Climate models predict increases in summer drought and intensive rainfalls in temperate and northern latitudes, which may alter the hydrologic and redox regime of wetlands, the single most important terrestrial carbon storage. The impact of drying and rewetting and potential inundation on ecosystem production and belowground carbon cycling and the coupling with redox processes, in particular of sulfur and iron, is not well understood to date. In this project the hydrologic regime of a wetland will be altered experimentally and the consequences on carbon cycling be analyzed and simulated. To this end, changes in soil water contents, temperatures and respiration rates will be quantified during and after manipulation. The availability, production, and consumption of relevant electron acceptors for respiration, i.e. oxygen, nitrate, sulfate, ferric iron, humic substances, is studied, as their dynamics strongly influences methane production. A laboratory study will serve to analyze the impact of a range of temperatures and drying intensity and duration on respiration. The obtained data will be combined with the data of the previous controlled mesocosm and field study to simulate the impact of hydrologic change on carbon cycling and methane dynamics using the ecosystem model ECOSYS. The parameterized and tested model will be used to simulate and analyze the interaction of biogeochemical processes occurring during drying and rewetting and the impact on carbon cycling on the decadal time scale.
Klimamodelle sagen eine Zunahme von Sommertrockenheit mit Starkregenereignissen in mittleren und nördlichen Breiten vorher, die das hydrologische Regime von Feuchtgebieten, einem Kohlenstoffspeicher von globaler Bedeutung verändern. Die Auswirkungen von verstärkter Austrocknung und Wiederbefeuchtung, sowie möglicher Vernässung, auf Produktivität, Bodenatmung, Methanemissionen und die Kopplung des Kohlenstoffkreislaufes an Redoxprozesse im Boden ist bislang ungenügend verstanden. Im Projekt wird das hydrologische Regime eines Niedermoores experimentell verändert und die Konsequenzen für die wesentlichen Umsetzungen analysiert die zum Kohlenstoffkreislauf beitragen. Zu diesem Zweck wird die Veränderung in Bodenwassergehalten, -temperaturen und -respiration quantifiziert. Die Verfügbarkeit, Produktion und der Verbrauch von relevanten Elektronenakzeptoren für die Bodenatmung wird bestimmt, da diese die Methanbildungsrate im Boden maßgeblich beeinflussen. Eine Laborstudie dient der Untersuchung der Wirkung einer Bandbreite von Austrocknungsbedingungen auf Respirationsraten. Diese und zuvor gewonnen Datensätze werden genutzt um Auswirkungen auf den Kohlenstoffkreislauf mit dem Ökosystemmodell ECOSYS zu analysieren. Hierbei steht zunächst die kausale Prozessanalyse und schließlich die Simulation von zu erwartenden Veränderungen auf der Zeitskala von Jahrzehnten im Vordergrund. Hauptauftragnehmer im Ausland: University Guelph; Guelph; Kanada.
Implementierung des Modells ECOSYS (GSF, Muenchen) im OEFZS und Adaptierung fuer Oesterreich; Kopplung an ein geographisches Informationssystem, mit dem Ziel der Ausgabe von Modellszenarien in Kartenform. Bewertung und Pruefung des Modells mit Daten nach dem Reaktorunfall in Tschernobyl; Datenaufbereitung der OEFZS-Messdaten und Uebernahme in ein geographisches Informationssystem. Abschaetzung der Dosiseinsparung durch Massnahmen. Vorschlaege und Erprobung eines Systems zur Vermessung von kleinraeumigen Belastungszentren, die durch das Strahlenfruehwarnsystem angedeutet werden. Ergebnisse: ECOSYS-87 wurde fuer Oesterreich adaptiert, so dass regional differenziert Prognosen der Auswirkung grossraeumiger Verstrahlung auf die Nahrungskette und die Dosisbelastung des Menschen moeglich sind. Durch eine entsprechende Beruecksichtigung der unterschiedlichen phaentypischen Regionen, Bodendepositionen, der Nahrungsmittelproduktion und des Nahrungsmittelverzehrs sind Prognosen auf der Ebene der oesterreichischen politischen Bezirke moeglich. Solche Prognosen ermoeglichen im Anlassfall rasch und oekonomisch gezielte Massnahme zur Dosiseinsparung bei der Bevoelkerung. Mit einer retrospektiven Validierung anhand der Messdaten nach dem Tschernobyl-Fallout wurde die Praktikabilitaet des Modells getestet. Dabei zeigte sich eine gute Uebereinstimmung der Prognose mit gemessenen Aktivitaetskonzentrationen in Futter- und Nahrungsmittel.