Spatial variability of soil properties on the field and landscape scales in red soil areas as related to the crop yield potential

• Applicant: Professor Dr. Rainer Duttmann
• Subject Area: Soil Sciences
• Term: from 2004 to 2009
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5428531

• Final Report Year: 2009

Final Report Abstract

Das Projekt beschäftigt sich mit der Vorhersage der räumlichen Verteilung pedoökologischer Eigenschaften in einem ca. 18 km2 großen Nassreisanbaugebiet im Südosten Chinas. Im Mittelpunkt steht dabei die regionalisierte Abbildung der für die Modellierung des Pflanzenertrages sowie des Landschaftswasser- und Landschaftsstoffhaushaltes elementaren bodenkundlichen Modelleingangsgrößen. Im Einzelnen sind dieses die Sand-, Schluff- und Tongehalte, der Gehält an Gesaml-Kohlenstoff und -Stickstoff sowie die Mächtigkeiten des Ap-Horizontes und des danjnter folgenden verdichteten Pflugsohlenhorizontes („plough pan"). Angesichts des Mangels an flächenhaft verfügbarer Bodeninformation und des hohen Kostenaufwandes, der mit der Bereitstellung zuverlässiger Bodeninformation erforderlich ist, untersucht dieser Beitrag, in welchem Maße die Anwendung von Sekundärdaten aus digitalen Geländemodellen und spektralen Fernerkundungsdaten die Bodenkartierung in gering reliefierten und seit historischer Zeit bewirtschafteten "paddy soil"-Landschaften unterstützen kann. Zu diesem Zwecke werden Regionalisierungsverfahren, wie Regressions-Kriging (RK-Modell B und C), multi-lineare Regression, IDW-Interpolation, Simple Kriging und Ordinary Kriging miteinander verglichen. Die vorgestellten Untersuchungen zeigen, dass der Gesamt-C- und -N-Gehalt sowie der Schluffgehalt des Oberbodens signifikant mit der relativen Geländehöhe, der Entfernung zum nächst gelegenen Fließweg und dem "wetness index" korrelieren. So lassen sich mit diesen Reliefvariablen ca. 25 % der Varianz der Schluffgehalte und 35 % der Varianz der C- und N-Gehalte erklären. Gleichzeitig deuten die geostatistischen Analysen für diese Bodeneigenschaften auf eine deutlich entwickelte räumliche Korrelationsstruktur hin. Im Unterschied dazu variiert die Verteilung der in starkem Maße von der Bewirtschaftung und Bewirtschaftungsdauer abhängigen Mächtigkeiten des Ap- und des Pflugsohlenhorizontes eher zufällig. Für diese Eigenschaften sowie für die Verteilung des Tongehaltes im Oberboden konnten weder Zusammenhänge mit dem Relief noch räumliche Korrelationsstrukturen nachgewiesen werden. Die Vergleiche zwischen den hier eingesetzten Regionalisierungsverfahren zeigen, dass die Anwendung des Regression-Kriging-Modells (Modell C) gegenüber dem Simple und Ordinary Kriging auch dann zur einer verbesserten Schätzung einer Bodenvariablen führt, wenn der korrelative Zusammenhäng zwischen der Ziel-Variablen und einer oder mehreren erklärenden Co-Variablen nur vergleichsweise schwach ausgebildet ist. Ausgehend von den vorhergesagten räumlichen Verteilungen der o. g. Bodenparameter werr den abschließend die für den Reisertrag wesentlichen hydrologischen Bodeneigenschaften (nutzbare Feldkapazität im Wurzelraum und gesättigte hydraulische Leitfähigkeit im Pfiugsohlenhorizont) auf der Grundlage von Pedotransferfunkfionen nach Wösten et al. (2001) und Brakensiek et al. (1984) berechnet Vergleiche mit den aus LANDSAT ETM+-, SPOT- und ASTER-Satellitendaten abgeleiteten NDVI-Werten ergaben signifikante Zusammenhänge zwischen den Vegetafionsindizes und den abgeleiteten bodenhydrologischen Eigenschaften bzw. deren räumlichem Verteilungsmuster.

Publications

• (2004): Räumliche Variabilität ausgewählter Bodeneigenschaften und Standortpotenziale von Reiskulturlandschaften in Südost-China. Mitt. Dtsch. Bodenkundl. Ges., 106, 99-100
  Sumfleth, K., B. Koop, R. Duttmann, B. Lennartz & Y. Zhao
  
• (2005): Räumliche Variabilität ausgewählter Bodeneigenschaften von Reiskulturlandschaften in SE-China unter Anwendung von morphometrischen und radiometrischen Analysetechniken. Mitt. Dtsch. Bodenkundl. Gesellsch. 107 (1), 33-34
  Duttmann, R. & K. Sumfleth
  
• (2006): Regionalisierung von Bodeneigenschaften und Standortpotenzialen in SE-China unter Einsatz von Fernerkundungsdaten. IALE, Jahrestagung International Association for Landscape Ecology, Kiel, 59
  Sumfleth, K. & R. Duttmann
  
• (2006): „No data" als Problem - Wo die Landschaftsmodellierung an ihre Grenze stößt. In: Kulke, E., H. Monheim, P. Wittmann (Hrsg.): Grenzwerte. Tagungsbericht und wissenschaftliche Abhandlungen, 55. Dt. Geographentag, Trier, 363-372
  Duttmann, R., K. Krüger & K. Sumfleth
  
• (2007): Prediction of soil properties in paddy rice landscapes using terrain data and satellite information as indicators. Proceedings IALE World Congress of the International Association for Landscape Ecology, Wageningen
  Sumfleth, K. & R. Duttmann
  
• (2007): Predictive mapping of soil characteristics in paddy rice landscapes of the Central Eastern Jiangxi Province/China. Geoöko 28 (1-2), 72-103
  Duttmann, R. & K. Sumfleth
  
• (2007): Regionalisierung von bodenphysikalischen Eigenschaften in paddy-rice-Landschaften SO-Chinas auf unterschiedlichen Skalen. Mitt. Dtsch. Bodenkundl. Gesellsch., 110 (2), 445-446
  Sumfleth, K. & R. Duttmann
  
• (2008): Prediction of soil property distribution in paddy soil landscapes using terrain data and satellite information as indicators. Ecological Indicators 8 (5), 485-501
  Sumfleth, K. & R. Duttmann
  
• (2008): The spatial variability of scale-dependent correlations between soil properties and relief information in a typical paddy soil landscape of South-East China. In: Geophys. Res. Abstr., 10; EGU 2008-A-10988
  Sumfleth, K. & R. Duttmann