Fakultätsbericht 2016-2017

Abb. 1. Vertikale Profile der Wurzellängendichte (braun) und Wurzelwasseraufnahme (blau) (jeweils in %) für Gras- landökosysteme mit geringer Artenvielfalt (4 Arten, n=6) und höherer Artenvielfalt (16 Arten, n=6). In den diversen Ökosystemen weicht die Wurzelaktivität (für Wasseraufnahme) deutlich von der Wurzeldichte ab. Grafik aus [1]. Abb. 2. Kronenstrukur (LiDAR-Messung, Kooperation Max-Planck-Institut für Biogeochemie), interpolierte Muster des abtropfenden Niederschlags und resul- tierende Bodenwassergehalte, aufgenommen im Intensivmessfeld des SFB AquaDiva in einem Buchen- mischwald im Hainich (Deutschland). Die Messungen stammen vom 15. Juli 2015. Bild: Anke Hildebrandt, Marcus Guderle, Johanna Metzger, Janett Filipzik. Kurzschlussflüsse oder präferentielle Fließpfade spielen eine überragende Rolle in der Abflussbil- dung sowie für Grundwasseraufenthaltszeiten und -qualität. Im Rahmen des Sonderforschungs- bereiches „AquaDiva“ untersuchen wir deshalb, wie sich die Umverteilung von Niederschlag in Pflanzenkronen und die Wurzelaktivität auf Mus- ter der Bodenwasser- und Stoffflüsse in der Wur- zelzone auswirken. Hierfür installierten wir ein Intensivmessfeld, in dem diese ökohydrologischen Prozesse in hoher zeitlicher und räumlicher Auf- lösung und mit einem geeigneten statistischen Design erfasst werden. Die Daten zeigen, dass nicht nur die Umverteilung des Niederschlags- wassers in den Pflanzenkronen zeitlich stabile Infiltrationsmuster erzeugt, sondern zum ersten Mal auch, dass Bodeneigenschaften systema- tisch durch Pflanzen beeinflusst werden. Dies legt eine Trennung der schnellen und langsamen Abflusskomponenten bereits im Kronenraum nahe, welche sich im Boden fortsetzt, und in bei- den Fällen durch Vegetationsstruktur wesentlich geprägt wird. Diese Ergebnisse erklären einen wichtigen Teil der beobachteten Varianz in Bo- denfeuchtemustern, welche bisher als Resultat eines rein zufälligen Prozesses betrachtet wur- de. Im nächsten Schritt untersuchen wir, welchen Einfluss diese Trennung der Abflusskomponen- ten auf den Kurzschlussfluss von Stickstoff aus den Baumkronen in den tieferen Untergrund hat. Stickstoffausträge werden häufig auch aus FORSCHUNG — 131 Musterbildung — Einfluss der Vegetation auf Organisation der Bodenwasserflüsse Waldgebieten beobachtet, die eigentlich stick- stofflimitiert sind. Kurzschlussflüsse könnten erklären, wie atmosphärische Deposition an der Wurzelzone vorbei in das Grundwasser gelangt. [3] Metzger, J., Dalla Valle, N., Wutzler, T. et al. (2017): Tracing spatial variation of canopy water fluxes to the soil with high resolution data. Hydrological Processes, doi: 10.1002/hyp.11274. [4] Zimmermann, A., Voss, S., Metzger, J.C., Hildebrandt, A., Zimmer- mann, B. (2016): Capturing heterogeneity: The role of a study area's extent for estimating mean throughfall. Journal of Hydrology, doi: 10.1016/j.jhydrol.2016.09.047.