Projektleiter: Prof. Dr. Georg Cadisch, Institut für Tropische Agrarwissenschaften, Fachgebiet Pflanzenbau in den Tropen und Subtropen

Beteiligter Wissenschaftler: Prof. Dr. Torsten Müller, Institut für Kulturpflanzenwissenschaften, Fachgebiet Düngung und Bodenstoffhaushalt

Förderzeitraum: 2015-2018

Eine hochauflösende Darstellung von regionalen Bodenkohlenstoff (SOC)-Flüssen und -Pools ermöglicht eine verbesserte Analyse des Einflusses von Klimawandel und möglichen Rückkopplungen auf Agrarökosysteme. Die analytische Partitionierung von konzeptionellen Bodenkohlenstoff-Pools in dynamischen SOC-Modellen (hier DAISY) ist eine Herausforderung, insbesondere wenn zusätzlich klimatische Steuergrößen (Temperatursensitivitäten individueller SOC-Pools) berücksichtigt werden. Die Komplexität dieser wird erhöht, wenn eine SOC-Modellierung auf regionaler Skala mit ihrer ausgeprägten Heterogenität von Öko- und Landwirtschaftssystemen durchgeführt wird.

Das Projekt wird in Phase 2 das DAISY SOC-Modell verbessern. Dieses Vorhaben beinhaltet die Entwicklung neuer und generischer SOC-Stabilitätsindexes für die beiden SOC-Pools SOM1 und SOM2. Zudem wird ein Index zur Partitionierung des mikrobiellen Pools in SMB1 und SMB2 auf der Basis der Aktivität mikrobieller Enzyme generiert, der die Kohlenstoffnutzungseffizienz berücksichtigt.

Diese wesentlichen Schritte werden vorrangig mittels der Weiterentwicklung von Infrarot (IR)-basierten Techniken (diffuse Reflektion Mittelinfrarot Fourier-Transform Spektroskopie (midDRIFTS), Gas Analyse (EGA) gekoppelt mit thermaler in situ midDRIFTS und Pyrolyse-MIRS) erreicht, welche eine schnelle und Bodentextur unabhängige Untersuchung der SOC- und mikrobiellen Pools auf regionaler Ebene ermöglichen. Ähnliche Techniken werden für die Generierung von Pflanzenreststoff-Qualitäts-Indizes für die beiden Pools für applizierte organische Substanz AOM1 und AOM2 als Regulatoren für Kohlenstoff- und Stickstoffkreisläufe angewandt.

Um den vorhergesagten Einfluss der Klimavariabilität in den beiden Modellregionen (Kraichgau, Schwäbische Alb) zu berücksichtigen, wird das SOC-Modell unter besonderer Berücksichtigung explizierter Temperaturfunktionen für Kohlenstoff- und Stickstoff-Pools weiterentwickelt. Für die Kalibrierung und Validierung des dynamischen SOC-Modells werden wir auf die etablierten Versuchsfelder in den Modellregionen zurückgreifen sowie unsere bestehenden Kooperationen mit internationalen Wissenschaftlern und deren Langzeitfeldversuche nutzen.

Vor der Kopplung an das neue Integrierte Land-System Modell System (ILMS) der FOR 1695 wird eine Sensitivitätsanalyse der individuellen und kombinierten Parameter mit DAISY-EXPERTN unter Berücksichtigung des erwarteten regionalen Klimas durchgeführt. Die relevanten weiterentwickelten und parametrisierten Modellroutinen und hochauflösenden regionalen Bodenkarten werden im ILMS implementiert. Im letzten Schritt wird der Einfluss der Klima-Szenario-Analyse mit unterschiedlicher agrarischer Landnutzung sowie mit oder ohne verbessertes CN Modul auf Bodenkohlenstoffdynamiken und Rückkopplungen von der Atmosphäre evaluiert, um Empfehlungen für eine verbesserte C-Speicherung zu geben.

Phase 1: Kopplung von Pyrolyse mit Mittelfrequenzinfrarotspektroskopie zur Parametrisierung von Bodenkohlenstoffumsatzmodellen auf der regionalen Skala (Förderzeitraum 2012-2015)