Der Wasserhaushalt einer Landschaft pendelt immer häufiger zwischen den Extremen Dürre und Überflutung. Die Art der Vegetation und Landnutzung spielt für die Wasserspeicherung und -verteilung eine wichtige Rolle. Zusammen mit Kolleginnen und Kollegen aus Schottland und den USA haben Forschende vom Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) ein mathematisches Modell erarbeitet, das die komplexen Zusammenhänge zwischen Vegetation, Boden und Wasserhaushalt darstellen kann. Sie zeigen damit beispielsweise, dass in Buchenwäldern Wasser vermehrt zwischen dem Boden und der Vegetation zirkuliert und die Verdunstungsrate hoch ist, während Grasbedeckung die Grundwasserneubildung fördert.
Die Auswirkungen von Landnutzungsänderungen auf den Wasserhaushalt besser prognostizieren
Mit dem entwickelten mathematischen Modell EcH2o-iso können die Forschenden quantifizieren, wo, wie und wie lange Wasser in der Landschaft gespeichert und wieder abgegeben wird. Das Modell hilft außerdem, die Auswirkungen von Landnutzungsänderungen auf den Wasserhaushalt bei Klimaveränderungen besser zu prognostizieren. Insbesondere in dürreanfälligen Gebieten kann dieses Wissen helfen Strategien zu entwickeln, welche die Widerstandsfähigkeit der Landschaft gegen den Klimawandel erhöhen und Wasserressourcen schützen.
„Bisher wurde die Art der Vegetation vor allem unter dem Aspekt betrachtet Bodenerosion zu verhindern. Angesichts zunehmender Extremereignisse wie Dürren und Überflutungen geht es aber vermehrt darum, mit welchen Pflanzen der Rückhalt oder Verlust von Wasser in der Landschaft gesteuert werden kann“, sagt Studienleiterin Dörthe Tetzlaff, IGB-Forscherin und Professorin für Ökohydrologie an der Humboldt-Universität zu Berlin.
Bisherige Prognosemodelle erfassen die Vegetation häufig als statisches Element. So konnten die komplexen Wechselwirkungen zwischen Evapotranspiration – die Verdunstung von Wasser durch Pflanzen sowie von Boden- und Wasseroberflächen – und den physiologischen Prozessen der Pflanzen nur unzureichend erfasst werden. In dieser Studie hingegen wurden auch Langzeitdaten von direkten Vegetationsmaßen wie Biomasseproduktion und Transpiration genutzt. So verbessert sich die Verlässlichkeit der Modelle und ihre Übertragbarkeit. Im Freiland wurden die Modelle mit sogenannten konservativen Tracern überprüft. Das sind Markierungsstoffe, mit deren Hilfe Alter und Herkunft des Wassers bestimmt werden können.
In einer Region um den Stechlinsee in Norddeutschland überprüften die Forschenden das Modell mithilfe von Feldstudien. Sie verglichen dabei Landflächen mit Laubwald und mit Grasbedeckung. Die Ergebnisse der Feldstudien zeigen unter anderem, dass Grünlandnutzung die Neubildung von Grundwasser fördert. Im Buchenwald wird hingegen mehr Wasser durch Evapotranspiration an die Atmosphäre abgegeben. Die Auswirkungen sind jedoch standortspezifisch und abhängig von den jeweiligen hydrologischen, biologischen, klimatischen und geographischen Bedingungen. Mithilfe des Modells EcH2o-iso können diese Unterschiede zukünftig berücksichtigt und sowohl ortsspezifische als auch großskalige Prognosemodelle erstellt werden.