Das Verbundvorhaben adressiert die Themen der Minderung der Lachgasemission und Verbesserung der Stickstoffeffizienz durch Modellierung, der Bewertung möglicher Minderungsmaßnahmen und der standortdifferenzierenden Bewertung der Denitrifikation. Gasförmige Emissionen aus der Denitrifikation verursachen pflanzenbaulich relevante N-Verluste und verursachen direkte N2O-Emissionen des Pflanzenbaus. Pflanzenbauliche Klimaschutzmaßnahmen im Bereich der Düngung, Bodenbearbeitung, Fruchtfolge sind im Hinblick auf die Rolle der Denitrifikation kaum erforscht. Ein pflanzenbauliches Management welches N-Effizienz optimiert und gleichzeitig N-Emissionen minimiert ist daher bisher nicht verlässlich definiert. Übergeordnetes Ziel des vorliegenden Antrags ist es, pflanzenbaulich praktikable Minderungsmaßnahmen im Hinblick auf N2 und N2O-Emissionen der Denitrifikation für Ackerbausysteme in Deutschland zu identifizieren, indem der Kenntnisstand zu denitrifikativen N-Verlusten durch Feld- und Laborstudien verbessert und zur Parametrisierung, Validierung und Anwendung von Simulationsmodellen eingesetzt wird. Unsere Teilziele sind wie folgt: 1. Regionalisierung der N-Verluste durch Denitrifikation in Deutschland auf Basis vorhandener Modelle 2. Bestimmung der Wirkung von pflanzenbaulichen Klimaschutzmaßnahmen auf N2- und N2O-Verluste 3. Prüfung von Minderungsoptionen auf der Modell-, Labor- und Feldskala unter Berücksichtigung des Oberbodens und des durchwurzelten Unterbodens für verschiedene Böden 4. Weiterentwicklung von Denitrifikationsmodellen, um die Abbildung von Minderungsmaßnahmen zu verbessern anhand vorhandener und neuer Messdaten 5. Prüfung der Minderungsoptionen für Deutschland anhand der verbesserten Modelle unter Berücksichtigung von Ertrag, Wirtschaftlichkeit, Technologiebedarf, N2O-Emission, N-Effizienz, Düngerbedarf, NH3-Emisissionen und Nitratauswaschung.
Während der stationäre Einsatz der CRNS Methode die Erfassung zeitlicher Variabilitäten der Bodenfeuchte im Einflussbereich (Footprint) des Sensors ermöglicht, dient die mobile Anwendung der Methode, die Rover-Applikation, dazu, die räumliche Variabilität der Bodenfeuchte über größere Flächen und entlang längerer Transsekte zu erfassen. Die räumliche Heterogenität der die Messmethode beeinflussenden Umgebungseigenschaften ist dabei eine zentrale Herausforderung für die Kalibrierung und räumliche Korrektur von mobilen CRNS-Daten. Ziel des Teilprojektes ist es, ein Konzept zur Datenerfassung und -analyse zu entwickeln, das zu zuverlässigen CRNS-Raumdatenprodukten über räumliche Skalen hinweg führt. Dazu werden Methoden zur räumlichen Korrektur unter Einbeziehung von Proxydaten aus z.B. konventioneller Geophysik und Fernerkundung entwickelt. Um die Übertragbarkeit des Ansatzes über Skalen und Standorte hinweg zu erreichen, werden die entsprechenden Parameter mit Hilfe verschiedener Beobachtungsdatensätze, Neutronensimulationen und dem mehrskaligen hydrologischen Modell mHM regionalisiert. Wir werden mit Hilfe von Neutronentransportsimulationen Strategien entwickeln, um den Effekt lokaler Strukturen (wie Straßen und Bäume) zu quantifizieren und in der Messung zu korrigieren. Weiterhin sollen die Effekte von Bodenwasser und Wasser in der Biomasse durch verschiedene Detektorabschirmungen getrennt werden. Die Hypothesen werden im Rahmen von Rover-Kampagnen an verschiedenen Standorten getestet. Der Einsatz des CRNS-Rovers ist darüber hinaus generell von entscheidender Bedeutung für Feldkampagnen, die zusammen mit den anderen RMs durchgeführt werden. Es ist vorgesehen, die CRNS-Rover-Daten in Verbindung mit dem Netzwerk der stationären CRNS-Sonden im Rahmen von Teilprojekt Großflächiges CRNS-Netzwerk zu kalibrieren. Weiterhin integriert das Teilprojekt Daten des Teilprojektes Fernerkundung, um den Effekt der Vegetation mit Hilfe von Teilprojekt Vegetation zu entwickelnden Methoden räumlich zu korrigieren. Die korrigierten CRNS-Roverdaten werden wiederum direkt für die Validierung von fernerkundeten Bodenfeuchteprodukten verwendet. Der Einfluss kleinräumiger Effekte von Straßen und Wäldern wird in enger Zusammenarbeit mit dem Teilprojekt Neutronensimulation untersucht. Des Weiteren ist vorgesehen, verschiedene Schildkonfigurationen zur verbesserten Abschirmung (z.B. von trockenen Straßenbereichen), sowie regelmäßig Prototypen der neuartigen Detektorentwicklung vom Teilprojekt Detektorentwicklung zu testen. Die gemessenen räumlichen Bodenfeuchtemuster werden direkt in die Quantifizierung der Wasserbilanz durch das Teilprojekt Grundwasserneubildung einbezogen. Die Parameter-Regionalisierung wird durch das Teilprojekt Hydrologische Modellierung unterstützt, wobei auch die Rover-Daten einbezogen werden.
Ausgehend von der seit der Mitte der 1980er Jahre zu beobachtenden rapiden Ausweitung der kommerziellen, weltmarktorientierten Aufforstungen in Neuseeland untersucht die Arbeit deren räumliche Differenzierung auf nationaler Ebene, ihre Träger und ihre gesellschaftlichen und wirtschaftspolitischen Hintergründe, die unmittelbar und vordergründig mit der ab 1984 stattfindenden Deregulierung bzw. Liberalisierung der neuseeländischen Volkswirtschaft zusammenhängen. Besonderes Augenmerk wird dabei dem Spannungsfeld 'Globalisierung - Regionalisierung' gewidmet: Der neuseeländische Forstsektor unterliegt einerseits den globalisierenden Einflüssen pazifischer Wirtschaftsverflechtungen, andererseits zeigt er in vielen Facetten spezifische Ausprügungen, deren Ursachen in nationalen und sogar regionalen Eigenheiten wurzeln. Die Arbeit kann nachweisen, dass die historischen Ansätze dieser jüngsten Phase der wald- bzw. forstwirtschaftlichen Entwicklung Neuseelands tief in den kolonialzeitlichen Strukturen und Mentalitäten des 19. Jahrhunderts verankert sind, so dass man geradezu von einer kulturgenetischen Bedingtheit des neuseeländischen Forstsektors und seiner räumlichen Ausprägungen sprechen kann. Der Nachweis solcher Verflechtungen mit anthropogenen, aber auch mit physischen Strukturen und Rahmenbedingungen i.w.S. lässt es als gerechtfertigt erscheinen, die anthropogeographische Teildisziplin der 'Geographie der Wald- und Forstwirtschaft' durch einen integrativer vorgehenden methodischen Ansatz zu ersetzen, der unter der Bezeichnung 'Hylogeographie' der Komplexität wald- und forstwirtschaftsräumlicher Strukturen und Entwicklungen angemessener Rechnung trägt.
Das Umweltbundesamt hat im Rahmen eines Sachverständigengutachtens in 2023 die bisher von den Ländern eingesetzten Regionalisierungsverfahren zur Ausweisung nitratbelasteter Gebiete nach der Allgemeinen Verwaltungsvorschrift zur Ausweisung von mit Nitrat belasteten und eutrophierten Gebieten (AVV Gebietsausweisung - AVV GeA) untersuchen und evaluieren lassen. Im Ergebnis wird deutlich, dass die bisher eingesetzten Verfahren (z.B. Voronoi, IDW), aber auch alternative Ansätze wie Random Forest, für die Ausweisung der Gebiete nur eingeschränkt bzw. gar nicht geeignet sind. Weiterhin wird deutlich, dass nahezu alle bisher eingesetzten Regionalisierungsverfahren die Nitratbelastung tendenziell unterschätzen. Die AVV GeA verlangt von den Bundesländern bis 2028 die Etablierung eines geostatistischen Verfahrens zur Regionalisierung im Rahmen der Gebietsausweisung. Stand jetzt wendet nur Thüringen ein solches Verfahren an, welches aber laut dem Gutachten fachlich nicht mehr dem Stand der Technik entspricht. Im Rahmen des angestrebten Vorhabens soll nun das im Gutachten vorgeschlagene geostatistische Verfahren des Indikator-Krigings konkretisiert und für verschiedene Anwendungsfälle weiterentwickelt werden. Zum einen soll auf Basis des vorgeschlagenen Ansatzes eine deutschlandweite Kulisse der mit Nitrat belasteten Gebiete berechnet und anhand von Realdaten validiert werden. Im Ergebnis ist eine Handlungsanleitung zur Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens zu erarbeiten. Dies dient der Harmonisierung und der Sicherstellung des gegenüber der EU-KOM zugesagten bundesweit einheitlichen Vorgehens zur Ausweisung belasteter Gebiete. Zum anderen soll mit dem Ansatz eine deutschlandweite Karte der Nitratkonzentration des Grundwassers modelliert und mit bestehenden Ansätzen (Random-Forest, AGRUM-DE) verglichen werden. Zusätzlich soll mit der Methode ein Verfahren zur fachlich fundierten Selektion von Standorten für Nitratmessstellen erarbeitet werden.
Steigende Biomasseentzüge aus Wäldern, erhöhtes Waldwachstum durch anhaltend hohe atmosphärische Stickstoffeinträge und direkte und indirekte Auswirkungen des Klimawandels rücken den Kreislauf und die Verfügbarkeit von Phosphor (P) in Waldökosystemen vermehrt in den Fokus wissenschaftlicher Untersuchungen. Den P-Verlusten mit dem Sickerwasser kommt dabei außerdem besondere Bedeutung für die Eutrophierung von Oberflächengewässern zu. Bisher liegen jedoch kaum Erkenntnisse über die Höhe und Prozessdynamik des P-Austrags und die Transportwege von P in Waldböden vor. Eigene Studien zeigten kürzlich, dass signifikante P-Verluste aus Waldböden während starker Niederschlagsereignisse auftreten können. Da der Oberflächenabfluss in Wälder in der Regel vernachlässigbar ist, spielt insbesondere der Transport über preferentielle Fließwege (z.B. Makroporen) eine wichtige Rolle. Welche Prozesse jedoch den P-Transport entlang dieser Fließwege steuern und welche P-Formen überwiegend transportiert werden, ist weitestgehend unbekannt. Ebenso wurde bisher nicht untersucht, ob unterschiedliche Ernährungsstrategien von Waldökosystemen einen Effekt auf die P-Transportmechanismen haben. Eine Grundannahme des SPP 1685 ist, dass recycelnde Systeme, in denen die P- Verfügbarkeit aus der mineralischen Phase gering ist, sich an diese P-Limitierung angepasst haben. Sie können Phosphor hoch effizient recyceln und P-Verluste aus dem System minimieren. Dagegen bestand für akquirierende Systeme, welche überwiegend verfügbares P der mineralischen Phase nutzen, vermutlich nicht die Notwendigkeit angepasste Strategien zu einem effizienten P-Recycling zu entwickeln. Um die Relevanz dieser beiden hypothetischen Ernährungsstrategien auf P-Transportprozesse in Waldböden experimentell zu überprüfen, werden wir daher Böden in Waldökosystemen mit unterschiedlicher P-Verfügbarkeit aus der mineralischen Phase betrachten (SPP-Kernstandorte). Die Ziele unserer Studie sind dabei: 1) die Identifizierung der P-Transportpfade durch den Boden und der am Transport beteiligten P-Formen; 2) die modell-basierte Abschätzung der P-Verluste aus den betrachteten Systemen. Die preferentiellen Fließwege von infiltrierendem Wasser sollen mit Hilfe von Farbtracer-Experimenten visualisiert werden. Durch die anschließende chemische Analyse der P-Fraktionen in den preferentiellen Fließwegen sollen Rückschlüsse auf P-Transportmechanismen in Waldböden gezogen werden. Zur Abschätzung der P-Verluste aus dem System werden basierend auf den identifizierten Transportmechanismen und beobachteten Fließwegen numerische Modelle parametrisiert, welche die Komponenten des Wasserhaushaltes simulieren. Durch diesen kombinierten Ansatz können erstmals die Transportmechanismen und Austragsraten von Phosphor aus Waldökosystemen in Abhängigkeit ihrer Ernährungsstrategie (P-Verfügbarkeit aus der mineralischen Phase) vergleichend betrachtet werden.
In Dauerfeldexperimenten werden in ökologischen und konventionellen Anbausystemen an drei Versuchsstandorten zeitlich hochauflösend Lachgasemissionen und Ammoniakemissionen gemessen, um Mechanismen der Treibhausgasbildung aufzuklären, pflanzenbauliche Strategien zur Treibhausgasminderung zu prüfen und standortspezifische Emissionsfaktoren abzuleiten. Die Messung von Treibhausgasflüssen erfolgt in Versuchen mit unterschiedlichen Fruchtfolge-, Bodenbearbeitungs- und Düngungssystemen zur Bestimmung von flächen- und produktbezogenen Emissionen. In zwei Feldexperimenten wird Pflanzenkohle in Kombination mit organischen und mineralischen Düngern eingesetzt um zu analysieren, wie der Stickstoffumsatz im Boden, der Stickstofftransfer in der Fruchtfolge und die Stickstoffemissionen beeinflusst werden. Auf der Grundlage der experimentellen Daten wird bewertet, ob es möglich ist, NH3- und N2O-Emissionen durch den Einsatz von Pflanzenkohle signifikant zu vermindern. In einem weiteren Versuch werden die Stickstoffdynamik und Lachgasemissionen in ökologischen und konventionellen Anbausystemen untersucht. Auf der Grundlage der Messdaten wird das Emissionspotenzial sowie das N2O-Minderungspotenzial von Anbausystemen bewertet. Lachgas- und Ammoniakemissionen werden in Beziehung zur Stickstoffdynamik gesetzt, um Ursachen und Prozesse aufzuklären, die zu hohen Emissionen führen. Alle pflanzenbaulichen Maßnahmen werden hinsichtlich der Effekte auf die Erträge und Produktqualität, die Stickstoffsalden und Stickstoffeffizienz bewertet, um die Umsetzbarkeit in der landwirtschaftlichen Praxis einschätzen zu können. Die experimentellen Daten verbessern die Datenbasis für die nationale Klimaberichterstattung. Sie sind für die Regionalisierung von NH3- und N2O-Minderungsmaßnahmen umfassend nutzbar. Der Transfer der Ergebnisse in die landwirtschaftliche Praxis erfolgt durch Publikationen in angewandten Zeitschriften, die Durchführung von Workshops und Feldtagen.
In Dauerfeldexperimenten werden in ökologischen und konventionellen Anbausystemen an drei Versuchsstandorten zeitlich hochauflösend Lachgasemissionen und Ammoniakemissionen gemessen, um Mechanismen der Treibhausgasbildung aufzuklären, pflanzenbauliche Strategien zur Treibhausgasminderung zu prüfen und standortspezifische Emissionsfaktoren abzuleiten. Die Messung von Treibhausgasflüssen erfolgt in Versuchen mit unterschiedlichen Fruchtfolge-, Bodenbearbeitungs- und Düngungssystemen zur Bestimmung von flächen- und produktbezogenen Emissionen. In zwei Feldexperimenten wird Pflanzenkohle in Kombination mit organischen und mineralischen Düngern eingesetzt um zu analysieren, wie der Stickstoffumsatz im Boden, der Stickstofftransfer in der Fruchtfolge und die Stickstoffemissionen beeinflusst werden. Auf der Grundlage der experimentellen Daten wird bewertet, ob es möglich ist, NH3- und N2O-Emissionen durch den Einsatz von Pflanzenkohle signifikant zu vermindern. In einem weiteren Versuch werden die Stickstoffdynamik und Lachgasemissionen in ökologischen und konventionellen Anbausystemen untersucht. Auf der Grundlage der Messdaten wird das Emissionspotenzial sowie das N2O-Minderungspotenzial von Anbausystemen bewertet. Lachgas- und Ammoniakemissionen werden in Beziehung zur Stickstoffdynamik gesetzt, um Ursachen und Prozesse aufzuklären, die zu hohen Emissionen führen. Alle pflanzenbaulichen Maßnahmen werden hinsichtlich der Effekte auf die Erträge und Produktqualität, die Stickstoffsalden und Stickstoffeffizienz bewertet, um die Umsetzbarkeit in der landwirtschaftlichen Praxis einschätzen zu können. Die experimentellen Daten verbessern die Datenbasis für die nationale Klimaberichterstattung. Sie sind für die Regionalisierung von NH3- und N2O-Minderungsmaßnahmen umfassend nutzbar. Der Transfer der Ergebnisse in die landwirtschaftliche Praxis erfolgt durch Publikationen in angewandten Zeitschriften, die Durchführung von Workshops und Feldtagen.
Die Verfügbarkeit von Wasser, die zum einen durch klimatische Faktoren, zum anderen kleinräumig durch waldbauliche Maßnahmen modifiziert wird, ist ein entscheidender Faktor, der Wachstum und Vitalität und somit auch die geographische Verbreitung der Buche beeinflusst. Veränderungen des Wasserhaushalts der Vegetation wirken sich ebenfalls auf den Nährstoffhaushalt aus, so dass beide Prozesse gemeinsam betrachtet werden. Die Charakterisierung des Wasserhaushaltes in Abhängigkeit von Klima (mesoklimatischer Expositionsgradient) und Bewirtschaftung (Schirmhiebe)soll ausgehend von einem Einzelbaumansatz mittels Xylemflussmessungen, Messungen des Wasserpotenzials und Bestimmung der C-, O- und N-Isotopensignaturen an adulten und jungen Bäumen erfolgen und mit Hilfe von Modellrechnungen auf die Bestandesebene extrapoliert werden. Weiterhin sollen die Isotopensignaturen in Phloem, Blättern und Holz auf ihre Eignung als Werkzeuge zur Regionalisierung des Wasserhaushalts überprüft werden. Der Nährstoffstatus wird anhand der Messungen und Modellierung der Aufnahme des wachstumslimitierenden Nährelements N aus dem Boden für adulte und junge Buchen charakterisiert. Es wird erwartet, dass sich die Untersuchungsparameter auf den verschiedenen Standorten in Abhängigkeit von Klima und Bewirtschaftung verändern und somit Rückschlüsse auf die Reaktions- und Anpassungsfähigkeit des Wasser- und Nährstoffhaushalts von Buchenbeständen gezogen werden können. Für diese Analyse wird eine gemeinsame Betrachtung des Wasser- und Nährstoffhaushalts des Bodens (Anträge Hilfebrand und Papen) und des Wasser- und Strahlungshaushaltes der Atmosphäre (Antrag Mayer) durchgeführt.
Als Grundlage für die Planung und Bewertung von wasserwirtschaftlichen Maßnahmen werden in der Regel umfangreiche Abfluss-Kennwerte, oft in hoher räumlicher Auflösung, benötigt. Das Institut für Wasser und Gewässerentwicklung - Bereich Hydrologie hat Anfang 2000 in Kooperation mit der LUBW damit begonnen, abgestimmte Regionalisierungsverfahren für Baden-Württemberg zu entwickeln. Die neuen Verfahren basieren auf multiplen Regressionsmodellen und erlauben die Beschreibung von Abfluss-Kennwerten auf Basis maßgebender Einzugsgebietskenngrößen und Landschaftsgroßräumen. Die Anpassung und Plausibilisierung der Verfahren erfolgte anhand von Beobachtungszeitreihen an 448 Pegeln in Baden-Württemberg. Über alle Pegel zeigen die Modellanpassungen sehr gute Übereinstimmungen mit den statistisch ermittelten Kennwerten. Mit der Anwendung dieser neuartigen Verfahren wurde es möglich regionalisierte Abfluss-Kennwerte flächendeckend für Baden-Württemberg zu bestimmen und der wasserwirtschaftlichen Praxis zur Verfügung zu stellen. Inzwischen liegen in Baden-Württemberg die Abflusskennwerte für mehr als 13.000 Gewässerstellen bzw. deren Einzugsgebiete vor. Ebenso eine Vielzahl von Abflusslängsschnitte für die wichtigsten Gewässerläufe. Die regionalisierten Abfluss-Kennwerte finden in der wasserwirtschaftlichen Praxis enormen Anklang und sind heute aus der wasserwirtschaftlichen Bearbeitung nicht mehr wegzudenken. Vielmehr wachsen die Anforderungen hinsichtlich Inhalt und Umfang immer weiter. Vom IWG wurden daher in den vergangenen Jahren in mehreren Überarbeitungen kontinuierliche Anpassungen und Weiterentwicklungen vorgenommen. Seit 2007 liegen landesweit für alle baden-württembergische Fließgewässer die wichtigsten Abfluss-Kennwerte wie bspw. Mittlere Abflüsse (MQ), Mittelwerte und Jährlichkeiten von Hochwasserabflüssen (MHQ, HQT), Niedrigwasserabflüssen (MNQ, NQT) und Niedrigwasser-Dauern (MND, NDT) vor. Zudem werden hinsichtlich der Anforderungen der Hochwassergefahrenkarten (HWGK) ein Extremabfluss HQExtrem und zur Bemessung von Hochwasserrückhaltebecken entsprechend DIN 19700 Hochwasserabflüsse mit Jährlichkeiten zwischen T = 200 und 10.000 a abgeschätzt.
| Origin | Count |
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