Land Use and Water Resources Management under Changing Environmental
Final Report Abstract
Die Nordchinesische Ebene ist eine der am intensivsten landwirtschaftlich genutzten Regionen Chinas. Der hohe Düngemitteleinsatz führt zu einer massiven Nitratauswaschung aus den Böden in das Grundwasser. Die intensive Bewässerung hatte eine starke Absenkung der Grundwasserstände und eine Austrocknung der Oberflächengewässer zur Folge und hält weiterhin an. Es besteht deshalb die dringende Notwendigkeit, umweltschonendere Verfahren der ackerbaulichen Nutzung zu entwickeln. In der Praxis stellt sich allerdings das Problem, die Sickerwasserflüsse aus dem Boden in das Grundwasser quantitativ zu erfassen. Bisher waren dazu aufwändige Lysimeter-Anlagen erforderlich, die nur in kleiner Stückzahl an ausgewählten Standorten installiert und mit großem Aufwand betrieben werden konnten. Auf der agrar-ökologischen Forschungsstation Luancheng der Chinesischen Akademie der Wissenschaften bei Shijiazhuang, ca. 280 km südwestlich von Peking, wurden zusammen mit den chinesischen Partnern umfangreiche bodenhydrologische Feldmessungen durchgeführt. Damit konnte ein von einem der beteiligten Wissenschaftler entwickeltes Verfahren überprüft werden, die Sickerwasserspende unterhalb der Bodenzone mit geringem Aufwand zu bestimmen. Gleichzeitig konnten die Daten verschiedener Versuchsparzellen unterschiedlicher Düngungs- und Bewässerungsintensität, verschiedener Bodenbearbeitungsverfahren und verschiedener bodenphysikalische Eigenschaften verglichen werden, um die räumliche Heterogenität und deren Einflussgrößen zu erfassen. Mittels einer aufwändigen Modellstudie wurde die Eignung des Verfahrens für eine Vielzahl unterschiedlicher Bodenarten mit unterschiedlich ausgeprägter räumlicher Heterogenität überprüft. Mit Ausnahme einzelner besonders kritischer Böden wurden dabei überwiegend sehr gute Ergebnisse erzielt. Der Einfluss der räumlichen Heterogenität des Bodens auf Sickerwasserspenden und Grundwasserneubildung ist zwar prinzipiell bekannt. Deren Berechnung mittels mathematischer Modelle erfordert jedoch sehr detaillierte Eingangsdaten, die nur mit hohem messtechnischen Aufwand zu erheben sind. Im zweiten Teil des Projektes wurde deshalb ein alternatives Verfahren erprobt, den Einfluss der Bodenheterogenität auf die Bodenwasserflüsse direkt zu bestimmen, um Daten verschiedener Standorte und Bodentiefen miteinander vergleichen zu können. Dazu wurden die in Luancheng gemessenen Zeitreihen des Bodenwassergehaltes und des Bodenmatrixpotenials mittels Hauptkomponentenanalyse untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass verschiedene Böden sich zwar darin unterscheiden, wie stark sie das Niederschlagssignal mit zunehmender Bodentiefe dämpfen, dass die Art der Dämpfung jedoch für sehr unterschiedliche Böden sehr ähnlich ist. Damit eröffnen sich neue Optionen, die Auswirkungen der räumlichen Heterogenität der Böden auf bodenhydrologische Prozesse auf eine sehr effiziente Art zu erfassen und für die Modellierung zu nutzen. Die explizite Berücksichtigung der räumlichen Heterogenität der Böden und deren Auswirkungen auf den Bodenwasserhaushalt ist wiederum ein wichtiger Beitrag zur quantitativen Abschätzung der aus der Überschussbewässerung gespeisten Sickerwasserverluste und zur Entwicklung effizienterer Bewässerungsverfahren.
Publications
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(2012): Comparison of water-retention functions obtained from the extended evaporation method and the standard methods sand/kaolin boxes and pressure plate extractor. Journal of Plant Nutrition and Soil Science 174 (4): 527-534
Schindler, U., Müller, L., da Veiga, M., Zhang, Y., Schlindwein, S. L., Hu, C.
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(2014): Texture-depending performance of an in situ method to assess deep seepage. Journal of Hydrology
Hohenbrink, T., Lischeid, G.
