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Bodenkundliche Spezialkartierungen

- projektbezogene Erstellung von bodenkundlichen Karten im Maßstab kleiner M 1:25000 - Kartierung zu speziellen bodenkundlichen Fragestellungen, z.B. Erosion, Versauerung, Nährstoffbelastung von Böden

Analyse der geoökologischen Steuerungsfaktoren für die Verbreitung von Waldstandorten und diskontinuierlichem Permafrost unter den Einflüssen von Waldbränden, Waldnutzung und Klimaentwicklung in den Waldsteppen der zentralen Mongolei

Trockenphasen, Waldbrände und nicht-nachhaltige Nutzung haben in den letzten Jahrzehnten zu einem erheblichen Verlust an Waldfläche in der Mongolei geführt. Dieser weiterhin fortschreitende Verlust verläuft nicht gleichförmig. Es ist eine deutliche Differenzierung durch verschiedene Faktoren erkennbar, insbesondere durch Topographie, Hydrologie, Permafrost, Bodeneigenschaften und anthropogene Einflüsse. Dieses Projekt zielt auf die Identifikation der Kausalzusammenhänge zwischen der Konstellation der an einem Standort wirksamen geoökologischen und anthropogenen Faktoren einerseits und den Mustern des diskontinuierlichen Permafrosts, der Waldverbreitung, des Auftretens von Waldbränden und der Sukzession der Vegetation nach einem Brand (zurück zu Wald oder aber zu Steppe) andererseits ab. Dabei werden auch gegenseitige Wechselwirkungen (z. B. Permafrost - Wald / Wald - Permafrost) berücksichtigt. Anhand von sechs Hypothesen werden die zugrundeliegenden Kausalketten mittels einer Kombination verschiedener methodischer Ansätze analysiert. Die aktuelle Faktorenkonstellation wird über geomorphologische und bodenkundliche Kartierungen, Vermessung der Verbreitung und Tiefenlage des Permafrosts mittels Georadar, Vegetationsaufnahmen, Analyse von Fernerkundungsdaten, Reliefparametrisierung und Biomassebestimmung erfasst. Im gewählten Untersuchungsgebiet im nördlichen Khangai-Gebirge, zwischen der Ortschaft Tosontsengel im Norden und dem Khangai-Hauptkamm im Süden, treten regelmäßig Waldbrände auf. Seit Mitte des letzten Jahrhunderts erfolgt intensiver Holzeinschlag. In natürlichen und anthropogen genutzten Wäldern sowie auf Waldbrandflächen werden die Nutzungs- und Waldbrandgeschichte, Bodeneigenschaften, Tiefenlage des Permafrostes, Hydrologie und Vegetation analysiert. Holzkohle, fossile Böden und äolische Decksedimente dienen in Kombination mit Lumineszenz- und Radiokarbondatierungen zur Rekonstruktion der Wald- und Landschaftsgeschichte in der Zeit vor den intensiven anthropogenen Eingriffen. Diese Rekonstruktion wird zur Ermittlung des Ausmaßes des menschlichen Einflusses innerhalb des Wirkungsgefüges der verschiedenen wirksamen Faktoren auf die Vegetationsmuster herangezogen. Im nächsten Schritt werden die erfassten geoökologischen Parameter geostatistisch ausgewertet. Dabei werden Klima-, Gesteins-, Boden- und Reliefeinflüsse (Exposition, Hangposition, Reliefform etc.) auf Vegetationsmuster herausgearbeitet und auf der Basis von Digitalen Geländemodellen und multispektralen Satellitenszenen flächenhaft modelliert. Anschließend wird geprüft, wie sich diese Ergebnisse mit Satellitendaten mittlerer Auflösung in einen größeren räumlichen Kontext übertragen lassen. Auf Basis der identifizierten Kausalzusammenhänge werden Gebiete mit entsprechenden Gefährdungspotentialen in Bezug auf Trockenstress, Brandgefahr und Sukzessionsbarrieren für fragmentierte Waldstandorte ausgewiesen und Prognosen für die weitere Vegetations- und Permafrostentwicklung erstellt.

IS BK 50 Bodenkarte von NRW 1 : 50.000 - Datensatz

Der Datensatz gibt die Inhalte der Bodenkarte 1 : 50.000 von Nordrhein-Westfalen blattschnittfrei, landesweit flächendeckend wieder. Jede einzelne Fläche wird bei Abruf der Informationen aus einem GIS beschrieben hinsichtlich Bodeneinheit, vereinfachtem Bodentyp, Bodenartengruppe des Oberbodens, Staunässe, Grundwasser, Schutzwürdigen Böden, Durchwurzelbarkeit, optimaler Flurabstand, Erodierbarkeit des Oberbodens, Kapillaraufstieg von Grundwasser, nutzbare Feldkapazität, Feldkapazität, Luftkapazität, gesättigte Wasserleitfähigkeit, Versickerungseignung, Kationenaustauschkapazität. ökologische Feuchtestufe, Gesamtfilterfähigkeit, Grabbarkeit, Eignung für Erdwärmekollektoren, Denitrifikationspotential und Verdichtungsempfindlichkeit.

Übertragbarkeit von Modellen des Maschinellen Lernens in der digitalen Bodenkartierung

Maschinelle Lernmodelle haben große Erfolge beim Lernen komplexer Muster wie zum Beispiel die räumliche Verbreitung von Bodeneigenschaften gezeigt, die es erlauben Vorhersagen über nicht erfasste Bereiche zu treffen. Die Fähigkeit, das Gelernte auf andere Gebiete anzuwenden ist dagegen wenig entwickelt und bislang können die Modelle nur sehr eingeschränkt auf Bereiche außerhalb der unmittelbaren Lernumgebung übertragen werden. Ähnlich empirischen Regressionen gelten die Regelwerke, z.B. bei Entscheidungsbaumverfahren wie Random Forest, nur für den von Trainingsdaten abgedeckten Wertebereich. Für jedes weitere Gebiet werden erneut möglichst hochwertige und umfangreiche Trainingsdaten benötigt. Fortschritte im Bereich des Deep Learning (DL), z.B. Convolutional Neural Networks, des Transfer Learnings und kombinierte Ansätze im Bereich Feature Selection (FS) bieten hier erweiterte Möglichkeiten, um die Dimensionalität gerade bei kleineren Datensätzen einzuschränken, die Überanpassung an die Trainingsdaten zu minimieren und die Übertragung auf angrenzende Gebiete zu verbessern. Im vorliegenden Antrag nehmen wir diese Entwicklungen auf und versuchen Bodeneigenschaften auch für Bereiche außerhalb der Lernumgebung vorherzusagen. Dazu erstellen wir zunächst mit Umweltfaktoren eine gebietsspezifische Parametrisierung maschineller Lernmodelle anhand von geomorphometrischen, geologischen, landschaftsökologischen und klimatischen Parametern. Welche Parameter dies im Einzelnen sind und wie sie untereinander im Verhältnis stehen, wird exemplarisch für verschiedene Testdatensätze in Deutschland (humides Klima) und im Iran (semi-arid bis arides Klima) durch die Kombination von Methoden des DL und der FS berechnet. Im Folgeschritt werden die mit den ausgewählten Parametern der Umweltfaktoren und den Bodenprofildaten trainierten Modelle auf nicht trainierte Gebiete übertragen und an unabhängigen Bodendaten validiert. Die nicht trainierten Gebiete werden anhand von Distanz- und Ähnlichkeitsmaßen hinsichtlich ihrer Vergleichbarkeit mit den ursprünglichen Trainingsgebieten charakterisiert, um die Transferleistung der maschinellen Lernmodelle zu beurteilen. Abschließend ist vorgesehen, für die unbekannten Gebiete schrittweise Trainingsdaten zuzufügen, um die Entwicklung der Vorhersagegenauigkeit zu quantifizieren und die Transfereigenschaften verschiedener ML-Verfahren zu beurteilen. Als Trainingsdaten dienen LUCAS-Daten für Deutschland und Bodenprofildaten aus der nationalen SPDB Datenbank für den Iran. Die Umweltparameter werden aus Satellitendaten, digitalen Höhenmodellen, Weltklimadaten sowie Landnutzungskarten und geologischen Kartenwerken abgeleitet. Bodeneigenschaften sind Bodenkohlenstoffgehalt, Bodentextur, Carbonatgehalt und Kationenaustauschkapazität. Es werden 12 maschinelle Lernverfahren vergleichend angewendet.

Untersuchungen zur Sicherung und Renaturierung des Salzach-Auen-Oekosystems

1) Erhebung der Grunddaten (bereits abgeschlossen): Kartierung reale Vegetation und Flora (1:500), faunistische und limnologische Erfassung der Salzach, ausgewaehlter Zufluesse und salzachbegleitender Altwasserarme, Erfassung Amphibien- und Reptilienfauna, flaechendeckende Brutvogelkartierung, Kartierung ausgewaehlter Insektengruppen (Libellen, Grossschmetterlinge), Kartierung und Gliederung des UG nach Lebensraumtypen, Erstellung eines Typen- und Realnutzungsrasters, Kartierung, Ausgliederung und Beschreibung repraesentativer Strukturtypen, flaechendeckende Bodenkartierung, landschaftsoekologische Untersuchung von Altwasserarmen, rechnergestuetzte Auswertung der Daten (Geo-Info-System, begonnen). 2) Bewertung des Ist-Zustandes (1991 begonnen) aus der Sicht von Naturschutz und Landschaftspflege und aus oekologischer Sicht. 3) Zieldefinitionen zur Optimierung des Systems (= dritte Phase, Beginn?), verschiedene Varianten: Optimierung des Ist-Zustandes, Renaturierung von Teilsystemen, Renaturierung des Gesamtsystems.

Regionalisierung der standortchemischen Zustaende der Waldboeden im Bereich des Saarkohlewaldes

Projektgegenstand ist die Regionalisierung der standortchemischen Zustaende der Waldboeden im Bereich des Saarkohlenwaldes. Ziel des Projektes ist die Erstellung einer digitalen Basiskarte, die als wesentlicher Bestandteil in das einzelflaechenbezogene Standortbasisinformationssystem der Landesforstverwaltung eingeht. Mit Hilfe der digitalen Einzelflaechendaten soll die weitere standortchemische Entwicklung der Waldbestaende abzuschaetzen sein. Diese Abschaetzungen sollen als Basisinformationen fuer die quantitative und qualitative Bewertung der Bestandesgefaehrdungen und der zu erwartetenden Zuwachsveraenderungen dienen. Die Arbeiten umfassen die Generierung einer Arbeitskarte fuer die Bodenkartierung mit Hilfe eines GIS (Geologie 1:25000, Relief: Hangneigung) unter Beruecksichtigung der Ergebnisse der Voruntersuchung, eine Bodenkartierung im Untersuchungsgebiet, die Aufnahme von Catenen, Bodenprobennahmen an Profilen im Revier Fischbach und deren chemische Analyse, die statistische Auswertung der chemischen Daten, Korrekturen an Karten nach den Kartierungsergebnissen sowie eine GIS-Analyse und Generierung einer Karte des bodenchemischen Zustandes.

Erfassungsschlüssel für die Aufnahme von bodenkundlichen Aufschlüssen

- Anleitung zur Aufnahme von Bodenprofilen in der bodenkundlichen Landesaufnahme - standardisierte Beschreibung einschließlich Symbolschlüssel und Aufnahmeformular

Dezernat 370 Bodengeologie und Bodenschutz

- wissenschaftliche Information, Beratung und Bearbeitung bodenkundlicher Fragestellungen - Interpretation und Dokumentation bodenkundlicher Befunde - Aufbau und Betreuung des FIS Boden und der Bodenprobenbank - Planung und Durchführung von Aufgaben des vorsorgenden Bodenschutzes - Mitwirkung beim technischen Bodenschutz - Erstellung bodenkundlicher Karten - nachsorgender Bodenschutz - Führung Bodenschutz- und Altlastenkataster (dBAK)

Forschergruppe (FOR) 5288: Schnell und unsichtbar: Zwischenabfluss durch einen interdisziplinären Multi-Standort-Ansatz bezwingen, Teilprojekt SSF SUBSURFACE CONTROLS: nichtinvasive Erfassung und Charakterisierung der Untergrundstruktur und deren Auswirkung auf den Zwischenabfluss

Die räumliche Heterogenität der hydrologisch relevanten Bodenparameter stellt eine der großen Herausforderungen auf dem Weg zu einem umfassenden Verständnis des Zwischenabflusses dar. Dies beginnt bei den elementaren Vorstellungen von den Fließprozessen und zieht sich durch zu numerischen Simulationen des Fließens und des Stofftransports, welche schließlich für eine quantatative Vorhersage benötigt werden. Die besondere Herausforderung besteht darin, dass diese Heterogenität nicht nur eine Variation der Parameter über mehrere Größenordnungen bedingt, sondern auch hochgradig organisierte räumliche Muster.Das Projekt greift die Begrenzungen existierender Ansätze zur experimentellen Erfassung der Untergrundstruktur auf. Primäres Ziel ist die Entwicklung von Parametrisierungen der Struktur, welche als Grundlage einer numerischen Modellierung der Fließ- und Transportprozesse auf verschiedenen Skalen verwendet werden kann. Hierbei ist die zentrale Hypothese, dass nicht nur die Heterogenität, sondern insbesondere das Auftreten organisierter räumlicher Muster einen entscheidenden Einfluss auf den Zwischenabfluss hat und einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis beitragen wird. Diese Hypothese spiegelt sich in den folgenden zentralen Forschungsfragen wider:(1) Wie ist die geologisch-bodenkundliche Struktur der im Projektverbund untersuchten Gebiete?(2) Welche Bedeutung haben die kleinskalige Heterogenität und die zugehörigen Muster für das Auftreten von Zwischenabfluss?(3) Lässt sich die kleinskalige Heterogenität des Bodens mit ausreichender Genauigkeit mit nichtinvasiven Methoden bestimmen?(4) Lässt sich die Information über die Heterogenität und die Muster auf größere Skalen hochskalieren, um schließlich einen Beitrag zur Vorhersage des Zwischenabflusses auf der Einzugsgebietsskala zu liefern?Im Projekt werden experimentelle, theoretische und numerische Arbeiten kombiniert. Während eine klassische Bodenkartierung den Startpunkt bildet, liegt der Schwerpunkt auf geophysikalischen Messungen zur nichtinvasiven Untergrunderkundung. Hierbei werden verschiedene Methoden angewandt (insbesondere Gleichstrom-Geoelektrik, elektromagnetische Methoden und Georadar). Die Messungen umfassen sowohl statische Erkundungen der gesamten Untersuchungsgebiete als auch zeitabhängige Messungen zur Erfassung von Fließwegen. Den Abschluss bildet die Entwicklung von Konzepten für die Kombination und das Hochskalieren der aus mehreren Quellen gewonnenen Informationen.

Untersuchung von Bodenproben zur Ermittlung der Duengebeduerftigkeit

Fuer die optimale Duengung der Kulturen ist der Landwirt auf verschiedene Entscheidungshilfen angewiesen. Eine zentrale Bedeutung kommt dabei der Bodenuntersuchung zur Ermittlung der Duengebeduerftigkeit zu. Unsere Forschungsanstalt hat den Dauerauftrag, die von den Bauern eingesandten Bodenproben zu untersuchen. Ferner werden auch Bodenuntersuchungen im Dienste des Versuchswesens und der Bodenkartierung durchgefuehrt. Die sog. Standardanalyse umfasst die Beurteilung der Bodenart und des Kalkzustandes des Bodens sowie die Bestimmung des Phosphat- und Kaligehaltes im CO2-gesaettigten Wasserextrakt. Der pH-Wert wird in einer Wasser- bzw. Calciumchlorid-Suspension gemessen. Aufgrund der ermittelten Werte wird mit Hilfe der von den Einsendern gelieferten Betiebsdaten eine Duengeberatung ausgearbeitet. Die Anzahl der jaehrlich untersuchten Proben betraegt gegenwaertig ca. 10'000, womit die Kapazitaet des Labors voll ausgeschoepft ist. Zur Feststellung wachstumshemmender Stoffe im Boden fuehren wir ferner Kleinkulturversuche durch (ca. 150 pro Jahr). Region: in einem Teil der Schweiz (Kantone AI, AR, GL, GR, OW, SG, SZ, SH, TG, TI, UR, ZG, ZH).

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