A02: Wirkungen von Boden- und Landmanagement auf den Wasserzyklus im Boden und Wassereinzugsgebiet

Im Projekt A02 wird der Einfluss des Boden- und Anbaumanagements auf den Wasserhaushalt im peri-urbanen und ländlichen Raum Bengalurus untersucht. Dazu wird das Feldexperiment der ersten Phase weiter beprobt, um langfristige Änderungen bodenphysikalischer Parameter zu erfassen. Eine räumliche und zeitliche Analyse der Bodenfeuchte und des Wasserstresses der Pflanzen wird mit den Erkenntnissen zum Ertrag aus Projekt A01 und C01 verglichen, um den Einfluss der Wasserverfügbarkeit auf das Pflanzenwachstum abzuschätzen. Die Bestimmung der Aggregatstabilität von Oberböden dient als Proxy für die Neigung der Böden zu verkrusten, wodurch die Infiltration verringert und Oberflächenabfluss erhöht wird. Dadurch soll der Einfluss des Bodenmanagements auf das Infiltrationsverhalten während der Monsoon-Periode abgeschätzt werden. Zur Beurteilung der Auswirkungen alternativer Boden- und Landmanagementoptionen auf den Wasserhaushalt auf Feld- und Einzugsgebietsebene werden aus vorhandenen Daten (Befragungen von Landwirten (Projekt B02 und C05, Phase I), Landnutzungsklassifikationen, physikalische Bodenverkrustung (dieses Projekt), Literatur) sozio-hydrologische Szenarien und Feedbacks entworfen. Die Feedbacks werden in ein agentenbasiertes Modell überführt, das mit dem hydrologischen Einzugsgebietsmodell SWAT gekoppelt wird. Das gekoppelte Einzugsgebietsmodell und ein bestehendes Modell auf Feldskala (HYDRUS) werden genutzt, um die Szenarien zu simulieren. Die Ergebnisse werden anschließend skalenübergreifend hinsichtlich der Auswirkungen verschiedener Szenarien auf den Wasserhaushalt auf Feld- und Einzugsgebietsskala diskutiert. In Phase III soll die Wasserbilanz der zur Bewässerung genutzten Teiche und Seen untersucht werden um Erkenntnisse zur Effizienz der Speicherung und der Fließwege des Wassers und enthaltener Stoffe zu gewinnen. Weiterhin soll der aquatische Stofftransport (Stickstoff, Schwermetalle, Pestizide) im ungesättigten Bodenbereich simuliert werden, um Aussagen über den Verbleib der im Bewässerungs-wasser enthaltenen Stoffe treffen zu können.

Prof. Dr. S. Peth
Bodenkunde
Universität Hannover

Prof. Dr. M. Gaßmann
Hydrologie und Stoffhaushalt
Universität Kassel

Albara Almawazreh 
Doktorand

Tejas Kulkarni 
Doktorand

Indisches Partner-Projekt:
Effects of agricultural water and nutrient management on farmers livelihoods
B.K. Ramachandrappa, University of Agricultural Sciences, Bangalore             A. Sathish, University of Agricultural Sciences, Bangalore

Auswirkung der Landnutzungsintensivierung auf Wasserkreisläufe und Wassernutzungseffizienz auf Feldebene

Wasser ist ein stark limitierender Faktor für die landwirtschaftliche Produktion im ländlich-urbanen Raum von Bangalore. Im Zuge der Urbanisierung ist dort mit einem Wandel hin zu leistungsfähigeren landwirtschaftlichen Bewirtschaftungsweisen (intensivere Bewässerung, verstärkter Düngemittel- und Pestizideinsatz) zu rechnen, der die bereits knappen Boden- und Wasserressourcen in Zukunft zunehmend belastet. Dieser Konflikt erfordert konservierende Bewirtschaftungsmaßnahmen, z.B. durch die Implementierung von effizienteren (wasser-sparenden) Bewässerungstechniken oder die Optimierung der Bodenbewirtschaftung durch Verwendung von Mulch, eine verbesserte Humuswirtschaft und erhöhte Wassernutzungseffizienz (z.B. durch Integration wasserstresstoleranter Feldfrüchte in die Fruchtfolge).

Ziel dieses Teilprojektes ist es, die Auswirkungen des landwirtschaftlichen Wandels im Zuge der Urbanisierung von Bangalore auf den Bodenwasserhaushalt zu untersuchen. Besonderes Augenmerk wird dabei auf (i) die Wasserhaltefähigkeit und Infiltrationsleistung, (ii) den wurzelwachstums-begrenzenden Feuchtebereich (least limiting water range, LLWR), (iii) Wassernutzungseffizienz (WUE) von bewässerten und unbewässerten Produktionssystemen und (iv) auf ertragsrelevante boden-physikalische Kenngrößen gelegt.

Durch eine räumlich-explizite Analyse bodenhydrologischer/–physikalischer Parameter sollen entlang einer Transekte, die einen Urbanisierungsgradienten (kurz RUI) widerspiegelt, und anhand von gemeinsamen Feldexperimenten auf der Forschungsstation der UAS/Bangalore mit unterschiedlichen Bewirtschaftungsvarianten die Auswirkungen der Urbanisierung von Bangalore auf den Bodenwasserhaushalt und die Bodenqualität untersucht werden. Dazu werden an ungestörten Bodenproben und mit Feldmessungen Wassergehalte- und Transportfunktionen, mechanische Stabilitätskenngrößen (Eindringwiderstand, Scherfestigkeit, Aggregatstabilität) zur Beurteilung der Bodenstruktur und Durchwurzelbarkeit, sowie in situ Wasser- und Wärmeflüsse durch den Aufbau eines Bodenmonitorings gemessen. Entlang des RUI wird in Zusammenarbeit mit Projektpartnern anhand ausgewählter Farmen untersucht wie sich der Bodenwasserhaushalt und der daran gekoppelte Ertrag bei verschiedenen Bewirtschaftungsvarianten (bewässert versus unbewässert kombiniert mit Monokultur versus Polykultur) in den verschiedenen Stadien der Urbanisierung bei gleichzeitiger Betrachtung der Nutzungseffizienz der eingesetzten Ressourcen entwickelt. In Verbindung mit den sozial-ökononomischen Studien an den gleichen Farmen können anhand der erhobenen Daten die Interaktionen zwischen sozialen, ökonomischen, agronomischen und ökologischen Aspekten der Urbanisierung analysiert werden. Darüberhinaus wird mit einem mehrfaktoriellen Feldversuch auf der Forschungsstation der UAS die Wassernutzungseffizienz bei einem bewässerten und unbewässerten Anbausystemen mit unterschiedlichen Stickstoffgaben untersucht. Dazu wird mit Hilfe bodenphysikalischer Kenngrößen und der in situ Monitoringdaten zum Wasser- und Wärmehaushalt ein Wasserhaushaltsmodell (HYDRUS) parametrisiert/validiert und für verschiedene Szenario-Analysen genutzt.

Poster A02 (2016)

Sybille Lehmann