UFZ-Newsletter April 2014

4 UFZ-Newsletter | April 2014 Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ se in einem größeren Gebiet vorhersagen? Das Untersuchungsgebiet Schäfertal soll auch dazu neue Erkenntnisse liefern. Dr. Ute Wollschläger und ihre Kollegen vom UFZ-De- partment Monitoring und Erkundungstech- nologien messen dort an mehr als hundert Stellen regelmäßig die Bodenfeuchte. So können sie die Wasserspeicherung auf grö- ßerer Fläche erfassen und überprüfen, ob die tatsächlichen Messwerte mit den Ergeb- nissen der Computerberechnungen überein- stimmen – ein praxis-Check für Modellierer. Boden aus der vogelperspektive Das gleiche Konzept verfolgen die UFZ- Forscher auch in einem weiteren Untersu- chungsgebiet bei Dedelow in der Uckermark. Dort arbeiten sie mit prof. Michael Sommer und seinen Kollegen vom institut für Boden- landschaftsforschung des Leibniz-Zentrums für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) in Müncheberg zusammen. „Diese Hügelland- schaft ist viel abwechslungsreicher als das kleine Schäfertal“, sagt Hans-Jörg Vogel und zeigt auf das Luftbild im Leopardendesign. Da werden die hellen Flecken plötzlich auch für Laien-Augen zu erodierten Kuppen, de- ren Oberböden in die dunkel gefärbten Sen- ken gewandert sind. Die Vielfalt des Unter- grunds ist problemlos zu erkennen. Auf solche Methoden der Fernerkundung wollen die UFZ-Forscher in Zukunft ver- stärkt setzen. „Wir können ja nicht überall Lysimeter aufbauen“, erklärt Hans-Jörg Vo- gel. Vielmehr gilt es, die Ergebnisse der gut untersuchten Böden auf ähnliche zu über- tragen. Wo die einzelnen Varianten jeweils vorkommen, soll dann die Auswertung von Luftbildern verraten. Letztlich wollen die Wissenschaftler so ein möglichst flächen- deckendes Bild vom Wasserhaushalt des Bodens gewinnen. Auf dieser Grundlage sollen in Zukunft deutschlandweit bessere prognosen zu kritischen, umweltrelevanten Fragen gemacht werden können: Wo ist das Grundwasser gefährdet, weil das Sickerwas- ser von der Oberfläche zu viel Nitrat und an- dere unerwünschte Substanzen mitbringt? Wo droht Erosion? Und in welchen regionen müssen Landwirte wegen des Klimawandels künftig mehr bewässern? Das alles hoffen die Forscher langfristig beantworten zu kön- nen. Kerstin Viering Vorhergesagte Bodenfeuchteverteilung für das Schäfertal unmittelbar nach der Schneeschmelze am 17. April 2013. grundlage für die Berechnungen sind Bodenfeuchtemessungen an 100 intelligent verteilten Punkten: Über ein spezielles Verfahren, genannt „Fuzzy c-means“, wurden topographische Informationen (Höhe, Hangneigung, Exposition, top. Feuchteindex) genutzt, um gebiete mit ähnlichen Bodeneigenschaften zu identifizieren. Damit können die Messpunkte strategisch gewählt und die dort gemessenen werte in die Fläche projiziert werden. In Zukunft soll die Fernerkundung dieses Verfahren noch verbessern. (Luftbild: Orthophoto; Visualisierung Bodenfeuchte: I. Schröter, UFZ) UFZ-Ansprechpartner: Prof. dr. hans-Jörg vogel leiter dept. Bodenphysik e-mail: hans-joerg.vogel@ufz.de meter, er ist dem gleichen Klima ausgesetzt und wird mit den gleichen Messgeräten ausgestattet. Doch manchmal liefern die Sensoren im Loch trotzdem deutlich andere Werte als die im Zylinder. Dann ist das Was- ser im Feld offenbar verstärkt in seitlicher richtung unterwegs, während es im Lysime- ter nach unten gezwungen wird. „Erst wenn der Boden sehr nass wird, sind solche seitlichen Flüsse zu beobachten“, resümiert Hans-Jörg Vogel die Ergebnisse aus dem Schäfertal im Harz. Unter normal feuchten Bedingungen sind in einem Boden- profil also nur die Flüsse von oben nach un- ten und von unten nach oben entscheidend. Bei großer Nässe dagegen bestimmen auch die horizontale Verteilung von Bodeneigen- schaften und die Topographie der Bodeno- berfläche die Wasserflüsse. Diese Erkennt- nisse helfen, Computermodelle zu optimie- ren, die die Wasserbewegungen im Boden beschreiben. Künftig sollen diese etwa nur dann dreidimensional rechnen und die seit- lichen Flüsse mit einbeziehen, wenn es auch wirklich nötig ist. Das spart rechenzeit. Doch wie realistisch sind solche Computer- modelle eigentlich? Wie gut kann man aus punktuellen Messungen und der Verteilung von Bodeneigenschaften wie Wasserkapazi- tät und Wasserleitfähigkeit die Wasserflüs- tation herausfinden: Welche Änderungen im Wassergehalt wären nach den hydraulischen Eigenschaften des Bodens zu erwarten? Und wie sehen die Messwerte tatsächlich aus? Aus dieser Diskrepanz zwischen Modell und realität lässt sich rekonstruieren, wie tief das Erdreich durchwurzelt sein muss und welche Wassermengen die pflanzen über ihre Wurzeln aufnehmen. Neues aus dem Schäfertal An einem punkt stößt allerdings auch das beste Lysimeter an seine Grenzen. Es regis- triert nur Wasserflüsse von oben nach unten und von unten nach oben. Zur Seite hin aber ist der kleine Bodenkosmos in seiner Metall- hülle isoliert. Wann und wie sich Wasser in seitlicher richtung bewegt, kann die Anlage daher nicht erfassen. Doch auch für dieses problem haben die Forscher eine Lösung gefunden. in einem projekt namens VAMOS („Vadose Zone Monitoring System“) haben sie Lysimeteranlagen der besonderen Art im Harz und in der Uckermark installiert. Dort nutzen sie nicht nur die ausgesto- chenen Erdzylinder, sondern auch die Lö- cher, die diese auf dem Acker hinterlassen haben. Dank moderner Frästechnik zeigen diese ein weitgehend ungestörtes Boden- profil. Es ist der gleiche Boden wie im Lysi- 0,70,60,50,40,30,2 m3 /m3 Bodenfeuchte km Maßstab 0 1

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