihrer oekologischen Effekte differenziert und bewertet. Beruecksichtigt werden die Wirkungen von Fruchtfolge, Zwischenfruchtanbau, Strohverwertung, Bodenbearbeitung, Duengung, Agrochemikalien, Beregnung, Gruenlandumbruch, Melioration - um nur einige Beispiele zu nennen. Aus den genannten Zielen und den Arbeitsrichtungen der beteiligten Wissenschaftler leiten sich u.a. die folgenden Fragestellungen ab, die saemtlich hochaktuelle Probleme der Nutzungsmoeglichkeiten und der Gefaehrdung von Agrar-Oekosystemen betreffen: Welche Veraenderungen der bodenphysikalischen Eigenschaften werden von Bodenbearbeitung, Fruchtfolge, Stroheinbringung, organische Duengung, Splash, Oberflaechenabfluss...
Landwirtschaftliche Böden erfahren einen hohen Eintrag an Agrochemikalien, die wiederum abgebaut, gespeichert oder auch in andere Umweltkompartimente wie den Untergrund verlagert werden können. Unbenommen der generellen Bedeutung der Böden für die Oberflächen- und Grundwasserqualität fehlt nach wie vor ein mechanistisches Verständnis der gekoppelten geochemischen Prozesse, die den Schadstoffabbau in Böden steuern. Auf Basis eines Untersuchungsprogramms zum Pestizid- und Stickstoffaustrag auf repräsentativen Böden im Ammergebiet werden in dem Projekt die limitierenden Faktoren des Pestizidabbaus untersucht, um zu klären, weshalb intrinsisch abbaubare Stoffe auf der Feldskala äußerst persistent sein können.
Grundwasserneubildung ist eine wichtige Komponente des natürlichen Wasserkreislaufs, die eine zentrale Bedeutung für die nachhaltige Nutzung der Grundwasserressourcen hat. Zukünftige Landnutzungsänderungen und Verschiebungen durch den Klimawandel erfordern mehr denn je detailliertes Wissen über räumliche Verteilung, Intensität und zeitliche Variabilität der Grundwasserneubildung, ebenso, wie der Eintrag von Düngemitteln und Agrochemikalien ins Grundwasser. Ihre Abschätzung und Messung ist jedoch schwierig, da sie räumlich und zeitlich sehr variabel ist, große Gebiete betrifft und nicht direkt von der Landoberfläche messbar ist. Die Anwendung von Messungen des natürlichen Neutronenhintergrunds an der Landoberfläche (CRNS) könnte erstmalig konkret dazu genutzt werden, Grundwasserneubildungsraten für größere Flächen als bisher abzuschätzen. Durch die hohe Sensitivität und die räumliche Mittelung der Methode kann nicht nur die Dynamik der Bodenfeuchte im Oberboden repräsentativ und nicht-invasiv erfasst werden, sondern ebenso Schnee, der als saisonaler Wasserspeicher einen relevanten und kurzfristigen Beitrag zur Grundwasserneubildung liefern kann. Die Forschungsfragen dieses Teilprojekts der Forschergruppe 'Cosmic Sense' konzentrieren sich darauf, 1) wie die gewonnenen CRNS Daten zur Abschätzung der Grundwasserneubildung eingesetzt werden können, auch wenn mit CRNS allein bisher noch keine komplette Wasserbilanz des gesamten Bodenkompartiments möglich ist; 2) diese Abschätzung bei der experimentellen Untersuchung mehrerer, unterschiedlicher Standorte einzusetzen und zu validieren; und 3) über CRNS erstmalig auch Schnee in die Bilanzierung einzubeziehen und Schneewasseräquivalente für hydrologische Modelle zur Verfügung zu stellen. Für die Interpretation der experimentellen Daten werden sowohl die Ergebnisse eindimensionaler Simulationen der Bodenwasserströmung herangezogen als auch der Vergleich mit einer hydrogeophysikalischen Messung der Wasserverteilung im Boden bis zum Grundwasser (in einem anderen Teilprojekt). Bei den beiden Großversuchskampagnen der Forschergruppe wird die Grundwasserneubildung für das am jeweiligen Standort (in einem anderen Teilprojekt) installierte großflächige CRNS-Bodenfeuchte-Netzwerk über diese Methodik ermittelt. Die räumliche Verteilung und zeitliche Dynamik der Grundwasserneubildungsrate wird dann in einem numerischen Grundwassermodell für das Gebiet zusammengeführt und beides wird zur Überprüfung der Gesamtwasserbilanz des Gebietes im jeweiligen Großversuch dienen.
Gesamtziel des Vorhabens ist es, Handlungsempfehlungen hinsichtlich der Möglichkeiten und Grenzen von unternehmerischen Sorgfaltspflichten und Zertifizierungssystemen in den globalen Wertschöpfungsketten von biogenen Massenrohstoffen zu formulieren. Deutschland und die Europäische Union (EU) sind im hohen Maße auf den Import verschiedener biogener Massenrohstoffe angewiesen. Viele dieser Rohstoffe finden nicht nur im Lebensmittelsektor Anwendung, sondern auch in der industriellen Produktion sowie der energetischen Nutzung. Dabei ist bekannt, dass gerade die Gewinnung und Herstellung von Massenrohstoffen in Nicht-OECD-Ländern in vielen Fällen eng mit sozialen und ökologischen Problemen einhergeht. Diese reichen vom übermäßigen Einsatz von Agrochemikalien bis hin zur Finanzierung bewaffneter Konflikte. Für die bioökonomische Transformation resultiert hieraus die Herausforderung, sowohl die heutige Situation, als auch die mittel- bis langfristigen Auswirkungen und Nutzungskonkurrenzen einer steigenden Nachfrage so zu beeinflussen, dass zum einen wichtige Ökosystemdienstleistungen erhalten werden, zum anderen auch Konfliktpotenziale minimiert und sozioökonomische Chancen global erhöht werden.