Hydrologische & hydrochemische Charakterisierung von Mooren von der Feldskala zur Entwicklung von Regionalisierungsansätzen AK-Moorteam

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1 Hydrologische & hydrochemische Charakterisierung von Mooren von der Feldskala zur Entwicklung von Regionalisierungsansätzen AK-Moorteam Michel Bechtold, Susanne Belting, Rene Dechow, Enrico Frahm, Stefan Frank, Annette Freibauer, Sören Gebbert, Maik Hunziger, Andreas Laggner, Dirk Lempio, Katharina Leiber, Bärbel Tiemeyer, Carolina Voigt

2 Hintergrund & Ziele 3,4 % Gg CO 2 -Eq % 4,9 % 1,3 % 2,7 % Mineralböden Moore Biomasse Tierhaltung Gg CO 2 -Eq. Gedränte Moore: Hauptquelle von THG in der deutschen Emissionsberichterstattung 40 % der Emissionen aus Landwirtschaft und Landnutzung auf ca. 8 % der Fläche! D ist angehalten, die Berichterstattung im Bereich organischer Böden zu verbessern: Emissionsfaktoren Aktivitätsdaten Regionalisierungsverfahren AFOLU Lösungsmittel Abfall Industrielle Prozesse Energie Projekt Organische Böden Quelle: vti/ak im NIR 2009 (UBA, 2009)

3 Projektstandorte TG1 Ahlenmoor (HRO) TG3 Peenetal (ZALF) TG8 Dummerstorf (HRO) TG7 Leegmoor (LBEG) TG2 Dümmer (LBEG) TG9 Großes Moor (vti) TG4 Paulinenaue (ZALF) TG10 Spreewald (ZALF) Hochmoor Niedermoor Marschböden Böden der breiten Flusstäler, Terassenflächen & Niederungen Kartengrundlage: BÜK 1000 (BGR) TG11 Rheintal (UHO) TG5 Freisinger Moos (TUM) TG6 Mooseurach (TUM) Photos: B. Tiemeyer

4 TG 9: Großes Moor durch Torfabbau und Bodenbearbeitung stark anthropogen überprägtes ehemaliges Hochmoor aktuelle Nutzung: extensives Grünland Quantifizierung der Auswirkungen kleinräumiger C org - und Grundwasserstandsgradienten auf THG und DOC-Flüsse Test Automatikhauben C org feucht Site 4 Site 6 trocken Site 5 Site 1 Site 3 Site 2

5 Messvarianten Großes Moor Site 4 hoher C-Gehalt feucht Sphagnen Site 5 mittlerer C-Gehalt trocken Sphagnen Site 6 mittlerer C-Gehalt feucht Sphagnen Site 1 mittlerer C-Gehalt trocken Site 2 niedriger C-Gehalt, trocken Site 3 niedriger C-Gehalt, feucht

6 TG 1: Ahlenmoor wurzelechtes Hochmoor Torfmächtigkeiten > 3 m teilweise abgetorft & wiedervernässt Naturnahe Flächen P = 919 mm T = 9,5 C Intensives und extensives Grünland

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8 Einfluss des Wasserstands 5-10 cm cm cm 5-10 cm < 0 cm Natürlich Leichte Dränage oder Trockenheit Starke Dränage Renaturierung durch Anstau Renaturierung durch Überstau Drösler et al. (2008)

9 Einordnung ins Gesamtprojekt THG-Messungen Großes Moor THG- Messungen TGs THG Modellierung Verdunstungsmodellierung Waldwachstum Karte organischer Böden GW-Messnetz Testgebiete hydrologische Modellierung Testgebiete großskalige hydrologische Modellierung THG aus Mooren D Handlungsempfehlungen Monitoringempfehlungen Laborversuche Wasser- und Stoffhaushalt Messnetz ETa gelöste Stoffe Feldskala gelöste Stoffe großskalig Datensammlung Wiedervernässungsprojekte Projektpartner Projektpartner & vti/ak vti/ak

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11 Messnetz(e) Testgebiete TG 1 TG 2 TG 3 TG 4 TG 5 TG 6 TG 7 TG 8 TG 9 TG10 TG11 Niederschlag (mm) T mittel ( C) 9,5 9,4 8,5 9,2 8,1 8,5 9,5 8,3 8,5 9,3 10,9 - GHG-Sites Moorpegel OF-Gewässer tiefe(re)s GW Pegel anderer Messnetze - ja - ja ja ja ja ja ja nein nein > 100 Verdunstung nein nein ja nein nein ja nein nein (ja) ja nein 4 TG DOC ja nein nein (ja) nein nein nein nein ja nein nein 2 TG

12 Beispiel: Messnetz Ahlenmoor

13 Datenbank zu Renaturierungsprojekten Deutschlandweite Sammlung von Daten zu Moorrenaturierungsprojekten Lokalisierung von Projekten Daten zur Kalibrierung und Plausibilitätsprüfung von Skalierungsansätzen Aufbau und Auswertung einer Datenbank zu Renaturierungsprojekten Entwicklung eines Leitfadens zum Monitoring von Moorrenaturierungsprojekten zum Klimaschutz

14 Vorgehensweise Internet- und Literaturrecherche Verschneidung GÜK200 und Schutzgebiete Identifizierung von Landkreisen, in denen Projekte wahrscheinlich sind 395 Adressaten für Fragebögen (Ministerien, Bezirksregierungen, Landkreise, Naturparke, Biosphärenreservate ) Ausnahmen: Baden-Württemberg: eigenes Moorkataster: Doppelungen vermeiden Bayern: wird vergeben

15 Fragebogen Renaturierungsprojekte

16 Zwischenstand Rücklauf von bisher ca. 100 Fragebögen Datenbereitstellung sehr heterogen weiteres Vorgehen: LK einzeln abarbeiten (Prioritäten nach Moorflächen) Kartengrundlage: GÜK 200 (BGR)

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18 Moorverdunstung flurnahe Grundwasserstände enge Kopplung der Systeme Boden Pflanze - Atmosphäre direkte Abhängigkeit der Verdunstung vom Grundwasserflurabstand sehr sensitiv gegenüber Advektionseffekten heterogene und schwierige Standortbedingungen: lokale Variabilität und Methodenwahl

19 Tägliche Grundwasserstandsschwankungen Beispiel: TG Spreewald, Niedermoor Datum 2010 WSP Wassersäule unter GOK (cm) (m) Datum , ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 WSP unter GOK (m) Wassersäule (cm) ,1 0,15 0,2 0,25 0,3 Datum :00 Uhr h WSP = 5 cm am Tag 16:00 Uhr

20 Modellierungsansatz Verdunstung Messdaten Meteorologie Vegetationshöhen Modellansatz Verdunstung (z.b. Grasrefrenzverdunstung) Hydrologische Modellierung Rückkopplung Wasserstände Flächendaten Vegetation, Nutzung, Boden kc-faktoren (1) flächenspezifische Verdunstung Ziel: (2) Wasserstandsabhängige Verdunstung Methodenvergleich (u.a. mit Eddy- Modellierungen

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22 Messnetz Ahlenmoor

23 Komplexe Struktur & variable Parameter AM 3 AM 2 Badewannenstruktur AM 1 Diver THG-Site AM 2 AM 3 AM 1

24 Grundwasserstände AM 2 AM 3 AM 1

25 Gekoppelte hydrologische Modellierung Gekoppelte hydrologische Modellierung bestens geeignet wegen flachem GW- Flurabstand und starken Rückkopplungs-Mechanismen: Grundwasserflurabstand Evapotranspiration Grundwasserneubildung Grundwasserflurabstand Oberflächenwasser-Flüsse (Graben, Dräne, ) Open Source Code SIMGRO von Alterra Wageningen Vegetation / Pflanzenwachstums-Modul Ungesättigte Bodenzone Modul Metamodel auf Richards Gleichung basiert Gesättigte Zone Modul Modflow Van Dam et al Oberflächenwasser Module

26 Prozess-basiert Szenarienfähigkeit Wie sensitiv reagiert der Wasserstand auf Faktoren wie Grabendichte, EZG-Größe, Bodenparameter, Management, Stratigraphie,? Wie wirken sich Unsicherheiten in den Eingangsdaten aus? Nur 2 Jahre Daten mittlerer Wasserstand? temporal scaling synthetische Datenreihen Monitoring: Messnetzoptimierung Wiedervernässungsszenarien (Vernässbarkeit) Klimaszenarien

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28 Gelöste Stoffe Entwässerung und Wiedervernässung verändert den Austrag gelöster Stoffe aus Mooren NO 3 bzw. N min Steuergröße für THG-Emissionen DOC Teil der Kohlenstoffbilanz

29 Gelöste Stoffe Feldskala Fokus auf Hochmoorgrünland: Ahlenmoor und Großes Moor Faktoren: Torfvorräte & Wasserstand Methodenvergleich Beprobung Torfvorräte nass trocken AM Site 5 AM Site 2 AM Site 1 GM Site 6 GM Site 3 GM Site 2

30 Screening DOC-Konzentrationen im GW (vorläufige Ergebnisse) größere Torfvorräte und andere Nutzungsformen (Intensivgrünland, naturnahe Flächen) als im Großen Moor interessantester Standort, um eine große Bandbreite von Bedingungen abzudecken Probenahme: Messteams Organische Böden

31 Messaufbau Ahlenmoor Extensivgrünland Überstau Überlauf GWFA (m) Nov Jan Mrz Mai Juli Sep Diver THG-Site Hydrochemie Durchflussmessung Intensivgrünland AM 1 AM 2 AM 3

32 Messaufbau Ahlenmoor Extensivgrünland Überstau Birken Überlauf Intensivgrünland naturnaher Bereich

33 Aufbau Messplot Saugplatten (3 pro Tiefe) Tensiometer Grundwasserrrohr mit Diver Peeper 15 cm 30 cm naturnaher Bereich hhv hhw 60 cm hhr

34 Stoffausträge großskalig Auswertung N min -und GW-Daten Testgebiete Beispiel Statistische Auswertung zusammen mit den anderen Parametern der großskaligen Modellierung Schätzung Austragspotenziale (Skalierung Hydrologie und Bodeneigenschaften + Literatur- und TG-Daten)

35 DOC Testgebiete (GW) (vorläufige Ergebnisse) DOC (mg/l) Acker HM Acker NM Acker AM GL int. HM GL int. NM GL in. AM GL ext. HM GL ext. NM GL ext. AM Wald HM Wald NM Wald AM degen. HM degen. NM degen. AM vernässt HM vernässt NM vernässt AM naturnah HM naturnah NM naturnah AM Torfabbau unzureichenden Probenanzahl, aber: Tendenzen erkennbar Probenahme: Messteams Organische Böden

36 N min: Boden und Landnutzung (vorläufige Ergebnisse) vorläufige Auswertung, aber auch hier Tendenzen zu erkennen Unsicherheitsfaktor Lagerungsdichte Probenahme: Messteams Organische Böden

37 N min: Kohlenstoffvorräte und Extensivierung (vorläufige Ergebnisse) 150 Acker N min 0-20 cm (kg/ha) Anmoor Grünland intensiv Grünland extensiv Extensivgrünland: N min 0-20 cm (kg/ha) N min 0-20 cm (kg/ha) Niedermoor Probenahme: Messteams Organische Böden

38 Dank an alle Messteams und TAs! 38/15