Jahresbericht 2018-2019

Vor allem Kurzschlussflüsse oder präferentielle Fließpfade spielen eine überragende Rolle in der Abflussbildung sowie für Grundwasseraufent- haltszeiten und -qualität. Diese Prozesse sind im Untergrund allerdings sehr schwer zu beobach- ten. Ursache und Wirkung sind daher noch weit- gehend unbekannt. Im Rahmen des Sonderfor- schungsbereiches „AquaDiva“ untersuchen wir deshalb, wie sich die Umverteilung von Nieder- schlag in Pflanzenkronen und die Wurzelaktivität auf Muster der Bodenwasser- und Stoffflüsse in der Wurzelzone auswirken. Hierfür installierten wir ein Intensivmessfeld, in welchem diese ökohydrologischen Prozesse in extrem hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung und in geeig- netem geostatistischem Design erfasst werden (Abb. 1). Mit unseren Messungen belegen wir, dass die räumliche Organisation der Wasserflüs- se unterhalb der Wurzelzone bereits oberirdisch im Kronenraum ihren Ursprung hat. Langfristig tragen diese Messungen dazu bei, den Einfluss der Vegetation auf unterirdische Prozesse aus Beobachtungen der oberirdischen Ökosystem- eigenschaften abzuleiten. [1] Metzger, J., J. Schuhmacher, M. Lange, A. Hildebrandt (2019): Neighborhood and stand structure affect stemflow generation in a heterogenous deciduous temperate forest. Hydrology and Earth System Sciences, doi: 10.5194/hess-23-4433-2019 Abb. 2. Blick auf die Plots des Jena Experiments in der Jenaer Saaleaue aus der Vogelperspektive im Sommer 2006. Foto: Winfried Voigt. Intensive Landwirtschaft stellt eine Belastung für das Bodensystem dar. Durch die regelmäßige Bodenbearbeitung und Entfernung der ober- irdischen Biomasse sind Ackerböden verdichtet und arm an organischem Kohlenstoff. Dies hat Auswirkungen auf weitere Bodeneigenschaften, wie zum Beispiel die Infiltrationskapazität und Wasserspeicherkapazität des Bodens. Wenn Flächen aufgegeben werden, erholen sich diese Bodeneigenschaften nur langsam. Im Rahmen des Jena Experiments, einem langjährigen Bio- diversitätsexperiment (Abb. 2), zeigten wir, dass eine Nachfolgebewirtschaftung mit diverseren Grasländern neben zahlreichen positiven Fakto- ren auch die Bodeneigenschaften und Boden- feuchte positiv beeinflusst. In diverseren Gras- ländern wird der Bodenkohlenstoff schneller er- höht und hierdurch die Bodenaggregierung und Tiefenversickerung gefördert. Die gleichzeitig tiefere Durchwurzelung in Grasländern mit gro- ßer Artenvielfalt erlaubte so im Laufe der Jahre eine zunehmend effizientere und tiefere Was- seraufnahme. Dies hatte einen deutlichen Ein- fluss auf die Bodenwasserflüsse und -speicher. FORSCHUNG — 119 Ökosystemstruktur — Bodenerholung nach landwirtschaftlicher Nutzung Musterbildung — Einfluss der Vegetation auf Organisation der Bodenwasserflüsse Unsere Ergebnisse zeigen, dass sich oberirdische Pflanzenvielfalt nach relativ kurzer Zeit in tiefe Bodenbereiche auswirkt, die weit unter der Haupt- wurzelzone liegen können. [2] Fischer, C., Leimer, S., Roscher. C., Ravenek, J., de Kroon, H., Kreut- ziger, Y., Baade, J., Beßler, H., Eisenhauer, N., Weigelt, A., Mommer, L., Lange, M., Gleixner, G., Wilcke, W., Schröder, B., A. Hildebrandt (2019): Plant species richness and functional groups have different effects on soil water content in a decade-long grassland experiment. Journal of Ecology, doi: 10.1111/1365-2745.13046. [3] Lange, M., E. Koller-France, A. Hildebrandt, Y. Oelmann, W. Wilcke, G.,Gleixner (2019): How plant diversity impacts the coupled water, nutrient and carbon cycles. Advances in Ecological Research, doi: 10.1016/bs.aecr.2019.06.005.