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Pedosphäre


Die Arbeit des KT Pedosphäre konzentriert sich auf die Wechselwirkungen der Pedosphäre mit der Biosphäre, Lithosphäre, Hydrosphäre und Atmosphäre mit besonderem Augenmerk auf prozess- und strukturbasierter Funktionalität. In enger Zusammenarbeit mit dem KT Atmosphäre werden die Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre und Pedosphäre im Verhältnis zu Wasser, C- und N-Spurengasen und anderen Stoffflüssen, Umverlagerungen sowie Abfluss-/ Quelldynamiken erforscht. Durch intensives Monitoring erhobene Daten sind sehr wertvoll für Modellierungsansätze zur Extrapolation großflächiger (Boden-) Prozesse im Ökosystem und darauf bezogener Kennzahlen, aus dem Maßstab der Intensivtestgebiete auf Landschaftsräume und die Region.

Bodenfunktionen und -prozesse werden durch experimentelle Ansätze und durch begleitende mathematische Modellierungen für verschiedene räumliche Ausdehnungen (mikro-, makromaßstäbig, Lysimeter, Feldplot) und Zeitskalen beschrieben. Hierbei ist das Ziel Stoffströme und Konzentrationen in Biogeosystemen zu kontrollieren und abzuschätzen. Die Kenntnis über die räumliche Heterogenität und das Zusammenspiel von Prozessen auf lokaler Ebene ist eine wichtige Herausforderung, um die großmaßstäbige Funktionsweise von Biogeosystemen, wie z.B. von Feldern, Bauernhöfen und Einzugsgebieten, vorherzusagen.

Das Arbeit des KT Pedosphäre konzentriert sich auf den massstäblichen Übergang zwischen Punkt/Pedon und Region. Das oberste Ziel ist die Entwicklung eines "effektiven" eindimensionalen Ansatzes, welcher das inhärente, nicht lineare Verhalten verschiedener Strömungskomponenten beinhaltet, insbesondere die Entstehung von vertikalen und bevorzugten Fließwegen und lateralen Zwischenabflüssen und dem Oberflächenabfluss. Die erforderliche Parametrierung der ungesättigten Zone beruht auf unmittelbaren strukturellen Bodeneigenschaften (im Gegensatz zum Konzept der Mehrbereichsmodelle, welches auf darauf zugeschnittenen Parametern basiert). Es liefert die zeitliche Verteilung von Verweildauer und Transportzeiträumen innerhalb der ungesättigten Zone infolge externer Niederschlagseinwirkung. Ein quantitatives Verständnis der Wasser-und Stoffströme durch terrestrische Systeme hindurch, erfordert einen hierarchischen Ansatz aufgrund seiner hierarchischen Struktur über unterschiedliche räumliche Maßstäbe hinweg. Das KT Pedosphäre wird zu folgenden Themengebieten beitragen:

  • Poolgrößen organischen Kohlenstoffs im Boden, Flussmittel, Stabilitäten und Reaktionsmöglichkeiten
  • Verwendung radioaktiv markierter Nutzpflanzenrückstände bietet eine einzigartige Möglichkeit, Verlagerungen der Kohlenstofflager und -ströme zu den großen Kohlenstoffbodenpools zu erfassen.
  • Verwendung von mit stabilen Isotopen markierten Nutzpflanzenrückständen oder Pflanzenwurzelexsudaten klärt die chemische Struktur in verschiedenen Pools auf. Darüber hinaus werden ausgefeilte respirometrische Methoden angewendet, um die Mineralisierung organischen Kohlenstoffs, der mit verschiedenen Bodenfraktionen verbunden ist (Corg-Pools), zu bestimmen.
  • Im Rahmen des Klima-Rückkopplungskonzeptes wird ein Lysimeternetzwerk etabliert (SOILCan), um Prognosen zum Klimawandel geben zu können. Lysimeter, die entlang eines Temperatur- und Niederschlagsgradienten gefüllt sind, werden in intensive Messfelder mit wärmeren und trockeneren Bedingungen als den ursprünglichen Forschungsgebieten übertragen. Die trockeneren und wärmeren Bedingungen beeinflussen den Wasserhaushalt, C-und N-Kreisläufe der Lysimeter-Bodenmonolithe sowie die Artenvielfalt.
  • Errichtung einer intensiven Überwachung des gesamten Boden-THG-Austausches an Standorten neben den Klima-und EC-Türmen zur koordinierten Beobachtung.
  • Überwachung trockener und nasser Ablagerungen an ausgewählten Messplätzen.
  • Monitoring von bodenphysikalischen Eigenschaften (Dichte, Textur, etc.).
  • Archivierung von Bodenproben der verschiedenen Intensivmessplätze.
  • Errichtung eines besonderen Konzeptes zur In-situ-Überwachung 'Vadose Zone Monitoring Systems' (VZMS) am Leipzig-Halle Obeservatorium
  • Nach geophysikalischer Erkundung und bodenkundlicher Untersuchung wird die Dynamik von Wasser, Kohlenstoff, Stickstoff und anderen Elementen sowie der Austauschprozess mit der Atmosphäre und Hydrosphäre an repräsentativen Standorten in den Observatorien (Einzugsgebieten) untersucht.
  • Screening bodenchemischer Parameter, v. a. Nährstoffe, Pestizide und Xenobiotika
  • Charakterisierung von OBS in Abhängigkeit von Landnutzungsveränderungen und der Quell-/Abflussdynamik von umweltrelevanten C-und N-Spurengasen.
  • Zusammenstellung von Boden- und der Geländebedingungen, die ihren Ursprung in der ehemaligen Landnutzungsart haben.
  • Integrierte Modellierung des THG-Umsatzes in Kombination mit Wasser-und Energieflüssen im Boden
  • Inversion und Validierung von Modellen, die Punktmessungen der THG-Eigenschaften und CO2-Flüsse verwenden

 

Mitglieder

  • Thomas Pütz (FZJ)
  • Heye Bogena (FZJ)
  • Peter Burauel (FZJ)
  • Steffen Zacharias (UFZ)
  • Hans-Jörg Vogel (UFZ)
  • Jean Carles Munch (HMGU)
  • Eckart Priesack (HMGU)
  • Hans Papen (KIT)
  • Ralf Kiese (KIT)
  • Oliver Bens (GFZ)
  • Erik Borg (DLR)
  • Thomas Raab (BTU Cottbus)
  • Jan Schwarzbauer (RWTH Aachen)
  • Jan Siemens (Universität Bonn)
  • Ute Wollschlaeger (UFZ)

 

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