Fakultätsbericht 2016-2017

Arbeitsgruppe Terrestrische Ökohydrologie Dr. Anke Hildebrandt Juniorprofessorin bis 3/16 Forschungsschwerpunkte  Kopplung: Wir untersuchen, wie Wasserflüsse zwischen Atmosphäre und Boden durch Pflanzen ver- stärkt oder abgeschwächt werden und wie dies Stoffeinträge in tiefere Schichten beeinflusst.  Musterbildung: Interaktion des Niederschlages mit Pflanzenkronen erzeugt Hotspots der Infiltration und der Bewuchs verändert gleichzeitig die Bodenleitfähigkeit und -speicher. Wir untersuchen, inwie- weit solche strukturierenden Prozesse zur Vernetzung von Fließpfaden und Musterbildung beitragen.  Grenzen biotischer Einflüsse: Wir untersuchen, wann die Interaktion zwischen Ökosystemen und abiotischer Umwelt von abiotischen bzw. biotischen Prozessen dominiert wird. Langfristig sollen hierdurch Vorhersagemodelle verbessert werden, ohne sie komplexer zu gestalten.  Hypothesengetriebene öko-hydrologische Forschung: Wir arbeiten in Freilandlaboratorien und unter- suchen Prozesse entlang von natürlichen Gradienten. Dies ermöglicht hypothesengetriebene For- schung in der natürlichen Umgebung. 130 — FORSCHUNG Der Wasseraustausch an der kritischen Grenze zwischen Atmosphäre und Geosphäre wird ent- scheidend durch terrestrische Vegetation beein- flusst. Diese gestaltet wesentlich, wie viel Nieder- schlag in schnelle und langsame Abflusskompo- nenten aufgeteilt wird, die Tiefenversickerung und den damit verbundenen Stofftransport sowie die Erosion und Verwitterung. Weiterhin bildet die Vegetation eine „Pumpe“ im Wasserkreislauf und Philosophie Pflanzen sind sehr anpassungsfähig hinsichtlich ihrer Wassernutzung. Gerade die Bodenwasser- flüsse sind ein Resultat einer starken Kopplung zwischen ökologischen und physikalischen Pro- zessen. Gleichzeitig sind zahlreiche Regulierungs- mechanismen von Pflanzen bekannt, die den Was- serverlust steuern. Diese Interaktionen werden selbst in komplexen Prozessmodellen nur unzu- reichend dargestellt und häufig sind Vorhersagen zu resultierenden Bodenwasserflüssen, Grundwas- serneubildung und Verdunstung unzuverlässig. Wir entwickeln Methoden, mit denen wir untersu- chen, welche Prozesse den Wasserfluss zwischen Boden und Atmosphäre hauptsächlich limitieren und ob diese innerhalb oder außerhalb der Vegeta- tion liegen. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Wasseraufnahme v.a. durch abiotische Prozesse begrenzt wird, nämlich die bodenhydraulischen Eigenschaften, d.h. der Fähigkeit des Bodens, Wasser zu speichern und abzugeben. Für diese Methodenentwicklung haben wir den Jim-Dooge- Preis 2016 erhalten. Zusätzliche Beobachtungen in kontrollierten Experimenten belegen die Model- lierungsergebnisse, in dem sie zeigen, dass die Wurzelwasseraufnahmetiefe kaum an die Wurzel- verteilung gekoppelt ist und somit v.a. von der Wasserverfügbarkeit im Boden und nicht der Wur- zeldichte bestimmt wird (Abb. 1). Die Ergebnisse werden dazu beitragen, die Komplexität von Mo- dellen des gekoppelten Systems zu verringern. [1] Guderle, M., Bachmann, D., Milcu A. et al. (2018): Dynamic niche parti- tioning in root water uptake facilitates efficient water use in more diverse plant communities. Functional Ecology, doi: 10.1111/1365-2435.12948. [2] Hildebrandt, A., Kleidon, A., Bechmann, M. (2016): Thermodynamics of root water uptake. Hydrology and Earth System Sciences, doi: 10.5194/ hess-20-3441-2016. Werden Bodenwasserflüsse durch biotische oder abiotische Prozesse reguliert? beeinflusst dadurch Oberflächentemperaturen, Bodenwassergehalte und die Eigenschaften der unteren Atmosphäre. Die AG Ökohydrologie be- fasst sich mit dem Einfluss der Vegetation auf Wasserflüsse zwischen Atmosphäre und Boden, sowie deren Einfluss auf Vernetzung von Fließ- pfaden in der sogenannten „kritischen Zone“ — dem äußersten Bereich der Geosphäre, in dem das Leben ansässig ist.