Erklärungen und Hintergrundinformationen
Eine ausführliche Vorstellung des Systems und der verwendeten Daten finden Sie in folgender Publikation:
Kronenberg et al. (2022): "Die Bodenfeuchteampel – Ein webbasiertes Informationssystem für die tagaktuelle Bewertung der Wasserverfügbarkeit in Wäldern" Woher stammen die meteorologischen Eingangsdaten?
Für die Simulation des Bodenwasserhaushalts wird ein meteorologischer Antrieb von Temperatur, Windgeschwindigkeit, Niederschlag, Strahlung und relativer Luftfeuchtigkeit benötigt. Diese Daten werden tagesaktuell vom Deutschen Wetterdienst (DWD) gemessen. Über einen SensorHub der Firma Pikobytes GmbH werden diese Daten gesammelt und für die Simualtionen der Bodenfeuchte bereitgestellt werden.
Was versteht man unter relative extrahierbarem Wasser (REW)?
Der Boden besteht aus festen Bodenpartikeln und dem Porenvolumen, das mit Wasser oder Luft gefüllt ist. Das Porenvolumen hängt u.a. von der Bodenart, der Lagerungsdichte, der Korngrößer und der Struktur ab. Verschiedene Böden können Wasser unterschiedlich gut speichern. Je kleiner das Porenvolumen ist, desto besser kann das Wasser im Boden gehalten werden.
Der Begriff "relativ extrahierbares Wasser" (REW) oder "nutzbare Feldkapazität" (% nFK) umfasst einen Füllstand des im Boden gespeicherten Wassers, das den Pflanzen zur Verfügung gestellt werden kann. Mit anderen Worten: REW zeigt das Verhältnis zwischen dem aktuellen pflanzenverfügbaren Wasserspeicher und der pflanzenverfügbaren Wasserkapazität.
Berechnung des REW
Konzeptionell unterscheidet die Feldkapazität (FK) zwischen Bodenwasser, das schnell abfließt, und dem, das nicht abfließt. Die geschieht in der Regel 2-3 Tage nach Regen oder Bewässerung in durchlässigen Böden mit einheitlicher Struktur und Textur. Daher beschreibt die Feldkapazität den Wassergehalt, der im Boden gegen die Schwerkraft gehalten wird. Da die Grob- und Makroporen noch Luft enthalten, ist der Boden also auch bei voller Feldkapazität nicht mit Wasser gefüllt. Das macht Werte über 100 Prozent der Feldkapazität möglich.
Der permanente Welkepunkt (PWP) oder Welkepunkt (WP) ist definiert als die Mindestmenge an Wasser im Boden, die die Pflanze benötigt, um nicht zu welken.
Für die Berechnung wir der mit dem LWF-BROOK90-Modell berechnete aktuelle Bodenwassergehalt (Theta, Θ) benötigt:
Wobei Θ
i der volumetrische Wassergehaltsanteil der Feinerde in der i-ten Bodenschicht, c
i der Volumenanteil der groben Fragmente (Kies und Steine) und d
i die Schichtdicke in mm ist. AWC ist die pflanzenverfügbare Wasserspeicherkapazität des Bodens, Θ
fci und Θ
wpi stehen für die Feldkapazität und den Wassergehalt am Welkepunkt bei einer Saugspannung von -6,3kPa bzw. -1585kPa.
Aus den tiefen-diskreten Ergebnissen der LWF-BROOK90-Modellierung wurden die Werte für REW für die folgenden Tiefenbereiche aggregiert: 0cm - 40cm für die Mineralbodentiefe, 0cm - 80cm für die effektive Durchwurzelungstiefe und 0cm - 100cm für das gesamte Bodenprofil.
In der Bodenfeuchteampel von ReKIS und Sachsenforst wird die tägliche Bodenfeuchte verwendet, um die Wasserversorgung der Pflanzen mit Hilfe des REW zu beschreiben. Ein Menü zur Auswahl von Bodentiefe (0cm - 40cm, 0cm - 80cm oder 0cm - 100cm) und Vegetation (Fichte, Buche, Kiefer, Eiche oder Gras) steht zur Verfügung.
Als Richtwerte für die Klassifizierung von Wasserstress können verwendet werden:
<0,4 REW: Beginn der Stressphase
<0,2 REW: Wasserstress für Pflanzen.
Diese variieren jedoch unter anderem in Abhängigkeit von der Pflanzenart und der Speicherdichte des Bodens.
Darstellungen
Füllstand Bodenwasser (REW) mittlerer Verlauf der letzten 10 Jahre und aktuell.
Die Abbildung zeigt den aktuellen Zustand im Vergleich zu den Hintergrundinformationen der Bodenfeuchte der letzten 10 Jahre für die Mineralbodenschicht (0cm - 40cm), exemplarisch für die Fichte als Vegetation. Die vom aktuellen Tag aus berechnete tägliche Bodenfeuchte der letzten zehn Jahre wird in drei Quantilsbereiche aufgeteilt, nämlich Minimum - Maximum, 10% - 90% und 25% - 75%. Die Bereiche sind durch unterschiedliche blaue Intensitäten eingefärbt. Durch den Vergleich mit den drei vorgegebenen Schwellenwerten (Normal-, Stressphase und kritische Belastung) kann der aktuelle Zustand der Bodenfeuchte bestimmt werden. Eine Bodendynamik vom ersten Tag eines Jahres bis „heute“ ist als rote Linie in der Abbildung dargestellt.
Füllstand Bodenwasser (REW) in verschiedenen Tiefen
Die Abbildung zeigt die Bodenfeuchtedynamik des ausgewählten Standortes zurück in einem Jahr ab dem aktuellen Tag. Es wird das gesamte Bodenprofil von 0cm - 100cm angezeigt. Der Bodenfeuchtezustand in jeder Schicht wird in 5 Klassen eingeteilt, nämlich sehr nass, normal, Beginn der Stressphase, Stressphase und kritisch. Die Abbildung erlaubt es, den Bodenfeuchtezustand nicht nur in Zeitreihen, sondern auch vertikal zu untersuchen.
