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Ökologische Modellierung

Ökologische Modellierung

 

↑ Tracerversuche mit Brilliant Blue, Jena Experiment
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Leitung



Jun.-Prof. Dr. Anke Hildebrandt

iconp ++49-(0)3641 - 9-48651
iconf ++49-(0)3641 - 9-48652

Internet


www.ecologicalmodelling.uni-jena.de

 

Ökohydrologie und Ökologische Modellierung



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↑ Infiltrationsmessungen, Jena Experiment

 

Die Ökohydrologie beschäftigt sich mit den Interaktionen zwischen Pflanzen und Wasserkreislauf. Pflanzengemeinschaften sind dafür angepasst, trotz immenser räumlicher und zeitlicher Variabilität "an der richtigen Stelle zur richtigen Zeit zu sein". Diese enorme Flexibilität erschwert die Interpretation und Vorhersage von Interaktion zwischen Ökosystemen und abiotischer Umwelt - und macht die Ökohydrolgie zu einem so spannenden wissenschaftlichen Feld. Ökohydrologische Fragestellungen sind omnipräsent in Hydrologie, Meteorologie, Klimatologie und in biogeochemischen Kreisläufen.



Unsere Arbeitsgruppe arbeitet an folgenden Aspekten:

  • Wurzelwasseraufnahme

  • Änderung der hydraulischen Bodeneigenschaften in Abhängigkeit von Bewuchs

  • Heterogenität der Baumkronentraufe und Stammabfluss

  • Einfluss von Kronenbedeckung auf Bodenfeuchte - Hotspots und Ausbildung von präferentiellen Fließpfaden

  • Interaktion zwischen Schwankungen in der Artenzusammensetzung und Bodenfeuchtedynamik

Lehre


Wir tragen zur Lehre im Rahmen der quantitativen und physikalischen Hydrologie am Institut für Geowissenschaften bei. Unsere Arbeitsgruppe lehrt den Vorkurs Mathematik, am Anfang des Bachelor-Studiums. Speziell zum Gebiet Ökohydrolgie gibt es die Vorlesung "Pflanzen im Wasserkreislauf", die sich dem System Boden-Pflanze-Atmosphäre auf Prozessebene widmet. Weiterhin unterstützen wir die Lehre im Master Studium im Bereich Strömungs- und Transportmodellierung sowie Geostatistik.


Forschungsschwerpunkte


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↑ Installation von Tensiometern in Lysimeter des Jena Experimentes

 

Wurzelwasseraufnahme - eine optimale Sache?



Pflanzen weisen viele verschieden Wurzelsysteme auf und verfolgen die unterschiedlichsten Strategien zur Nutzung des Bodenwassers. In natürlichen Ökosystemen steht eine Vielfalt von Pflanzenarten durch ihre Wurzelsysteme in Wechselwirkung. Wie diese Wechselwirkung abläuft ist jedoch noch nicht bekannt. So lässt sich bislang nur vermuten, dass artenreiche Pflanzengemeinschaften eine optimale Wasseraufnahme durch zusätzliche Umverteilung des Bodenwassers aufweisen.


Ein Forschungsschwerpunkt unserer Arbeitsgruppe liegt in der Entwicklung von Analyse- und Modellierungsmethoden, mit denen Standard - Bodenfeuchtemessungen hinsichtlich Wurzelwasseraufnahme interpretiert werden können. Diese Methoden sollen helfen die Frage zu beantworten, wie sich die Wurzelwasseraufnahme zwischen verschiedenen Biodiversitäten unterscheidet und wie Pflanzen die vertikalen Bodenwasserflüsse beeinflussen. Dies ist ein Teil der Arbeit im Projekt AquaDiva (Kontakt: )


 

Wie läufts?



Die Infiltration ist ein bedeutender Teilprozess innerhalb des Wasserkreislaufs. Infiltration bezeichnet die Geschwindigkeit in der Wasser/Niederschläge in den Erdboden eindringen und wird in m/s gemessen. Die potentiellen Infitrationsraten hängen von der Bodenextur ab, aber auch von der Bodenstruktur, die sich durch Bewuchs und Bodenfauna stark ändert.

Im Rahmen des Jena Experimentes untersuchen wir, welche Rolle die einzelne abiotischen und biotischen Faktoren auf die realisierte Infiltrationsrate haben. Anwendungen dieser Arbeit sind die Interpretation von Bodenfeuchtemustern,  Verbesserung hydrologischer Modelle und die Optimierung landwirtschaftlicher Nutzungsstrategien.
(Kontakt: )
 

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Wenn es regnet bleibt der Boden unter Baumkronen länger trocken, denn der Baumkronenspeicher hält einen gewissen Teil des Regens auf, welcher wieder direkt in die Atmosphäre verdunstet. Diesen Prozess nennt man Interzeption - die Menge hängt von Regenereignissen und Pflanzenart ab. Obwohl im Mittel weniger Wasser unter den Baukronen anlangt als darüber als Regen fiel, gibt es auch unter den Baumkronen extrem feuchte Bereiche (Hotspots). Das ist Wasser, welches an Zweigen und Ästen gesammelt wurde und dann am Stamm herunterläuft oder Abtropfpunkte bildet. Hier kommt es zu stark erhöhten Infiltrationsraten in den Waldboden und führt zu präferentiellem Fluss und Heterogenität der Bodenfeuchte. Obwohl diese Bereiche klein sind, können sie bestimmte Prozesse, wie zum Beispiel die Grundwasserneubildung, dominieren.

Diesen Prozessen gehen wir im Rahmen von AquaDiva im Hainich und auf dem TERENO Standort Hohes Holz auf den Grund (Kontakt: ).