Die Prozesse der Wasser- und Stoffbewegung sowie des Gasaustausches in Böden werdenmaßgeblich durch das an die Bodenstruktur gebundene Porensystem gesteuert. Die Funktionalität des Porensystems beruht hierbei sowohl auf den Anteilen unterschiedlicher Porengrößen als auch auf der Geometrie des Porenraumes. Während die Porengrößenverteilung mit bodenphysikalischen Standardmethoden unter der Annahme von Kapillarität quantifizierbar ist, lassen sich die realen Porenformen in ihrer räumlichen Anordnung (u.a. Kontinuität, Bottlenecks, Konnektivität, Tortuosität) nur durch optische Verfahren erschließen. Die präferentiellen Fließwege der Makro- und Grobporen (größer als 50 mym) wurden bereits in zahlreichen Studien in 2D und 3D analysiert. Für die mittleren Porengrößen (0,2 - 50 mym) mit hoher ökologischer Wirksamkeit in ungesättigten Böden liegen jedoch kaum morphologische Informationen vor. In diesem Projekt sollen die Verfahren der Kunstharzeinbettung und der Mikrofokus- Computertomographie (myCT) für eine qualitative und quantitative räumliche Analyse des Porensystems in verbesserter hoher Auflösung (bis zu 1 mym) eingesetzt werden. Die Darstellung der mittleren Porengrößen wird mit der neuesten hochauflösenden Technik der myCT bei gleichzeitiger Differenzierung von Matrix, Wasser und Luft realisiert. Die zu analysierenden Geometrieparameter unterschiedlicher Porengrößen werden mit den Funktionen der Wasser- und Luftleitfähigkeit korreliert. Die Darstellung der Wasserverteilung in realen Poren bei unterschiedlichem Entwässerungsgrad ermöglicht zudem eine Überprüfung der Kapillartheorie, die als allgemeine Grundlage für Wasserverteilung und Wasserfluss vorausgesetzt wird.
Das Forschungsvorhaben dient der Untersuchung der Auswirkungen von Deformationsprozessen (Quellung/Schrumpfung, mechanische Belastung) auf die hydraulischen Materialeigenschaften von Böden (Wasserretentionsfunktion und hydraulische Leitfähigkeit). Auch die Inkonsistenzen bei der Bestimmung von Wasserretentionsfunktionen, die sich aus der üblichen Vernachlässigung von Quellung und Schrumpfung ergeben, sollen analysiert werden. Unter den 6 Deformationsfreiheitsgraden kommt der Volumenänderung der offensichtlichste Einfluss auf das Wasserretentionsverhalten zu. Auf der Grundlage von Messungen des Wasserretentionsverhaltens unterschiedlich vorverdichteter Proben unter simultaner Erfassung der Probenvolumina wird die Entwicklung parametrisierter Beschreibungsmodelle der Wasserretentionsfunktion j(h, e) in Abhängigkeit von Saugspannung h und Porenziffer e angestrebt. Dabei soll die am weitesten verbreitete Formulierung der Wasserretentionsfunktion nach van Genuchten (1980) durch die Verwendung porenzifferabhängiger Parameter js(e), jr(e), a(e), n(e) und m(e) erweitert werden. In analoger Weise werden ungesättigte hydraulische Leitfähigkeitsfunktionen unter Erfassung des Probenvolumen bestimmt und porenzifferabhängige Erweiterungen ku(h,e) des Beschreibungsmodells nach Mualem (1976a) und van Genuchten (1980) entwickelt.
Die Ziele des Projektes 'Z Zentrale Experimente' sind: i) Durchführung der Experimente auf den Versuchsflächen zur Manipulation des Wasserhaushalts der Böden, ii) Messungen der Grundparameter (Bodentemperatur, Saugspannung, Wassergehalt, Bodenlösungschemie, Streufall, Grundwasserstand) sowie iii) die Dokumentation der Daten in der zentralen Datenbank der Forschergruppe. Die beiden Versuchsflächen befinden sich im Fichtelgebirge. Der Standort Coulissenhieb ist ein Fichtenaltbestand, in dem insgesamt 9 Teilflächen eingerichtet wurden, die in 3-facher Wiederholung für zwei Manipulationen und die Kontrollen genutzt werden. Eine Manipulation beinhaltet die Verstärkung natürlicher Bodenaustrocknung durch Dachkonstruktionen, mit steigender Intensität der Austrocknung in den Jahren 2008 - 2010. Die zweite Manipulation beinhaltet die Vermeidung von trockenbedingten Einschränkungen der Mineralisation durch zusätzliche Beregnung. Der Standort Schlöppnerbrunnen ist ein Niedermoor auf dem 6 Teilflächen eingerichtet wurden, 3 für die experimentellen Manipulationen und 3 als Kontrollflächen. Die Austrocknung in 2008 wird durch Abpumpen von Drainagen und durch Dächer erreicht. Der Versuchsplan sieht für 2009 eine vollständige Wassersättigung der Manipulationsflächen durch zusätzliche Wasserzufuhr vor, als Referenz für die Austrocknungsphasen.The goals of project Z Central Experiments' are i) operation of the central experiments of the Research Unit 562 for the manipulation of soil water content and irrigation regime, ii) measurements of basic parameters used by the members of the Research Unit (temperatures, soil water contents, chemistry of soil solution, above ground litterfall, groundwater level) and iii) documentation of data in the central data base of the Research Unit. The two experimental sites are located in the Fichtelgebirge area. The site Coulissenhieb is a mature Norway spruce stand and comprises 9 plots for two experimental treatments and the control, each with 3 replicates. One treatment will be an artificial drought induced by roof constructions during the summer with increasing drought intensities in the years 2008-2010. The second treatment will be an irrigation to avoid natural drying of the soil and to eliminate restrictions of mineralization due to water shortage. The site Schlöppnerbrunnen is a fen and comprises 6 plots, 3 of which are used for the drought and wetting experiment and 3 as controls. The drought is induced by drainage and by exclusion of precipitation in the summer of 2008. We will induce a 3 month drought period in 2008, and a constantly water saturated situation by adding water in 2009 for reference. In 2010 either a drought or a water saturation experiment will be performed, depending on the results of the previous studies.
Die aktuellen Klimaprognosen sagen für weite Teile Baden-Württembergs die Zunahme von Extremwetterlagen und - je nach Standort eine mehr oder weniger starke - Erhöhung des Trockenstressrisikos für Wälder voraus. Um die Auswirkung des sich ändernden Trockenstressrisikos auf Baumwachstum und -vitalität abschätzen zu können, werden Wasserhaushaltsinformationen im kleinräumigen Geländemaßstab benötigt. Die Wasserverfügbarkeit hängt neben den lokalen Witterungsbedingungen von den hydraulischen Bodeneigenschaften und von Dichte, Baumartenmischung und Wurzelraum der Waldbestände ab. Auf lokaler und kleinräumiger Ebene soll die Wasserverfügbarkeit mittels physikalisch basierter Wasserhaushaltsmodelle berechnet werden, in welche diese Standortseigenschaften als Steuergrößen eingehen. Das Trockenstressrisiko, d.h. die Auftretenswahrscheinlichkeit von Wassermangel, wird über statistische Auswertungen aus den modellierten Zeitreihen von Wassergehalten und Saugspannungen abgeleitet. Die Parameter der so ermittelten Häufigkeitsverteilungen von Wasserdefiziten werden durch multiple Regressionsmodelle mit Hilfe kartierter Informationen zu Gelände-, Boden- und Bestandseigenschaften sowie meteorologischen Größen auf größere Landschaften und Regionen übertragen. Letztlich sollen die erstellten Regressionsmodelle verwendet werden, um das Trockenstressrisiko für die gesamten Waldflächen Baden-Württembergs unter den derzeitigen und den für die Zukunft prognostizierten Klimabedingungen abzuschätzen. Die Projektergebnisse sollen Waldbewirtschaftern in Form von Risikokarten zur Verfügung gestellt werden.
Problemstellung: Die Funktionenvielfalt der Auenlandschaft spiegelt sich in dem dichten Beziehungsgeflecht wider, das aus landwirtschaftlichen Interessen, Anforderungen der Hochwasservorsorge, einer touristischen Nutzung und naturschutzfachlichen Belangen geknüpft ist. Insofern ist die grundlegende Fragestellung, wie der derzeit noch häufig sektoral und ressortspezifisch geprägte Umgang mit den Auenlebensräumen im Bezugsraum langfristig auf die klimainduzierten Rahmenbedingungen eingestellt und zu einem klimaangepassten integrierten Flussauenmanagement weiterentwickelt werden kann, außerordentlich praxisrelevant und exemplarisch für komplexe Problemlagen im Umgang mit Kulturlandschaften. Vorgehensweise: Arbeitspaket hydro(geo)logische Folgen des Klimawandels. Die Untersuchungen im Labor- und Feldmaßstab werden durch numerische Simulationsmodelle für den Bodenwasserhaushalt ausgewertet. Auf diesem Wege werden die bodenhydraulischen Funktionen durch inverse Modellierung parametrisiert. Die dabei ermittelten van Genuchten Parameter werden zur bodenhydraulischen Charakterisierung der Standortgegebenheiten benutzt. Es werden anschließend numerische Prognosen des Bodenwasserhaushalts unter den veränderten Klimabedingungen durchgeführt. Für die veränderten Klimabedingungen werden Szenarien entwickelt, die auf bestehenden Klimaprojektionen basieren. Anhand dieser Szenarien kann unabhängig von zur Zeit vorhandenen Projektionen der Einfluss des Klimawandels in größerem Ausmaß untersucht werden. Ergebnisse: Das Modell Wehninger Werder ist weitestgehend kalibriert, Modelläufe und erste Auswertungen des Referenzzeitraums sind erfolgt - Erste Modellläufe mit Klimaszenarien wurden durchgeführt
Das Projekt dient zur Untersuchung und Beschreibung der Prozesse, die während der intermittierenden Infiltration an AGR und SAT-Standorten innerhalb der ungesättigten Zone ablaufen. (AGR- artificial groundwater recharge, SAT - soil aquifer treatment). Orientierend an den Bedingungen der israelischen SAT-Anlage Shafdan sollen die Transport- und Umwandlungsmechanismen organischer Wasserinhaltsstoffe und einzelner Stickstoffverbindungen im Zusammenhang mit den periodischen Schwankungen der Wassergehalte und des Redoxmilieus untersucht werden. a) Untersuchung der Wassergehalte und Saugspannungen und deren Schwankungsbreiten in verschiedenen Tiefen der ungesättigten Zone während der periodischen Infiltrationen b) Untersuchung der Schwankungen der Redoxpotentiale und der Sauerstoffgehalte im Bodenwasser c) Weitergehende Beschaffenheitsuntersuchungen und Analysen des Bodenwassers innerhalb unterschiedlicher Zustände der Wassersättigung d) Aufklärung der wesentlichen Abbaumechanismen der organischen Wasserinhaltsstoffe und der Randbedingungen und Limitationen während der verschiedenen Phasen der intermittierenden Infiltration e) Aufspüren von Optimierungsmöglichkeiten für verbesserten DOC-Abbau, Verhinderung der Manganmobilisierung in tieferen Schichten, Erhalt und Verbesserung der Infiltrationsleistung.
Entwicklung neuer Analysemethoden für die Ableitung der gekoppelten, von der Struktur und Textur abhängigen dielektrischen und hydraulischen Materialeigenschaften von mineralischen Böden. Mit neuartigen Versuchseinrichtungen sollen simultan die Wassergehalts-Saugspannungsbeziehung sowie die elektrischen Spektren von Böden in einem breiten Frequenzbereich unter kontrollierten Bedingungen bestimmt werden. Das Gesamtziel besteht in der Ableitung einer Kalibrationsmethodik als Werkzeug, um elektromagnetische Messmethoden optimal an die Messaufgaben in Böden anzupassen.
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