thesis:boden_iso_zalf [Hydro-Wiki ]

Hintergrund

Die Untersuchung stabiler Isotopensignaturen von Bodenwasser ist wichtiger Bestandteil vieler ökohydrologischer Fragestellungen und dient zum Beispiel der Aufklärung von Wurzelwasseraufnahme Tiefenprofilen von Pflanzen oder der Fließwege und Geschwindigkeiten von Wasser im Boden. In diesem Zusammenhang wurden in den letzten Jahren verschiedene neue Methoden entwickelt, insbesondere mit Fokus auf hoher zeitlicher Messauflösung und geringer Störung. Ein Nachteil solcher „in-situ“ Methoden ist allerdings der technische Aufwand im Freiland, insbesondere durch die Notwendigkeit der vor-Ort-Installation eines Isotopen Laserspektrometers. Eine Kombination neuartiger störungsfreier „in-situ“ Sonden mit einer Analyse daraus gewonnenen Bodenwasserdampfes im Labor ist daher äußerst vorteilhaft für viele Anwendungen. Im Rahmen dieses Masterarbeitsprojektes soll daher eine neue Methode zur Gewinnung, Zwischenspeicherung und Messung von Wasserdampf in bzw. aus Glasgefäßen weiterentwickelt und in natürlichen Böden in Kombination mit in-situ Sonden getestet werden.

Ziel der Arbeit

Im Rahmen eines interdisziplinären Forschungsprojektes soll zwischen April und Juni 2022 eine neue Methode zur störungsarmen Beprobung von Bodenwasser Isotopensignaturen entwickelt und getestet werden. Hierzu werden in-situ Sonden auf Basis semi-permeabler Membranen (z.B. Volkmann et al., 2014, Rothfuss et al., 2013) in Bodenprofile von 3 unterschiedlichen Böden mit unterschiedlichem Erosionsgrad installiert und der darin im Equilibrium mit der Bodenlösung befindliche Wasserdampf in Glasgefäßen gesammelt und anschließend im Labor an einem Wasser Isotopenlaser die Isotopensignatur bestimmt (weiterentwickelt nach Magh et al., 2022). Die Aufgabenstellung innerhalb der Masterarbeit wäre demnach die Weiterentwicklung einer neuen Methode zur Bodenwasserisotopen Bestimmung. Die Arbeiten sollen zwischen April und Juni 2022 in der Forschungsstation Dedelow (CarboZALF) durchgeführt werden. Die Masterarbeit wird in enger Kollaboration mit einer am Standort laufenden Doktorarbeit durchgeführt, welche zum Ziel hat die Abhängigkeit unterschiedlicher Bodentypen und Erosionsgrade auf den Wasserhaushalt der am Standort befindlichen Agrarflächen zu bestimmen (z.B. Quantifizierung und Partitionierung von Evapotranspiration, Bestimmung zeitlicher Dynamiken der Wurzelwasseraufnahmetiefen). Dabei ist bereits festgestellt worden, dass die vorliegende heterogene Bodenstruktur mit unterschiedlichen Graden der Erosion, zu starken Einbußen der Kohlenstoffsequestrierung führt (Vadiya et al., 2021). Weiterhin wurde durch Herbrich et al. (2018) festgestellt, dass die fortschreitende Erosion zu einer starken Verminderung der Bodendurchwurzelungstiefe führt, was den Schluss nachlegt, dass die gefundenen Unterschiede durch trockenheitsbedingte Verminderung des Pflanzenwasserhaushaltes begründet sind. Hierzu werden klassische hydrologische und pflanzenphysiologische Methoden mit modernen Isotopen und Wasserfluss Methoden kombiniert (automatisierte Haubensysteme, in-situ Bodenwasserisotope-Sonden). Die Fahrten ins Freiland werden gemeinsam mit den weiteren Projektmitgliedern organisiert.