Projekte in den Förderprogrammen des BMEL, betreut durch den Projektträger BLE (PT BLE)
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| Titel: | 'Impact of effluent irrigation on soil water dynamics and sustainable land use: Synergistic effects of altered soil structure and wettability' |
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| Titel (englisch): | 'Impact of effluent irrigation on soil water dynamics and sustainable land use: Synergistic effects of altered soil structure and wettability' |
| Beschreibung (dt.): | Die Arbeit soll klären, welchen Einfluss die Beregnung von Abwässern auf die hydraulischen Eigenschaften der Böden und damit auf ihr Wasserhaltevermögen hat. Die Untersuchungen werden an bereits existierenden Beregnungsversuchen in Israel durchgeführt. Beim Israelischen Partner werden die Veränderungen der Benetzungseigenschaften der Böden als Konsequenz der Abwasserberegnung untersucht, sowie die daraus folgende Instabilität von Infiltrationsfronten nach Beregnung oder Niederschlagsereignissen. Parallel dazu werden am UFZ die biologisch induzierten Veränderungen der Bodenstruktur mit Methoden der Röntgen-Mikrotomographie analysiert, sowie deren Einfluss auf die hydraulische Leitfähigkeit entlang des Bodenprofils. Damit werden die beiden für den Bodenwasserhaushalt wichtigen Wirkungspfade der Abwasserberegnung untersucht, was schließlich zu einer besseren Beurteilung der Abwasserberegnung für einen nachhaltige Landnutzung führen soll. |
| Beschreibung (engl.): | The usage of treated wastewater for agricultural irrigation has become most attractive for areas afflicted by water scarcity due to its year-round availability, the conservation of potable water, and recycling of nutrients. It has been observed that its higher loads of salts, sodium, organic matter, and suspended solids can have critical impacts on physical, chemical, and biological soil properties. However, little is known on the long-term ef-fects on soil structure and soil water dynamics. The usage of reclaimed water may affect the soil pore network and the wettability of mineral surfaces and hence promotes flow instabilities and changes in hydraulic properties. These changes might influence the plant availability of water and nutrients, promote leaching of water and dissolved chemicals below the active root zone, and induce water loss by surface run-off. In this study, the long-term effects of irrigation with treated wastewater on soil structure, wettability, and soil hydraulic properties were jointly analysed to evaluate the sustainability of waste water irrigation. In partic-ular, the stability of infiltration fronts, water retention, and unsaturated hydraulic conductivity were measured and contrasted with changes in physicochemical and structural soil properties. |
| Ergebnis (dt.): | Es konnte gezeigt werden, dass die Langzeitbewässerung mit behandeltem Abwasser die Bodenstruktur und die hydraulischen Eigenschaften des Bodens beeinflusste. Die Ausprägung war jedoch abhängig von der Bodentextur. Durch einen neu entwickelten Ansatz zur Erfassung von Veränderungen des Wassergehalts in ungestörten Bodenkernen konnte das räumliche Muster von Infiltrationsfronten quantifiziert werden. Die Stabilität der Infiltrationsfronten war abhängig von der Historie der Abwasserbewässerung am Standort und dem Anfangswassergehalt. Die enthaltenen organischen Substanzen haben die Benetzungseigenschaften der Böden erheblich verändert. Anhand der festgestellten Unterschiede in der Texturzusammensetzung, den physikalisch-chemischen Bodenparametern und den hydraulischen Eigenschaften konnten Veränderungen im Porenraum erklärt werden. Die Bewässerung unterstützte die Entwicklung eines verbundenen Makroporen-Netzwerkes, jedoch auf Kosten von Tonverlust, geringerer Wasserretention und verminderter ungesättigter hydraulischer Leitfähigkeit. In der Gesamtbetrachtung war der untersuchte sandig tonige Lehm wesentlich widerstandsfähiger gegenüber Bodenveränderungen als der lehmige Sand. |
| Ergebnis (engl.): | This study provided experimental evidence that long-term irrigation with treated wastewater affected soil structure and soil hydraulic properties of two common soils in Israel, but its severity was dependent on soil tex-ture. By using a newly developed approach to detect changes in water content in undisturbed soil cores, it was possible to quantify the spatial pattern of infiltration fronts without any damage to the sample. The sta-bility of infiltration fronts was dependent on the history of wastewater irrigation at the site and the initial water content. Organic substances con-tained in the irrigation water significantly changed the wettabilities of the soils. Changes in the pore space could be explained by differences in tex-ture composition, soil physicochemical parameters, and hydraulic proper-ties. The structure analysis showed that irrigation supported the devel-opment of a connected macro-pore network, but for the expense of clay loss, reduced water retention, and diminished unsaturated hydraulic con-ductivity. Overall, the investigated sandy clay loam was much more re-sistant to soil alteration by treated wastewater irrigation than the loamy sand. |
| Laufzeit: | Beginn: 01.11.2014 / Ende: 28.02.2018 |
| Ausf. Einrichtung: | Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ - Department Bodenphysik, Halle (Saale) |
| Themenfelder: | Welternährung, global food security |
| Förderprogramme: | Internationale Forschungskooperationen |
| Schlagworte: | Ursache-Wirkungs-Beziehung, cause and effect-relationship, Boden (Bodenschutz, Bodenfruchtbarkeit, Bodenbearbeitung, Bodengesundheit), soil (soil conservation, soil fertility, soil cultivation, soil health), Wasser (Wasserschutz, Wasserhaushalt), water (water protection, water supply system), Bewässerung, irrigation |
| Zielland: | Israel |
| Förderkennzeichen: | 2813IL04 |
| Dokument zum Download: | 2019_leuther_et al.pdf (6,7 MB) 2018_leuther_et al.pdf (2,8 MB) 2017_weller_et al.pdf (1,6 MB) |
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