Modellentwicklung zur Prognose nutzungsbedingter Veränderungen des Bodenporenraumes und deren hydrologischer Wirkung

• Antragsteller: Professor Dr. Karl-Heinz Feger; Dr. Kai Schwärzel
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften ; Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 267233345

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 imWasserspeicher- 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 landnutzungmaßmahmen 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 derLandnutzung 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 Einflusses einer adaptiven Landnutzung auf die hydrologisch relevanten Bodeneigenschaften, auf den Wasserhaushalt (Bodenwasservorrat, Grundwasserneubildung und Wasserqualität), und die Biomassebildung quantifizierenkönnen. Damit werden Grundlagen für die Entwicklung nachhaltiger Landnutzungssysteme geschaffen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Kooperationspartner: Dr. Andreas Schwen