Modellierung der Hydrologie organischer Böden

Expertise

Grafik: Vom Punkt in die Fläche - Prozessverständnis und Skalierung
"Vom Punkt in die Fläche": Prozessverständnis und Skalierung (© Thünen-Institut)

Hydrologische Prozesse beeinflussen entscheidend die Treibhausgas- und Nährstoffdynamik organischer Böden. Wie viel Treibhausgas-Emissionen lassen sich in einem Projektgebiet durch bestimmte Wassermanagement-Maßnahmen einsparen? Wie verändern sich die hydrologischen Fließ- und Stoffaustragspfade dabei? Wie wirkt sich der Klimawandel auf die Moorwasserstände aus? Hydrologische Modellierungen dienen dazu, Fragen dieser Art zu beantworten.

Durch unsere Arbeiten wurde deutlich, dass es komplexe systematische Zusammenhänge zwischen dynamischen Kennwerten der Bodenfeuchte und Wasserstände und der Höhe der Treibhausgas-Emissionen gibt.

Die Entwicklung belastbarer, großskaliger hydrologischer Modelle ist eine große Herausforderung und Thema international laufender Forschungsaktivitäten. Organische Böden sind hier bislang vergleichsweise wenig einbezogen worden. In Laborexperimenten untersuchen wir deswegen, ob sich Modellansätze für mineralische Böden auch für organische Böden anwenden lassen. Mit Felddaten quantifizieren wir die Höhe der Verdunstung aus Mooren und entwickeln Methoden, wie mit einfachen Mitteln die hydraulischen Eigenschaften von organischen Böden im Feld bestimmt werden können. Mit diesen Grundlagen entwickeln wir Modelle auf größerer Skala. Mit der hydrologischen Modellierung eines Wiedervernässungs-Projekts haben wir beispielsweise laufende Maßnahmen begleitet und deren Auswirkungen abgeschätzt. Mittels Szenariensimulation konnten wir auf Projektmaßstab ein Optimum der Treibhausgasbilanz darstellen, dass sich – entgegen gängiger Praxis – überraschend für sehr nasse Bedingungen mit einem großen Anteil überstauter Flächen abzeichnete.

Des Weiteren haben wir mit der Unterstützung vieler Naturschutzverbände, Behörden und Hochschulen eine für Deutschland einmalig umfangreiche Datensammlung zu Moorwasserständen aufgebaut. Auf Basis dieser Datenbank haben wir die erste deutschlandweite Wasserstandskarte für die organischen Böden erstellt (Artikel in Hydrology and Earth System Sciences). Sie ist eine wichtige Grundlage für verschiedene weiterführende Studien, u.a. für die Identifizierung vorrangiger Moorregionen für die Optimierung bestimmter Ökosystem-Dienstleistungen sowie die Emissions-Berichterstattung.

Mit der Integration von Fernerkundungsdaten in die hydrologische Modellierung hoffen wir, künftig die Genauigkeit und Aktualität der Wasserstandskarte zu verbessern. Wir streben an, einen ähnlichen Datensammlungs- und Modellierungsprozess auf europäischer Ebene umzusetzen.