In perioden met weinig neerslag, waar en hoe wordt het beperkt beschikbare water verdeeld, en welke mogelijkheden zijn er om de retentie in bodem en landschap te verbeteren? Dörthe Tetzlaff en haar team van het Leibniz-Instituut voor Zoetwaterecologie en Binnenvisserij (IGB) hebben ontdekt dat vegetatie hier een grote invloed op heeft. De onderzoekers onderzoeken de opslag, distributie en kwaliteit van het water in het landschap. Aan de hand van het voorbeeld van de droogtegevoelige Demnitzer Mühlenfließ in Brandenburg, een deelstroomgebied van de Spree, ze kwantificeerden zichtbare en onzichtbare waterstromen tijdens en kort na de droogte van 2018.

De jaarlijkse neerslag in Brandenburg is 560 liter per vierkante meter. Dit maakt Brandenburg een regio met de minste regenval in Duitsland. In 2018 was er 390 liter water per vierkante meter, dat is ongeveer 40 procent minder neerslag dan normaal.

Zelfs onder "normale" klimatologische omstandigheden, ongeveer 90 procent van de neerslag komt terug in de atmosfeer en stroomt niet naar het grondwater of rivieren. Grondwaterstanden in het gebied van vandaag laten zien dat de gedaalde waterstanden als gevolg van neerslagtekorten uit 2018 tussen de groeiseizoenen niet in normale omstandigheden konden worden hersteld.

Landgebruik cruciaal voor waterbeheer

Dörthe Tetzlaff is onderzoeker aan de IGB en hoogleraar Ecohydrologie aan de Humboldt Universiteit van Berlijn. Zij en haar team onderzochten hoe het proces van verdamping en grondwateraanvulling verschilt bij verschillende bodems en landgebruiken.

"Vanwege de huidige klimaatcrisis met toenemende droogtes, we moeten weten hoeveel water verschillende planten gebruiken. Als onderzoekers, we vragen ons af:kunnen we duurzaam landgebruik toepassen om het waterverbruik te beheersen en hele landschappen weerbaarder te maken tegen klimaatextremen? Deze bevindingen vormen de basis om te voldoen aan de vraag naar voedselproductie en watervoorziening, ", zegt Dörthe Tetzlaff, die haar motivatie voor haar onderzoeksonderwerp uitlegt.

Bosgrond droger dan grasland

In de Demnitzer Mühlenfließ, het team onderzocht twee locaties met landgebruik dat typisch is voor de regio:een gemengd bosgebied met zandgronden en een diepe wortelzone; en grasland met leembodems en een ondiepere wortelzone. De bosgrond was veel droger, dat komt door de eigenschappen van bodem en planten.

Bijvoorbeeld, tijdens de droogte, de bovenste meter van de zandgrond in het bos bevatte slechts 37 liter per m ² , en onder grasland was er maar liefst 146 liter water per m ² . De boomtoppen/het bladerdak van het bos schermden een deel van de regen af ​​die direct uit de bladeren verdampte en nooit de grond bereikte. Bovendien, de zandige bosbodem zorgde voor een snellere waterstroom door de bodem en verminderde waterberging. Neerslag drong dieper door in de grond, maar werd tijdens het groeiseizoen weer opgenomen door de bomen voordat het het grondwater bereikte.

Onder het grasland, het water vulde het grondwater continu aan. De bodem zou meer water kunnen opslaan. Omdat de planten alleen water uit de bovengrond halen, dit leidde tot "ouder" grondwater.

"We hebben kunnen laten zien hoe slecht de landschappen in Brandenburg neerslag opvangen, droogteresistentie te beperken. Het type bos dat we onderzochten is typerend voor de Noord-Europese vlakte. Het was triest om te zien dat zelfs een natuurlijk gemengd bos enorm lijdt onder droogte. Voor economisch gebruikte bossen die worden gedomineerd door naaldbomen, de situatie is nog erger. In feite, de coniferensterfte in Brandenburg is nu duidelijk, " zegt Lukas Kleine, promovendus in het team van Tetzlaff.

"Water planten" - Hoe de landbouw kan profiteren van de onderzoeksresultaten

De onderzoekers werken samen met de land- en bosbouwsector om hun onderzoeksresultaten in de praktijk te brengen. Een van hun belangrijkste partners is Benedikt Bösel, eigenaar van Gut &Bösel. Het landbouwbedrijf Gut &Bösel test en ontwikkelt multifunctionele landgebruiksconcepten van regeneratieve land- en bosbouw en bevestigt de observaties van de IGB-onderzoekers:"De regeneratie van onze bodems en bodemgezondheid is de grootste en belangrijkste taak van onze generatie. Hiervoor hebben wij hebben innovatieve oplossingen nodig in de land- en bosbouw om de oorzaken van onze problemen te bestrijden in plaats van alleen de symptomen te genezen. Alleen op deze manier kunnen we handelen in overeenstemming met de complexiteit van de ecosystemen. We proberen deze oplossingen te ontwikkelen op basis van de bevindingen van Prof Het team van Tetzlaff, onder andere".

"We zien dat na de verdere droge seizoenen in 2019 en tot nu toe in 2020, de grondwaterstanden zullen blijven dalen. Door de geringe regenval in de wintermaanden heeft de vegetatie zich nog steeds niet kunnen herstellen. Helaas zijn we verre van 'normale' omstandigheden. Om de ecosystemen van Brandenburg beter bestand te maken tegen droogtes en andere klimaatveranderingen, Er moeten maatregelen worden genomen die de grondwateraanvulling bevorderen en bodems creëren die meer water kunnen opslaan. Onze resultaten onderstrepen de centrale rol van vegetatie in de ontwikkeling van dergelijke strategieën, ", zegt Dörthe Tetzlaff.

Water in het landschap:blauw en groen water

Onderzoekers maken onderscheid tussen het zogenaamde blauwe water, die meren vult, rivieren en aquifers en is direct beschikbaar voor watervoorziening; en het groene water, die direct wordt beïnvloed door vegetatie en wordt teruggegeven aan de atmosfeer door verdamping en transpiratie na opname door planten. Dörthe Tetzlaff en haar team onderzoeken de interacties tussen blauwe en groene waterstromen. Ze analyseren wat er in de kritieke zone gebeurt en welke invloed vegetatie heeft op het algehele waterregime.

De kritieke zone - de dunne, dynamische en levensondersteunende huid van de aarde

De laag aarde die zich tussen het bladerdak uitstrekt, de bodem en het grondwater wordt de kritische zone genoemd. Lange tijd was het een 'black box'; vooral, de rol van planten in de waterverdeling is verwaarloosd, omdat de wetenschap zich heeft gericht op de blauwe waterfluxen.'

In dit onderzoek, de onderzoekers onderzochten de waterfluxen in de kritische zone met stabiele isotopen in het water. Stabiele isotopen in water kunnen worden gebruikt als "markers" om stroompaden te bepalen, leeftijd en herkomst van water. Voor een uitgebreid begrip, niet alleen de absolute hoeveelheden van de waterstromen in het landschap zijn belangrijk, maar ook hoe lang het water ter plaatse wordt opgeslagen en welke stroompaden daarvoor nodig zijn. Wanneer deze informatie wordt geïntegreerd met gegevens over vegetatiedynamiek, modellering op basis van tracers kan enkele van de belangrijkste processen in het ecohydrologische systeem aan het licht brengen, zoals waar en met welke snelheid planten water uit de bodem halen.