Suchergebnis in den Forschungsaktivitäten der Entscheidungshilfevorhaben
| Titel: | Verfahren zur "Validierung von Pedotransferfunktionen zur Berechnung von boden-hydrologischen Parametern als Grundlage für die Ermittlung von Kennwerten des Wasserhaushaltes im Rahmen der BZE II" |
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| Beschreibung (dt.): | Im Rahmen des beantragten Forschungsauftrages sollen Pedotransferfunktionen für das Standortsspektrum der Level I- und Level II-Flächen validiert werden. Dies ist notwendig, um im Rahmen der Bodenzustandserhebung im Wald (BZE II) ein kostengünstiges Instrument zur Abschätzung bodenhydrologischer Parameter und aufbauend darauf von Wasser- und Stoffflüssen im Boden zu entwickeln. Pedotransferfunktionen sind Modelle, welche eine rechnerische Abschätzung der erforderlichen bodenphysikalischen Parameter aus Standardmessgrößen der BZE (v.a. Korngrößenverteilung, Trockenrohdichte etc.) erlauben. Die Bearbeitung des Forschungsauftrages setzt sich aus den Teilaufgaben "Auswahl von Teststandorten", "Gelände- und Laboruntersuchungen", "Modellsimulationen mit ausgewählten Pedotransferfunktionen" zusammen. Als Ergebnis der Studie soll u.a. ein konkreter Verfahrensvorschlag zur Beurteilung der Wasserhaushaltssituation der BZE II-Flächen erarbeitet werden. |
| Ergebnis (dt.): | Ergebnisse Bei unseren Testsimulationen mit dem Linearspeichermodell SIMPEL zeigten sich hinsichtlich der Bilanzkomponenten des Wasserhaushalts (Evaporation, Transpiration, Tiefensickerung) nur geringe Unterschiede zwischen den getesteten PTF. Wir empfehlen daher, den Ansatz AG Bodenkunde (2005) "Eingangsgröße Bo-denart" für die Parametrisierung von Waldböden in einfachen Wasserhaushaltsmo-dellen im Rahmen einer bundesweit einheitliche BZE II-Auswertung zu verwenden (mittlerer RMSEnFK = 7,2 Vol.%). Für Einzelauswertungen sollte die PTF Teepe et al. (2003) „Bestimmung von nFK und PWP über Korngrößenanteile und Trockenroh-dichte“, welche bei der direkten Validierung die insgesamt realistischste Abschätzung der bodenphysikalischen Kennwerte erlaubte (mittlerer RMSEnFK = 6,5 Vol.%), einge-setzt werden. SIMPEL lieferte allerdings in bestimmten Fällen (z. B. hohe Nieder-schläge, Grundwassereinfluss) bzw. für spezielle Auswertungen (z. B. pflanzenver-fügbares Bodenwasser) teilweise unplausible Ergebnisse. Die Abschätzung der ka-pillaren Aufstiegsrate ist außerdem derzeit nur nach AG Bodenkunde (2005) möglich. Dieses Verfahren birgt allerdings die Gefahr einer drastischen Fehleinschätzung der realen Aufstiegsbedingungen. Für die Bestimmung der Bilanzkomponenten ist daher der Einsatz eines prozessorientierten Wasserhaushaltmodells (z. B. Brook90) sinn-voller. Hier zeigte sich ein erheblicher Einfluss der verwendeten PTF sowohl auf die Bilanzkomponenten des Wasserhaushalts als auch auf das simulierte pflanzenver-fügbare Bodenwasser. Aufgrund der erheblichen PTF-bürtigen Streuung der Simulati-onsergebnisse mit Brook90 kann keine der untersuchten PTF als besser oder schlechter geeignet zur Bestimmung der Bilanzkomponenten und des pflanzenver-fügbaren Bodenwassers identifiziert werden. Unter Berücksichtigung der Ergebnisse der direkten Validierung wird daher bis auf weiteres empfohlen, den Ansatz AG Bo-denkunde (2005) „Eingangsgröße Bodenart“ in Verbindung mit dem Fittingprogramm RETC (van Genuchten et al. 1991) für eine bundesweit einheitliche Auswertung und die Funktion Wösten et al. (1999) „klassifiziert“ für Einzelauswertungen zur prozesso-rientierten Simulation des Wasserhaushalts von BZE-Standorten zu verwenden. Zur Beurteilung der Realitätsnähe simulierter Bilanzkomponenten des Wasser-haushalts und des simulierten pflanzenverfügbaren Bodenwassers sind aufbauend auf den Ergebnissen unserer Studie dringend weitergehende Untersuchungen (Mo-dellsimulationen) mit Hilfe von Datensätzen intensiver untersuchter Level II-Plots in Vorbereitung der BZEII-Auswertung erforderlich. |
| Ergebnis (engl.): | Results. Our investigations with the linear storage model SIMPEL have shown that there is only a small difference between the PTF regarding the components of the water balance (evaporation, transpiration, deep seepage). Thus we recommend for a country wide BZE II-evaluation to use the method by the working group AG Bo-denkunde (2005) “Parameter Soil type” to parameterize forest soils in simple water balance models (average RMSEnFK = 7,2 Vol.%). For individual evaluations, one should use the PTF by Teepe et al. (2003) “Determination of available field capacity and permanent wilting point from grain size analysis and bulk dry density“. This func-tion showed the best performance (RMSEnFK = 6,5 Vol.%) in the direct validation. In special cases (e.g., high precipitation, ground water influence), SIMPLE provided partly implausible results for particular interpretations (e.g., plant available soil water). Furthermore, the estimation of the rate of capillary suction is currently only possible with the approach of AG Bodenkunde (2005). But this function may lead to a drastic misdjudgement of the real conditions. This is why process based models (e.g., Brook90) make more sense to determine the components of the water balance. Here, a strong influence was revealed of the PTF both on the components of the water bal-ance and on the computed available soil water for plants. Because of the consider-able scattering of the Brook90 simulation results caused by PTF, none of the investi-gated approaches can be declared as superior or inferior to the other. Considering the results of the direct evaluation, we currently recommend to use the function by Wösten et al. (1999) „classified“ for single interpretations and the approach of AG Bodenkunde (2005) „variable soil type“ linked with the fitting program RETC (van Genuchten et al. 1991) in terms of integrated evaluations within the BZE II, to calcu-late the water balance at BZE-spots in a process based way. To evaluate the relative reality of simulated budget components of the water balance and the simulated plant-available soil water additional studies are ur-gently needed. These should aim at simulating the intensively observed level II-plots using their tested data sets to prepare for the final evaluation of BZE II. |
| Laufzeit: | Beginn: 01.05.2005 / Ende: 31.12.2005 |
| Ausf. Einrichtung: | Institut für Mineralogie Technische Universität Bergakademie Freiberg, Freiberg |
| Förderprogramme: | Entscheidungshilfebedarf |
| Stichpunkte: | waldbau; waldbewirtschaftung; bodenzustandserhebung; bze II; forstwirtschaft; forst; wald; wasserhaushalt; bodenschutz; verfahrensentwicklung pedotransferfunktion; kleinprojekt; , Wald- u. Forstwirtschaft |