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Water management method for non-closed crop production

Das Projekt "Water management method for non-closed crop production" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft Braunschweig-Völkenrode, Institut für Technologie und Biosystemtechnik, Abteilung Biosystemtechnik durchgeführt. General Information: Background: In the Southern European countries there is an enormous lack of water. For agricultural purposes one tries to use the available water as efficient as possible. On the other hand, nutrient solved in the irrigation water may leach into ground and surface water. The objectives are: The objective of the project is to develop and to do research on a new water management method for non-closed crop production systems. It is based on the concept of keeping the water available for plants in the top layer of the soil, where the plant roots are located. Beneath this layer, there will be an inactive soil layer which acts as a buffer between the root zone and the ground water. The topsoil and the ground water will so hydrologically be disconnected. The open crop production system will thus behave as a 'Virtual closed system for water and fertilisers' avoiding excessive use of limited water resources and leaching of fertilisers. Short description of the project: The project will focus on three main targets: - the development of a multi-point, multiple dielectric sensor to measure water tension, water content and electric conductivity - the development of an extensive 2-dimensional hydraulic model for water movement in soil and - the development of 2 algorithms for water management, one for water use efficiency or water conservation and one for minimum leaching. The sensor, model, algorithms and irrigation system will be evaluated under experimental and practical conditions. Prime Contractor: Dienst Landbouwkundig Onderzoek, Institut of Agricultural and Environmental Engineering; Wageningen; Netherlands.

Teilprojekt 1

Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von TRUEBNER GmbH durchgeführt. Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung und Praxiserprobung eines tiefenauflösenden elektronischen Saugspannungssensors (Tensiometer) für die landwirtschaftliche Bewässerung. Der neue Sensor soll das Profil der Saugspannung im Boden bestimmen und damit die entscheidende Datengrundlage für die Bewässerungssteuerung liefern. Dem Gärtner und Landwirt wird damit eine Sensorik an die Hand gegeben, die einen lückenlosen, zeitlichen und tiefenaufgelösten Überblick über den Wasserstatus im Boden und seiner Entwicklung liefert. Eine damit optimierte Bewässerungssteuerung nutzt die Wasserressourcen effizienter und reduziert den Eintrag von Nährstoffen ins Grundwasser.

Teilprojekt 2

Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik, Bereich Angewandte Mechanik (AME) durchgeführt. Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung und Praxiserprobung eines tiefenauflösenden elektronischen Saugspannungssensors (Tensiometer) für die landwirtschaftliche Bewässerung. Der neue Sensor soll das Profil der Saugspannung im Boden bestimmen und damit die entscheidende Datengrundlage für die Bewässerungssteuerung liefern. Dem Gärtner und Landwirt wird damit eine Sensorik an die Hand gegeben, die einen lückenlosen, zeitlichen und tiefenaufgelösten Überblick über den Wasserstatus im Boden und seiner Entwicklung liefert. Eine damit optimierte Bewässerungssteuerung nutzt die Wasserressourcen effizienter und reduziert den Eintrag von Nährstoffen ins Grundwasser.

Wasser-, Stickstoff- und Phosphorverfuegbarkeit im Boden: Stressfaktoren fuer Fichten am Wank?

Das Projekt "Wasser-, Stickstoff- und Phosphorverfuegbarkeit im Boden: Stressfaktoren fuer Fichten am Wank?" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von GSF - Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit GmbH, Institut für Biochemische Pflanzenpathologie durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist es zu klaeren, inwieweit Wasser-, N- und/oder P-Mangel fuer Waldschaeden am Wank bei Garmisch-Partenkirchen auf Boeden aus Kalkgestein verantwortlich ist. Dazu sollen die Fragen bearbeitet werden, ob Bodentrockenheit zu physiologischen Stoerungen der Baeume fuehrt und ob der Gaswechsel beeintraechtigt ist. Geprueft werden soll, ob Trockenheit N- und P-Mangel hervorruft (ueber verringerte Mineralisierung) und ob verringerte Humusmineralisierung durch N-/P-Mangel bedingt ist. Dazu sollen u.a. die Dynamik der Saugspannung im Boden auf verschiedenen Probeflaechen verglichen werden, Xylen-Wasserpotentialmessungen durchgefuehrt werden und NIP-Mineralisierungsversuche (Labor/Freiland) unternommen werden.

Der Gefriersog und die Eislinsenbildung bei der Bodenfrostung

Das Projekt "Der Gefriersog und die Eislinsenbildung bei der Bodenfrostung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität der Bundeswehr München, Institut für Bodenmechanik und Grundbau durchgeführt. Das Eindringen von Frost in Böden wird sowohl bei der natürlichen wie auch bei der künstlichen Bodenvereisung in vielen Fällen von Frosthebungen begleitet. Bei feinkörnigen Böden resultiert der Hauptanteil der Frosthebungen aus der Bildung von Eislinsen, welche aufgrund einer Bewegung des Wassers von ungefrorenen Bodenbereichen hin zur Frostgrenze entstehen. Die Ursache ist die Ausbildung eines Gefriersogs, dessen Entstehungsmechanismen noch nicht eindeutig geklärt sind. Die Beschreibung der Mechanismen ist weiterhin von Bedeutung, da durch die Bildung von Eislinsen auch die bodenmechanischen Eigenschaften des wiederaufgetauten Bodens beeinflusst werden. Zur Analyse des Gefriersogs und der daraus folgenden Eislinsenbildung werden im Labor des Instituts für Bodenmechanik und Grundbau an der Universität der Bundeswehr München Frostversuche unter verschiedenen Randbedingungen durchgeführt. Mittels der konzipierten Versuchsanlage werden Bodenproben eindimensional gefrostet. Während bei den Versuchen zur Eislinsenbildung eine Wasserversorgung gewährleistet wird, werden die Versuche zum Gefriersog von der Wasserversorgung getrennt, um so bei Frosteindringung die Entwicklung des Gefriersogs aufzuzeichnen. Die Einflüsse aus der mineralischen Zusammensetzung sowie der Kornverteilung der Bodenproben werden durch die Verwendung unterschiedlicher Materialien untersucht. Die Abhängigkeit von der Auflast sowie vom Temperaturgradienten, von dem Ionengehalt des Porenwassers und der Belastungsgeschichte werden durch entsprechende Variationen erforscht. Das Verhalten der Probe unter Frosteinwirkung wird mittels Erfassung der Verformung, der Temperatur und des Porenwasserdrucks bzw. bei den Versuchen zur Eislinsenbildung der Erfassung der eingesogenen Wassermenge analysiert. Im Anschluss an die Versuche erfolgt eine Bestimmung der Verteilung des Wassergehalts über die Probenhöhe. Darüber hinaus werden Versuche mit Porenwasserüberdruck zur Erzielung höherer Saugspannungen und Versuche mit intermittierender Frostung durchgeführt. Mittels der durchgeführten Versuchsreihen werden die Mechanismen der Gefriersogsausbildung erklärt und die Größe des Gefriersogs quantitativ ermittelt. Das bestehende Modell des osmotischen Drucks zur Beschreibung des Gefriersogs wird durch die Versuche überprüft und hinsichtlich der verschiedenen Abhängigkeiten erweitert. Anhand der erhaltenen Ergebnisse werden die Entstehung der Eislinsen und deren Beeinflussungen in Bezug auf die Bestimmung der Frosthebungen und deren Minimierung formuliert.

Der Beitrag des Bergwaldes zum Schutz vor Oberflaechenabfluss und Bodenabtrag - Ergebnisse einer 6-jaehrigen Versuchsanstellung in den Tegernseer Bergen

Das Projekt "Der Beitrag des Bergwaldes zum Schutz vor Oberflaechenabfluss und Bodenabtrag - Ergebnisse einer 6-jaehrigen Versuchsanstellung in den Tegernseer Bergen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt, Department für Ökosystem- und Landschaftsmanagement, Lehrstuhl für Landnutzungsplanung und Naturschutz durchgeführt. In den Bayerischen Alpen nahe dem Tegernsee wurden 6 bewaldete Kleineinzugsgebiete von 5 - 16 ha Groesse als Versuchsflaechen in den geologischen Grosseinheiten Flysch und Kalkalpin (Hauptdolomit) ausgewaehlt. Kernpunkt des Versuchsansatzes ist, Zusammenhaenge zwischen Wald- und Bodenzustand und Abfluss und Abtrag zu untersuchen und zu quantifizieren. Dazu wurden durch forstwirtschaftliche Massnahmen unterschiedliche Auflichtungsverhaeltnisse geschaffen, wie sie im Verlauf des Waldsterbens in der Praxis vorkommen koennen. Im Herbst 1992 wurden auf Flysch Sonnseite 1 etwa 40 Prozent, auf Flysch Schattseite ca. 30 Prozent des aufstockenden Holzvorrats entnommen. Das Gebiet Flysch Sonnseite 2 blieb als Kontrollflaeche unveraendert. Nach dem Aufbau der Pegelstationen zur Messung von Abfluss und Geschiebaustrag und der Instrumentierung (Saugspannung, Niederschlag, Schwebstoffmessung) liegen 4-6-jaehrige Messreihen vor. Kernpunkt der Entwicklungsarbeit war der Bau eines programmgesteuerten Schwebstoff-Probenehmers fuer Aussenstationen (Batteriebetrieb). Die Untersuchungen vor den Hiebsmassnahmen zeigen, dass insbesondere die Flysch-Gebiete in ihren natuerlichen Voraussetzungen sehr gut miteinander vergleichbar sind. Nach dem Hieb hat sich der Feststoffaustrag auf Flysch Sonnseite 1 im Vergleich zur Nullflaeche verdoppelt; Flysch Schattseite bleibt wegen des ruhigeren Reliefs auch nach dem Hieb unter dem Austrag der unbehandelten Kontrollflaeche. Im niederschlagsreichen Jahr 1993 ergeben sich flaechenbezogene Feststoffaustraege, die bei der Hiebsflaeche Sonnseite 1 mit ca 9 t/ha deutlich ueber der aus Landwirtschaft genannten Toleranzgrenze von rd. 1 t/ha liegen. Im trocknen Sommer 1994 wurden nur etwa ein Fuenftel dieser Austraege erreicht. Die Feststoffe werden ganz ueberwiegend im Sommer ausgetragen, wobei sich ein Grossteil der Jahres-Gesamtfracht auf wenige Grossereignisse konzentriert. Im Hauptdolomit der kalkalpinen Zone wird der Geschiebeaustrag weitgehend von extremen Niederschlagsereignissen ausgeloest.

Teilprojekt: Betrieb der zentralen Versuchsflächen

Das Projekt "Teilprojekt: Betrieb der zentralen Versuchsflächen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Fachgruppe Geowissenschaften, Bayreuther Zentrum für Ökologie und Umweltforschung (BayCEER), Lehrstuhl für Bodenökologie durchgeführt. Die Ziele des Projektes 'Z Zentrale Experimente' sind: i) Durchführung der Experimente auf den Versuchsflächen zur Manipulation des Wasserhaushalts der Böden, ii) Messungen der Grundparameter (Bodentemperatur, Saugspannung, Wassergehalt, Bodenlösungschemie, Streufall, Grundwasser­stand) sowie iii) die Dokumentation der Daten in der zentralen Datenbank der Forschergruppe. Die beiden Versuchsflächen befinden sich im Fichtelgebirge. Der Standort Coulissenhieb ist ein Fichtenaltbestand, in dem insgesamt 9 Teilflächen eingerichtet wurden, die in 3-facher Wiederholung für zwei Manipulationen und die Kontrollen genutzt werden. Eine Manipulation beinhaltet die Verstärkung natürlicher Bodenaustrocknung durch Dachkonstruktionen, mit steigender Intensität der Austrocknung in den Jahren 2008 - 2010. Die zweite Manipulation beinhaltet die Vermeidung von trockenbedingten Einschränkungen der Mineralisation durch zusätzliche Beregnung. Der Standort Schlöppnerbrunnen ist ein Niedermoor auf dem 6 Teilflächen eingerichtet wurden, 3 für die experimentellen Manipulationen und 3 als Kontrollflächen. Die Austrocknung in 2008 wird durch Abpumpen von Drainagen und durch Dächer erreicht. Der Versuchsplan sieht für 2009 eine vollständige Wassersättigung der Manipulationsflächen durch zusätzliche Wasserzufuhr vor, als Referenz für die Austrocknungsphasen.The goals of project Z Central Experiments' are i) operation of the central experiments of the Research Unit 562 for the manipulation of soil water content and irrigation regime, ii) measurements of basic parameters used by the members of the Research Unit (temperatures, soil water contents, chemistry of soil solution, above ground litterfall, groundwater level) and iii) documentation of data in the central data base of the Research Unit. The two experimental sites are located in the Fichtelgebirge area. The site Coulissenhieb is a mature Norway spruce stand and comprises 9 plots for two experimental treatments and the control, each with 3 replicates. One treatment will be an artificial drought induced by roof constructions during the summer with increasing drought intensities in the years 2008-2010. The second treatment will be an irrigation to avoid natural drying of the soil and to eliminate restrictions of mineralization due to water shortage. The site Schlöppnerbrunnen is a fen and comprises 6 plots, 3 of which are used for the drought and wetting experiment and 3 as controls. The drought is induced by drainage and by exclusion of precipitation in the summer of 2008. We will induce a 3 month drought period in 2008, and a constantly water saturated situation by adding water in 2009 for reference. In 2010 either a drought or a water saturation experiment will be performed, depending on the results of the previous studies.

Die kurz- und mittelfristige Dynamik des volatilen C-Vorrats in Böden

Das Projekt "Die kurz- und mittelfristige Dynamik des volatilen C-Vorrats in Böden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Freiburg, Institut für Geo- und Umweltnaturwissenschaften, Professur für Bodenökologie durchgeführt. Die Gasumsätze und -transporte in terrestrischen Böden nehmen in den Stoffkreisläufen, die den globalen Klimawandel betreffen, eine herausragende Rolle ein. Das gilt im besonderen Maße für die Bodenrespiration, also der Produktion von CO2 durch Mikroorganismen und Wurzeln im Boden. Dabei sind diese Flüsse zu ganz überwiegendem Teil natürlich und ein Ausdruck des Stoff- und Energieumsatzes der Biosphäre. Allerdings lässt der bekannte negative Zusammenhang zwischen Jahresdurchschnittstemperatur und Kohlenstoffspeicherung in Böden jedoch befürchten, dass im Falle einer Klimaerwärmung terrestrische Ökosysteme über einen längeren Zeitraum erhebliche Kohlenstoffvorräte aus dem Bodenvorrat mobilisieren und somit den CO2-Gehalt der Atmosphäre weiter erhöhen. Somit spielen Bodenrespirationsmodelle, die den Einfluss von Umwelteinflüssen möglichst präzise wiedergeben, eine wichtige Rolle bei der Vorhersage der atmosphärischen CO2 Konzentration. Bei Bodenrespirationsmessungen wird angenommen, dass die gemessene CO2 Emission des Bodens der aktuellen Respiration entspricht. Das heißt, die Änderung des im Bodenporenvolumen gespeicherten Vorrats an CO2 wird vernachlässigt. Wir wollen nun überprüfen, ob sich durch die Integration der Dynamik des CO2 Vorrats des Bodens die Qualität von Bodenrespirationsmodellen, und somit auch die Qualität der Vorhersage verbessern lässt. Hierzu lässt sich das Projekt in folgende Schwerpunkte gliedern: Zur Erfassung der CO2 Emission des Bodens werden automatische Messkammern eingesetzt, um lange ununterbrochene Messreihen zu erhalten. Zur Erfassung der CO2 Vorratsdynamik werden Profile von bodenphysikalischen Parametern (Bodenfeuchte, Wasserspannung, Luftporenvolumen, CO2-Konzentration, Bodentemperatur) zeitlich hochaufgelöst aufgezeichnet. Da in kalkhaltigen Böden das Lösungsgleichgewicht von CO2 in Bodenwasser durch die Anwesenheit von CaCO3 sehr stark beeinflusst wird, soll diesem Faktor besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden. Die Entwicklung eines Bodengastransportmodells, wobei neben der Diffusion als Transportmechanismus insbesondere die Integration und Parametrisierung von Konvektion eine Herausforderung darstellt. Mit den forstmeteorologischen Messstationen Hartheim (mit Kiefern bestandener gut belüfteter kalkhaltigen Boden) und Hesse, Frankreich (mit Buchen bestandener zeitweilig unter Stauwassereinfluss stehender kalkfreier Boden) wurden 2 Standorte ausgewählt, die hinsichtlich wichtiger Parameter wie der Belüftungssituation und der Anwesenheit von CaCO3 in der Bodenlösung als gegensätzlich anzusehen sind.

Auswirkungen des Klimawandels auf die Wasserverfügbarkeit für die Wälder Baden-Württembergs

Das Projekt "Auswirkungen des Klimawandels auf die Wasserverfügbarkeit für die Wälder Baden-Württembergs" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Freiburg, Institut für Geo- und Umweltnaturwissenschaften, Professur für Hydrologie durchgeführt. Die aktuellen Klimaprognosen sagen für weite Teile Baden-Württembergs die Zunahme von Extremwetterlagen und - je nach Standort eine mehr oder weniger starke - Erhöhung des Trockenstressrisikos für Wälder voraus. Um die Auswirkung des sich ändernden Trockenstressrisikos auf Baumwachstum und -vitalität abschätzen zu können, werden Wasserhaushaltsinformationen im kleinräumigen Geländemaßstab benötigt. Die Wasserverfügbarkeit hängt neben den lokalen Witterungsbedingungen von den hydraulischen Bodeneigenschaften und von Dichte, Baumartenmischung und Wurzelraum der Waldbestände ab. Auf lokaler und kleinräumiger Ebene soll die Wasserverfügbarkeit mittels physikalisch basierter Wasserhaushaltsmodelle berechnet werden, in welche diese Standortseigenschaften als Steuergrößen eingehen. Das Trockenstressrisiko, d.h. die Auftretenswahrscheinlichkeit von Wassermangel, wird über statistische Auswertungen aus den modellierten Zeitreihen von Wassergehalten und Saugspannungen abgeleitet. Die Parameter der so ermittelten Häufigkeitsverteilungen von Wasserdefiziten werden durch multiple Regressionsmodelle mit Hilfe kartierter Informationen zu Gelände-, Boden- und Bestandseigenschaften sowie meteorologischen Größen auf größere Landschaften und Regionen übertragen. Letztlich sollen die erstellten Regressionsmodelle verwendet werden, um das Trockenstressrisiko für die gesamten Waldflächen Baden-Württembergs unter den derzeitigen und den für die Zukunft prognostizierten Klimabedingungen abzuschätzen. Die Projektergebnisse sollen Waldbewirtschaftern in Form von Risikokarten zur Verfügung gestellt werden.

Einsatz von Saugsonden und Saugspannungsmessern zur Ermittlung des Wasser- und Stofftransports im Hinblick auf die Grundwasserneubildung

Das Projekt "Einsatz von Saugsonden und Saugspannungsmessern zur Ermittlung des Wasser- und Stofftransports im Hinblick auf die Grundwasserneubildung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Würzburg, Institut für Geologie, Lehr- und Forschungsbereich Hydrogeologie und Umwelt durchgeführt.

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