Bodenwasserhaushalt einer Salzgraswiese der Vorpommerschen Boddenlandschaft unter sich verändernden Klimabedingungen

Soil water balance of peatland flooding soils at the German Baltic Coast "Vorpommersche Boddenlandschaft" under changing climatic conditions

  • Ziel dieser Arbeit war es, die ökologisch bedeutsamen Bodengesellschaften eines repräsentativen Küstenüberflutungsmoor-Standortes der Vorpommerschen Boddenküste zu charakterisieren und den Einfluss des prognostizierten Klimawandels auf den Wasserhaushalt der Böden zu simulieren. Die Untersuchungen umfassten bodenökologische Kartierungen in einer Ausdehnung von ca. 20 ha auf einer küstennahen, extensiv genutzten Salzgraswiese. Zu diesem Zweck wurden 380 Bohrprofile angesprochen und wichtige abiotZiel dieser Arbeit war es, die ökologisch bedeutsamen Bodengesellschaften eines repräsentativen Küstenüberflutungsmoor-Standortes der Vorpommerschen Boddenküste zu charakterisieren und den Einfluss des prognostizierten Klimawandels auf den Wasserhaushalt der Böden zu simulieren. Die Untersuchungen umfassten bodenökologische Kartierungen in einer Ausdehnung von ca. 20 ha auf einer küstennahen, extensiv genutzten Salzgraswiese. Zu diesem Zweck wurden 380 Bohrprofile angesprochen und wichtige abiotische Bodeneigenschaften von ausgewählten Leitprofilen bestimmt. Die Ergebnisse zeigten eine hohe kleinräumige Diversität terrestrisch und semiterrestrisch geprägter Böden mit unterschiedlich starkem Salzeinfluss. Ergänzend erfolgte eine geophysikalische Kartierung zur Messung der scheinbaren elektrischen Leitfähigkeit (ECa) mit dem Ziel, überflutungsgefährdete, salzreiche und selten überflutete, salzarme Bereiche voneinander zu trennen. Auf überflutungsgefährdeten Bereichen wurden die höchsten scheinbaren elektrischen Leitfähigkeiten (ECa-Werte) gemessen, wobei die Verteilung der ECa-Werte auch mit weiteren erfassten Parametern wie der topographischen Höhe und unterschiedlichen Vegetationseinheiten übereinstimmte. Die gute Korrelation konnte anhand von Regressionsgleichungen statistisch gesichert werden und ermöglichte die Ableitung von spezifischen Merkmalskarten. Zur Erfassung der Dynamik in den Bodenlösungen wurde ein Messflächentransekt zwischen Deich und Küste der "Kooser Wiesen" mit Saugkerzen beprobt. Die Ergebnisse spiegelten den starken Einfluss von Niederschlags- und Überflutungsereignissen wider, wobei die Lösungskonzentration auf den überflutungsgefährdeten Flächen mehr als das 2-fache über der des Überflutungswassers lag. Auf zwei repräsentativen Standorten mit einer für die Untersuchungsfläche maximalen Höhendifferenz von 85 cm erfolgte eine intensive Profilbeprobung zur Ableitung bodenphysikalischer und ﷓ökologischer Eigenschaften. Der Einbau von Tensiometern und TDR-Sonden, einer Klimastation und Grundwasserloggern diente der Erfassung der Wasserhaushaltsdynamik. Eine Eichung der TDR-Sonden auf den salzbeeinflussten Standorten erfolgte an Originalproben im Labor, um reproduzierbare Wassergehaltsdaten aus den Felddaten abzuleiten. Zur Simulation der Auswirkungen des Klimawandels auf den Wasserhaushalt der Böden wurden im Feld erhobene Vegetationsparameter, Klimadaten und bodenhydraulische Kennwerte in dem 1-dimensionalen Simulationsmodell SWAP (Van Dam 2000) zusammengeführt und iterativ an die im Feld gemessenen Bodenwassergehalte angepasst. In diesem Zusammenhang wurde von einer Kompensation eines Meersspiegelanstiegs von ca. 6 mm/Jahr (≙ 60 cm bis 2100, IPCC 2007) durch Torfwachstum und Sedimentation ausgegangen. Die Zunahme der Lufttemperatur um 1.4°C bis 2055 könnte zu einer Erhöhung der Niederschlagssummen führen (mit häufigen Jahresniederschlägen über 700 mm; langjähriges Mittel 1950-2003: 565 mm). Die Zunahme der winterlichen Niederschläge müssten hinsichtlich Abfluss und Erosion berücksichtigt werden. Die Simulation der mittleren jährlichen potentiellen und realen Verdunstungsraten zeigten einen Anstieg um 72 bzw. 35 mm, der dem Temperaturanstieg geschuldet ist und im Sommer neben dem Salz- zu Verdunstungsstress zu einer Abnahme der mittleren jährlichen Bodenwassermenge führen könnte.show moreshow less
  • The aim of this study was to characterise the ecologically very valuable but endangered coastal peatland flooding soils of the "Vorpommersche Boddenküste" at the German Baltic Sea and to simulate the impact of potential climatic change on the water balance of these ecosystems. The investigations covered soil-pedological mappings over 20 ha of extensively farmed typical salty grasslands. The description of the dominant soil units was performed along 350 drilling profiles where important abiotic aThe aim of this study was to characterise the ecologically very valuable but endangered coastal peatland flooding soils of the "Vorpommersche Boddenküste" at the German Baltic Sea and to simulate the impact of potential climatic change on the water balance of these ecosystems. The investigations covered soil-pedological mappings over 20 ha of extensively farmed typical salty grasslands. The description of the dominant soil units was performed along 350 drilling profiles where important abiotic and biotic soil properties were surveyed. The mappings revealed a high small-scale diversity of gleyic and stagnic soils differently affected by salty and brackish water. The apparent electrical soil conductivity was recorded with an electromagnetic measuring device to separate salt-rich areas with high flooding risk from rarely flooded salt-poor areas. High apparent soil electrical conductivities, topographical altitudes and vegetation units characterizing salt tolerant plants were highly correlated with each other and designated areas with high flooding risk. As this works shows, it is to depict maps with specific ecological attributes on the basis of geophysical records and geostatistical analyses. Soil solution dynamics were logged between dyke and coast along a transect equipped with suction cups. There was a significant influence of actual climatic parameters on soil solution composition and dynamics, especially after rain and flooding events. On two representative sites with a maximum difference in altitude of 85 cm, intensively investigated plots were designated, sampled and subsequently equipped with probes for continuous monitoring. Firstly, soil profiles were sampled with the intention of determining essential physical and chemical properties relevant for the ecosystem. Subsequently, the profiles were equipped with tensiometer- and TDR-probes in different depths, with groundwater level logger and climatic stations, so to allow for the estimation of the soil water dynamics and balance. In order to derive reproducible water content data from the field measurements, the TDR-probes had to be gauged with original soil samples in the laboratory due to extreme differences in electric conductivity between the sites. The soil moisture contents recorded in the field during the vegetation season were simulated with the one-dimensional model SWAP, iteratively fitted on the basis of the measured hydraulic, climatic and vegetation input parameters. Giving the high simulation power of the calculations, the impact of potential climatic changes on the soil water balance could be confidently modelled with SWAP (Van Dam 2000). For the coastal peatland soils investigated, an expected sea level rise up to 6 mm/year (≙ 60 cm by 2100, IPCC 2007) could probably be compensated by peat growth and sedimentation processes. The predicted air temperature rise by 1.4°C till 2055 would lead to increased precipitation due to higher evapotranspiration, with annual rainfall of >700 mm (long term means 1950-2003: 565 mm). Here, especially the increase in winter precipitation events will be relevant for run-off and erosion processes in the coastal moorland soils. The simulation of the mean annual potential and actual evaporation rates along with climatic changes and higher temperatures show for the investigated soils a maximal increase of 72 and 35 mm per year, respectively. Consequences could cover increased salt-stress and decreased soil water contents in summer.show moreshow less

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Metadaten
Author: Leif Ikels
URN:urn:nbn:de:kobv:83-opus-29442
Advisor:Prof. Dr. Gerd Wessolek
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2011/02/01
Publishing Institution:Technische Universität Berlin
Granting Institution:Technische Universität Berlin, Fakultät VI - Planen Bauen Umwelt
Date of final exam:2010/09/23
Release Date:2011/02/01
Tag:Bodenwasserhaushalt; Klimawandel; SWAP (Soil Water Atmosphere Plant); Salzwiese; TDR (Time Domain Reflectometry)
SWAP (Soil Water Atmosphere Plant); TDR (Time Domain Reflectometry); climate change; salt marsh; soil water balance
Institutes:Institut für Ökologie
Dewey Decimal Classification:550 Geowissenschaften
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht mit Print on Demand (u.a. für Dissertationen empfohlen)