Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2042
Main Title: Auswirkungen von Klimaveränderungen auf Bodenwasserhaushalt, Biomasseproduktion und Degradierung von Niedermooren im Spreewald
Translated Title: Effects of climate changes on the soil water balance, the biomass productivity and the dynamic of fen degradation in the Spreewald
Author(s): Lorenz, Marco
Advisor(s): Wessolek, Gerd
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät VI - Planen Bauen Umwelt
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Die Feuchtgebiete des nordostdeutschen Tieflands liegen in einer Region, die zukünftig mit hoher Wahrscheinlichkeit von zunehmender Trockenheit und Wasserverfügbarkeitsproblemen betroffen sein wird. Die Auswirkungen solcher Veränderungen auf den Bodenwasserhaushalt, die Biomasseproduktion von Grünland und die Degradierung von Niedermooren werden anhand des Spreewalds, als Beispiel eines stark anthropogen geprägten Feuchtgebiets des nordostdeutschen Tieflands, modelliert, beschrieben und regionalisiert dargestellt. Anhand eines regionalisierten A1B-Klimawandelszenarios und eines reduzierten Wasserdargebotes aus dem Einzugsgebiet, durch die Flutung der Tagebaurestlöcher der Lausitz, werden die Veränderungen bis zum Jahr 2052 betrachtet. Unter den Bedingungen der angenommenen Klimaveränderungen ist, durch den gesteigerten atmosphärischen Verdunstungsanspruch, mit einem erhöhten Wasserverbrauch der Spreewaldniederung zu rechnen. Bei hohen Grundwasserständen, hauptsächlich in der zentralen Niederung, können klimabedingte Unterschiede in der Verdunstung von bis zu 75 mm/a auftreten. Bei sehr tiefen Grundwasserständen, vornehmlich an den Randbereichen der Niederung, kommt es jedoch klimabedingt zu einer stärkeren Einschränkung der Verdunstung. Für den gesamten Spreewald ist mit einem verdunstungsbedingten Anstieg des Wasserverbrauchs von ca. 5 % zu rechnen. Die Grundwasserneubildung geht unter diesen Bedingungen gebietsbezogen um ca. 54 % zurück. Um die Grundwasserstände v.a. in den Niedermooren unter diesen Bedingungen halten zu können, ist daher ein zusätzlicher Wasserbedarf von bis zu 180 mm/a zu erwarten. Hinsichtlich der unterschiedlichen Böden ist die Bodenartenhauptgruppe der Sande am stärksten betroffen, da die Kombination von Klimaveränderung und absinkenden Grundwasserständen die größten Auswirkungen auf z.B. den kapillaren Aufstieg aus dem Grundwasser, die pflanzenverfügbare Bodenwassermenge und die Verdunstung hat. Der Trockenstress für die Vegetation nimmt, aufgrund der stärkeren Grundwasserabsenkungen, v.a. an den Randbereichen der Niederung zu. Ertragseinbussen bei Grünland sind unter den angenommenen Klimaveränderungen auf ca. 27 % der Grünlandflächen zu erwarten. Ertragssteigerungen auf ca. 5 %. Im Mittel über die gesamte Grünlandfläche geht die Biomasseproduktion bis 2052 unter den Bedingungen des Klimawandelszenarios um ca. 5 % zurück. Der durch Klima- und Grundwasserstandsänderungen beeinflusste Bodenwasserhaushalt wirkt sich auch auf die Mineralisierung der Torfe (Torfschwund) und damit auf die Degradierung der Niedermoore aus. Ein Maß für den Torfschwund ist die Freisetzung von CO2 aus dem Torfkörper bei der mikrobiellen Umsetzung. In Abhängigkeit der Klimabedingungen und des Grundwasserstands wurden Werte zwischen 1600 - 4100 kg CO2-C/ha a ermittelt. Der Torfschwund ist bei Betrachtung der gesamten Torffläche des Spreewalds am Ende des Klimawandelszenarios um ca. 20 % höher als im Szenario ohne Klimaänderung und bewegt sich je nach Lage im Gebiet zwischen 0 - 25 cm. Durch Maßnahmen des Wassermanagements mit der Zielstellung eines verstärkten Moorschutzes kann der Torfschwund gebietsbezogen um bis zu 5 % abgemildert werden. Hierdurch steigen jedoch auch die Gebietsverdunstung und damit der Wasserverbrauch im Vergleich zum Szenario ohne Klimaänderung und ohne Moorschutz um ca. 6 % an. Unter veränderten Klimabedingungen und Wasserverfügbarkeitsproblemen im Spreewald ist in Zukunft von einer zunehmenden Degradierung der Niedermoore auszugehen, die zu veränderten Bodeneigenschaften führen kann. Zum einen durch veränderte Eigenschaften des Torfes selbst und zum anderen, wenn die Eigenschaften der unterlagernden sandigen und lehmigen Substrate stärker in den Vordergrund treten. Hierdurch ändern sich v.a die hydraulischen Eigenschaften und das Wasserspeichervermögen der Niedermoorböden und damit auch der gesamte Wasserhaushalt. Die Ergebnisse lassen eine Einschätzung der Auswirkungen zukünftiger Klimaveränderungen und der sich ergebenden Entwicklungsmöglichkeiten des Feuchtgebietes Spreewald zu. Hierdurch wird es möglich, wasserwirtschaftliche und naturschutzfachliche Maßnahmen auf ihre zukünftigen Auswirkungen, auch unter veränderten Klimabedingungen, zu untersuchen und die Folgen zu bewerten. Mögliche Maßnahmen zur Stabilisierung des Wasserhaushalts im Spreewald werden dargestellt. Der Vergleich mit anderen Untersuchungen von Feuchtgebieten im nordostdeutschen Tiefland zeigt zum einen, dass das in dieser Arbeit verwendete Konzept zu vergleichbaren und plausiblen Aussagen kommt und zum anderen, dass Klimaveränderungen in Kombination mit Wasserverfügbarkeitsproblemen großen Einfluss auf die Feuchtgebiete des nordostdeutschen Tieflands haben können. Daher ist es notwendig, in Abhängigkeit der Bedingungen und Möglichkeiten des jeweiligen Gebiets, geeignete Strategien zum Erhalt dieser Landschaftselemente zu entwickeln.
Against the background of global climate change this work was engaged in the question of the regional impact of a changing climate and the water availability on the soil water balance, the productivity of grassland and the dynamic of fen degradation in the Spreewald. The Spreewald is an anthropogenic influenced fen area in the northeast of Germany. For climate change conditions a regionalised A1B climate scenario was used. In addition the current program of flooding the former open-pit lignite mines in the river catchment influences the water availability in the wetland. The impacts of both factors were considered until the year 2052. Under climate change conditions an increasing water demand of the Spreewald region can be assumed. The evaporation rises up to 75 mm/y mainly at the centre of the wetland at high groundwater levels. In the outer margins of the wetland at lower groundwater levels the climatic influence is less and leads to a limitation of evaporation. Under the assumed conditions the water demand of the Spreewald region by evaporation increases by approx. 5 %. The groundwater recharge declines by approx. 54 %. In order to maintain groundwater levels under altered climate an additional amount of water up to 180 mm/y will be necessary. The soil class of sand is highly vulnerable, because the combination of climate changes and falling groundwater levels has a high impact on capillary rise, crop available water and evaporation. Under climate change conditions the drought stress for vegetation increases, mainly at the outer margins of the wetland with declining groundwater levels. A reduction of the productivity of grassland can be assumed at approx. 27 % of the grassland area. Increasing productivity is mainly limited to the centre of the wetland, at approx. 5 % of the grassland. For the whole Spreewald region the grassland productivity declines by approx. 5 % under climate change conditions until the year 2052. Furthermore these changes in climate and water availability have considerable effects on the mineralization of peat soils and the dynamic of fen degradation. The CO2 release of peat soils can be used to characterise the peat mineralization by microbial activity. In dependence on climate conditions and groundwater levels CO2-C release rates of 1600 - 4100 kg CO2-C/ha y were determined. The resulting peat loss ranges between 0 - 25 cm, depending on the location within the wetland basin. In comparison with the reference scenario without climate change the peat loss for the whole Spreewald area is about 20 % higher under climate change conditions. Measures of water management for fen conservation can reduce the peat loss up to 5 %. On the other hand these measures lead to an increase in evaporation and water demand of the wetland by 6 %, compared with the reference scenario without fen conservation. Under climate change conditions and reduced water availability an increasing degradation of fens can be assumed. With ongoing degradation the soil properties of peat soils changes as well. Additionally the properties of underlying sandy or loamy substrates can dominate the soil hydraulic conditions, the water storage capacity of soil and in conclusion the soil water balance of fens. With the results of this work an estimation of the impacts of future climate changes and the resulting developments on the Spreewald wetland is possible. Measures of water management and nature conservancy and their future impacts can be determined. Measures to stabilise the water budget of the Spreewald in future were discussed. The comparison with other examinations of wetlands and fen areas in northeast Germany show that the concept of this work leads to comparable and plausible results. In conclusion a changing climate in combination with water availability problems have a high impact on wetland and fen areas in the northeast of Germany. The vulnerability depends on the conditions of the recent area. Therefore the development of appropriate and adjusted strategies for conserving of landscapes including wetland and fen areas is of high importance. To this the results of the work can make a contribution.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-20980
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2339
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2042
Exam Date: 23-Jun-2008
Issue Date: 16-Dec-2008
Date Available: 16-Dec-2008
DDC Class: 500 Naturwissenschaften und Mathematik
Subject(s): Bodenwasserhaushalt
CO2 Freisetzung
Grünlandertrag auf Niedermoor
Klimawandel
Niedermoordegradierung
Climate change
CO2 release
Fen degradation
Productivity of grassland
Soil water balance
Usage rights: Terms of German Copyright Law
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