Rezeption der Vegetationszonierung von Mangroven zur simultanen Deduktion der Aquiferstruktur sowie zur Weiterentwicklung von Konzepten der unterirdischen Konkurrenz von Pflanzen bei individuenbasierter Modellierung - MARZIPAN

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Uta Berger; Professor Dr.-Ing. Olaf Kolditz, seit 4/2020
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 398759560

Das beantragte Projekt verfolgt das Ziel, ein vollständig gekoppeltes Vegetations-Grundwasser-Modell für Mangrovenökosysteme zu entwickeln. Im Speziellen soll das Prozessverständnis der Interaktionen zwischen Pflanzen und der Hydrodynamik im Grundwasser erweitert werden. Speziell sollen dabei Beziehungen zwischen (i) sichtbaren Vegetationsmustern wie Allometrie, Artenzusammensetzung und Zonierung, sowie (ii) unterirdischen Aquiferstrukturen und Potentialgradienten durch Grundwasser- und Gezeiteneinfluss untersucht werden. Von dem gekoppelten Modellansatz werden beide Seiten gleichermaßen profitieren: für (i) wird das Verständnis der physikalischen Mechanismen unterirdischer Konkurrenz ergründet und ein neues Konkurrenzkonzept für individuenbasierte Modelle entwickelt werden, welches Bodeneigenschaften und Gradienten berücksichtigt; für (ii) sollen oberirdisch sichtbare Vegetationsmuster, wie Zonierung, für Rückschlüsse auf die Aquiferstruktur und deren Parametrisierung im Modell Verwendung finden. Als Pilotökosystem wurden Mangroven gewählt. Unsere primäre Hypothese ist dabei, dass Gradienten der Salinität das Bindeglied zwischen Vegetationsmustern (Allometrie des Einzelbaumes, Zonierung des Bestandes) und hydrodynamischen Prozessen in der Grundwassermatrix darstellen. Salinität beeinflusst zum einen über das osmotische Potential die Wasseraufnahme der Pflanzen und hat daher einen Einfluß auf deren Wachstum und allometrische Ausprägung. Zudem erhöhen Wasseraufnahme und Salzexklusion den Salzgehalt im Untergrund. Dichtegradienten durch Unterschiede im Salzgehalt werden neben Randbedingungen wie Grundwasserzufluss oder Gezeiten zu einer Triebkraft der hydrodynamischen Fließprozesse, welche wiederum die Salinität im Wurzelraum der Pflanzen ändern können. Das Potentialkonzept des Pflanzenmodells BETTINA bietet eine geeignete Schnittstelle zu den hydrodynamischen Prozessen in der Bodenmatrix, welche seinerseits mit OpenGeoSys abgebildet werden können. Mit dem gekoppelten Modell wollen wir aus abiotischen Randbedingungen Eigenschaften wie Artenzusammensetzung, Zonierung und die Allometrie der Bäume (z.B. Höhe, Durchmesser) prognostizieren. Beide Seiten werden davon zu gleichen Teilen profitieren: für die Grundwassermodellierung wird es möglich sein, sichtbare Vegetationsmuster (Allometrie, Zonierung) für Rückschlüsse auf Aquifereigenschaften und in geeigneter Weise zur Paramtrisierung der Hydrodynamik zu nutzen. Für Ökosystemmodellierung wird ein Konzept der unterirdischen Konkurrenz erstellt werden, was im Gegensatz zu herkömmlichen Ansätzen (z.B. Field Of Neighbourhood) Eigenschaften der unterirdischen abiotischen Gegebenheiten (Porosität, bevorzugte Fließrichtung) berücksichtigt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Marc Walther, bis 3/2020