Auswirkungen landnutzungsabhängiger Bodengefügedynamik auf die präferenzielle Verlagerung von Wasser und gelösten Stoffen in `Paddy`-Reisfeldern in Abhängigkeit der Raumskala

• Applicant: Privatdozent Dr. Horst Herbert Gerke
• Subject Area: Soil Sciences
• Term: from 2004 to 2009
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5428389

Um die umweltrelevanten Auswirkungen landwirtschaftlicher Nutzung auf Menge und Qualität der Wasserresourcen zu studieren, müssen präferenzielle Verlagerungsvorgänge von Wasser und gelösten Stoffen in Abhängigkeit von Bodengefüge und -heterogenität auf unterschiedlichen Raumskalen untersucht werden. Beim Nassreisanbau (Paddy-Reis) mit zeitweiliger Überflutung des Bodens ändert sich das Gefüge der meist tonigen Böden in Abhängigkeit von der Entwässerung durch Schrumpfen und infolge der Bearbeitung unter Wasser (Puddling) durch Homogenisierung, Verknetung und Quellen. Ziel des Projekts ist es, die Wechselwirkungen zwischen den feldskaligen Effekten des Anbausystems und Wasserhaushalts auf die lokale Dynamik des Bodengefüges einerseits und die damit zusammenhängenden Pedonskaligen präferenziellen Verlagerungsprozesse auf die feld- und einzugsgebietsskalige Qualität des Grundwassers quantitativ zu analysieren. Dazu werden Prozesse auf der Aggregat-, Pedon-, und Feldskala in Bezug zum Bodengefüge betrachtet. Wasser- und Nährstofftransport auf Feldskala wird mittels Tracerexperimenten verfolgt und vereinfacht für mehrere Felder mittels hydrologischer Kapazitätsmodelle und innerhalb der Felder mit numerischen 2D Modellen sowie mittels Hydrographen-Separationstechnik analysiert. Auf der Pedonskala sind Infiltrations- und Säulenexperimente sowie Simulationen mit 1D-Permeabilitätsmodellen vorgesehen. Auf der Aggregatskala werden dynamische hydraulische Eigenschaften als Funktion des Zustandes quantifiziert. Das Ab- und Desorptionsverhalten der Aggregate für Wasser- und gelöste Stoffe soll unter gleichzeitiger Bestimmung des Quell-/Schrumpfungsverhaltens ermittelt werden. Die Ergebnisse der unterschiedlichen Skalen bilden die Basis für die Weiterentwicklung von Dual-Permeabilitätsmodellen durch Einbeziehung der Quell-Schrumpfungs- und Rissdynamik und deren Verteilungsmuster. Mechanische und hydraulisch-diffusive Eigenschaften der Aggregate sollen in effektiven Parametern der Porensysteme und des Massentransferterms abgebildet werden. Die Modellergebnisse auf der Pedonskala sollen mit Feldbeobachtungen verglichen und für Szenario-Simulationen zum Studium der Bodengefügeeffekte bei unterschiedlichen Bewirtschaftungsverfahren verwendet werden.

• DFG Programme: Research Grants
• International Connection: China
• Participating Person: Dr. Bin Zhang