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Projekt
Monitoring und Modellierung von Wasser und wassergebundenen C- und N-Flüssen in Reisbasierten Agrarökosystemen
Antragsteller
Professor Dr. Lutz Breuer; Professor Dr. Johan Huisman
Fachliche Zuordnung
Bodenwissenschaften
Förderung
Förderung von 2011 bis 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 194371065
Teilprojekt SP7 untersucht die Auswirkungen von Feldmanagement und Fruchtfolgen auf den Wasserhaushalt und daran gekoppelte Nährstoffflüsse. In ICON Phase I wurde ein automatisches System zur kontinuierlichen, zeitlich hochaufgelösten Analyse von Wasserflüssen, NO3-Konzentration (hyperspektrale UV-Photometerie) und stabiler Wasserisotope (Laserspektroskopie) von Bewässerungs-, Oberflächen- und Grundwasser sowie im Niederschlag entwickelt. In einem von SP7 koordinierten gemeinsamen geostatistischen Experiment wurde die räumliche Variabilität von hydrologischen, pedologischen und biologischen Parametern untersucht. Basierend auf den Feldmessungen wurde ein Modellansatz entwickelt, mit dem hydrobiogeochemische Flüsse simuliert werden können. Dazu wurde das Catchment Modelling Framework (CMF) für Reisanbausysteme angepasst und mit LandscapeDNDC (Teilprojekt SP6) gekoppelt. Es konnte gezeigt werden, dass die Wassernutzungseffizienz von einer gemischten Fruchtfolge Nassreis/Mais deutlich besser als die von ausschließlich Reis-basierten Fruchtfolgen ist. Signifikante Effekte des Düngemanagements auf N-Konzentrationen im Grundwasser wurden nicht gefunden, obwohl die Messwerte unter Nassreis/Mais tendenziell höher lagen. Aus Ergebnissen inverser Modellierungsansätze schließen wir, dass dynamische Rissbildung im Boden (d.h. Schrumpfrisse nach Trockenlegung und Schließen der Risse durch Aufquellen nach Bewässerung der Felder) eine zentrale Stellgröße ist, die zu Wasser- und Nährstoffverlusten führt. Dynamische Änderungen von Bodenrissen sollen daher in ICON Phase II intensiv untersucht werden. Dazu sind Feldversuche mittels Geoelektrik und crack-o-meter sowie geometrische Vermessungen geplant. Die Versuche sind Teil eines gemeinsamen, von SP7 organisierten Experiments, in dem Effekte von Mulchen auf Eigenschaften von Bodenrissen und deren Bildung untersucht werden. Weiterhin sollen die Messungen mit dem automatischen Probenahmesystem fortgesetzt und die Aufteilung der Verdunstungskomponenten Evaporation-Transpiration in den Fokus gestellt werden. Hierzu sollen vertikale Profilmessungen stabiler Wasserisotope im Wasserdampf über den Feldern sowie im Boden-, Pflanzen-, Grund- und Überstauwasser dienen. Die Ergebnisse der Feldversuche werden verwendet, um CMF zu parametrieren und zu validieren. Für die Simulation von Bodenrissen werden unterschiedliche Ansätze mit einem dualen Porensystem implementiert und geprüft. Schließlich wird CMF für die Simulation von hydrologischen Flüssen auf den ICON Versuchsflächen eingesetzt. Weitere Modellanwendungen werden auf den zusätzlich vom IRRI eingerichteten MET-Flächen durchgeführt. Abschließend werden in Zusammenarbeit mit SP6 gekoppelte Wasser- und N-Flüsse sowie Spurengasemissionen regional simuliert. Virtuelle Modellierungsexperimente auf Einzugsgebietsebene sollen zusätzlich dazu dienen, laterale und vertikale Wasser- und Stoffflüsse auf der Landschaftsskala zu trennen.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
