SCHRIFTENREIHE Institut für Pflanzenernährung und Bodenkunde ...

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Homogenisierung des Bodens zurückzuführen ist. Die damit verbundene Strukturzerstörung erhöht zusammen mit dem deutlich ausgedünnten Pflanzenbestand das Risiko für Bodenerosion durch Wind und Wasser möglicherweise erheblich. Multiple Regressionsanalysen zeigten signifikante Korrelationen zwischen SWC, Ks, WDPT, SOC und BD, sowie zwischen SS und Schluffgehalt. Des Weiteren ließen sich mit Hilfe multivariater geostatistischer Analysen skalenabhängige Korrelationen zwischen Bodenfeuchte und Textur, BD, SOC und Bedeckungsgrad feststellen. Die Skalenabhängigkeit der untersuchten Boden- und Pflanzenvariablen, die insbesondere die Bodenfeuchte steuern, sind offentsichtlich ebenso eine Funktion der Beweidungsintensität, mit räumlich zufälliger Variabilität (< 5 m) in UG79, kleinskaliger Variabilität (90 m) in UG99, und mesoskaliger Variabilität (165 m) in CG. Aus diesem Zusammenhang lässt sich schließen, dass die Bodenfeuchteverteilung im Raum durch die Beweidung beeinflusst wird, was bei der Regionalisierung hydrologischer Modelle eine sehr wichtige Rolle spielt. Ergänzend zu den geostatistischen Verfahren, in denen die räumliche Abhängigkeit von Boden- und Pflanzenparametern untersucht wurden, sollte ein in situ Monitoring der Bodenfeuchte und –temperatur an ausgewählten Standorten in Verbindung mit einer prozessorientierten Modellierung Aufschluss über die zeitliche Entwicklung der Wasser- und Wärmeflüsse bei unterschiedlicher Beweidungsintensität geben. Die Repräsentativität der gewählten Standorte wurde mit Hilfe einer Zeitstabilitätsanalyse untersucht. Dabei wurde bestätigt, dass die Monitoring Standorte mit sogenannten zeitstabilen Punkten (Time Stable Points = TSPs) übereinstimmen, die die mittlere Feldbodenfeuchte mit hoher Genauigkeit widerspieglen. Die Simulation der Wasserflüsse mit Hilfe eines hydraulischen Modells in den TSPs ist daher, sowohl die mittleren Feldwassergehalte sowie die zeitliche Wassergehaltsänderung betreffend, ebenfalls als repräsentativ anzusehen. viii
Die Beweidung beieinflusst besonders in den oberen 10-15 cm hydraulische, thermische und mechanische Bodeneigenschaften und -funktionen. Bei den Untersuchungen wurden eine Verringerung von SWC, SOC, WDPT und eine Zunahme von BD und SS festgestellt. Änderungen in der Bodenstruktur sind durch geringere gesättigte Wasserleitfähigkeiten (Ks) und Verschiebungen in der Wasserrentionsfunktion angezeigt. Im Vergleich zu den unbeweideten Standorten nehmen das Gesamtporenvolumen und der Anteil an weiten Grobporen auf den beweideten Standorten ab. Das Richards basierte hydraulische Model Hydrus-1D wurde anhand bodenphysikalischer Kenngrößen parametrisiert und mit Hilfe der Monitoring Daten verifiziert. Simulierte und gemessene Wassergehalte und Bodentemperaturen stimmen gut überein. Auch die beweidungsbedingten Bodenstrukturänderungen wurden zufriedenstellend widergespiegelt. Dabei zeigte sich, dass die Bodenwärmeflüsse mit zunehmender Beweidungsintensität anstiegen. Bei den Wasserhaushaltskomponenten konnte im Vergleich zu den unbeweideten Flächen bei starker Beweidung eine Abnahme des Wasserspeichers um 25-45 %, der Interzeption um 50-55 % und der Transpiration um 20-30 % sowie eine Zunahme der Evaporation um 25-40%, des Oberflächenabflusses um 100-300% und der Tiefensickerung um 100-200% festgestellt werden. Eine intensive Beweidung führt demnach durch die Verschlechterung von Bodenfunktionen zu einer Reduktion des pflanzenverfügbaren Wasserspeichers im Boden und damit zu einer Beeinträchtigung der Weidelandproduktivität bei gleichzeitig erhöhtem Risiko für Bodenerosion durch Oberflächenabfluss. Die Integration eines Frost/Tau-Moduls in HYDRUS-1D verbesserte die Modellierung gekoppelter hydraulischer und thermischer Prozesse in Phasen mit Bodengefrornis deutlich. Die numerischen Simulationen mit dem „freezing model“ konnten Änderungen in den Bodenwassergehalten und Wärmeflüssen ix
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MRD(%) MRD(%) 100 80 60 40 20 0 -20
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Curriculum Vitae M.Sc. Ying Zhao Of
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Schriftenreihe des Instituts Neuere
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