Im Rahmen des Projekts „BigData@Geo“ werden sechs — über Unterfranken verteilte — Bodenfeuchte-Monitoringstationen betrieben. Ziel des Monitorings ist es, die bodenhydrologischen Prozesse der verschiedenen Bodentypen besser zu verstehen. Die gewonnenen Erkenntnisse können dann auf andere Standorte mit vergleichbaren Bodentypen übertragen werden. Zusätzlich können die im Projekt entwickelten Bodenfeuchte- und Klimamodelle mit den Messdaten kalibriert werden.
Die Monitoringstation im Ochsenfurter Gau wurde Anfang August 2018 in Betrieb genommen. Die Bodenfeuchtesensoren sind in Tiefen von 10 cm, 20 cm, 35 cm, 62 cm und 101 cm eingebaut und ermöglichen so einen Blick in die unterschiedlichen Horizonte des Bodens. Betrachtet werden die zwei Bodenprofile H1 und H2 mit je drei Bodenfeuchtesensoren (siehe Abbildungen 1 und 2), die etwa 150 m auseinanderliegen.
Abbildung 1: Entwicklung der Bodenfeuchte (VWC = Volumetric Water Content) im Zeitraum August 2018 bis November 2019 im Profil H1. Die Kurven geben die Bodenfeuchte in 20 cm (blau), 62 cm (orange) und 101 cm (grau) wieder. Die Sensorpositionen sind in der Profilzeichnung links verortet Zur besseren Interpretation sind die täglichen Niederschläge und die mittlere tägliche Temperatur mit aufgetragen. Durch einen technischen Defekt der Sensoren 1.1 und 1.2 konnte von August bis Oktober 2018 in 20 cm und 62 cm Tiefe keine Bodenfeuchte gemessen werden.
Der Verlauf der Kurven zur Bodenfeuchte zeigen, dass die oberen Bodenhorizonte schneller auf Niederschläge reagieren als die tiefer gelegenen Horizonte. Gleichzeitig findet dort zuerst die Austrocknung statt. Die tieferen Bodenhorizonte reagieren vor allem auf langfristige Veränderungen. Vereinzelte Niederschlagsereignisse über einen Zeitraum von ein bis zwei Wochen oder Starkregenereignisse im Sommer beeinflussen maximal die oberen 30 cm des Bodens und erreichen die tieferen Schichten grundsätzlich nicht (siehe Abb. 1 und 2 Juni bis August 2019).
Abbildung 2: Entwicklung der Bodenfeuchte (VWC = Volumetric Water Content) im Zeitraum August 2018 bis November 2019 im Profil H2. Die Kurven geben die Bodenfeuchte in 10 cm (gelb), 35 cm (blau) und 62 cm (grün) wieder. Die Sensorpositionen sind in der Profilzeichnung links verortet. Zur besseren Interpretation sind die täglichen Niederschläge und die mittlere tägliche Temperatur mit aufgetragen.
Im Jahr 2018 waren die Böden bis in den Dezember hinein sehr trocken. Einzelne Niederschläge in der Zeit von August bis November wirkten sich nur kurzfristig auf die oberen Zentimeter aus. Erst mit den Niederschlägen, welche über einen langen Zeitraum von Dezember 2018 bis Januar 2019 auftraten, wurde der Boden nachhaltig durchfeuchtet. Die höchsten Bodenfeuchtewerte von 32 % konnten dann im Januar und Februar 2019 gemessen werden. Schon ab Mitte Januar nahm die Bodenfeuchte in den oberen 35 cm des Bodens wieder kontinuierlich bis Mai ab. Erst stärkere Niederschläge gegen Ende April und Anfang Mai führten wieder zu einer höheren Bodenfeuchte. Dank regelmäßiger Niederschläge blieb die Bodenfeuchte bis in 35 cm Tiefe im Mai relativ konstant und schwankte nur leicht (siehe Abb. 2).
In den Horizonten in Tiefen von 62 cm und 101 cm nahm die Bodenfeuchte von Februar bis Anfang April nur um etwa 1 % ab. Ab Mitte April beschleunigte sich das Austrocknen jedoch deutlich (siehe Abb. 1 Sensoren 1.2 und 1.3 und Abb. 2 Sensor 2.3).
Um den 10. Juli erreichten alle Horizonte zum ersten Mal ihre geringste Bodenfeuchte im Jahresverlauf von 2019. Erst starke Niederschläge Anfang August (100 mm in zwei Wochen, davon 54 mm am 7.8.) hoben die Bodenfeuchtewerte in den oberen 35 cm in einem Zeitraum von zwei Tagen wieder an. Bis in eine Tiefe von 20 cm wurden kurzfristig wieder ähnlich hohe Bodenfeuchtewerte wie im Januar gemessen (siehe Abb. 2). In 35 cm Tiefe reichten die Niederschläge nur für einen Anstieg der Bodenfeuchte um 3 % aus. Ab dem 11. August sank die Bodenfeuchte wieder ab, bis schließlich Anfang September wiederum die Werte von Ende Juli (15 % in 10 cm, 23 % in 35 cm) erreicht waren.
Erst mit dem Einsetzten häufigerer Niederschläge gegen Ende September wies der Boden wieder bis in eine größere Tiefe Durchfeuchtung auf. Zwischen den einzelnen Herbstniederschlägen schwankte die Bodenfeuchte dann nur noch leicht. Auffällig ist jedoch, dass sich im Profil H1 die Bodenfeuchte bis Ende November 2019 im sehr tonreichen Bt-Horizont und folglich auch im darunterliegenden Cv-Horizont noch immer auf dem Niveau des Sommers verharrte (43 %).
Durch einen technischen Defekt konnten seit Ende November keine Bodenfeuchtemesswerte mehr gewonnen werden.
Auf Grund der vorliegenden Messwerte lassen sich einige Aussagen für den Standort Ochsenfurter Gau treffen. Die dort vorliegende Parabraunerde zeichnet sich durch einen hohen Schluff- und Tonanteil aus, was für eine gute Wasserspeicherkapazität spricht. Gerade die tieferen und tonreichen Horizonte trocknen nur langsam aus und können die Pflanzen länger mit Wasser versorgen. Die in den Jahren 2018 und 2019 gemessenen minimalen Bodenfeuchtewerte bilden sehr wahrscheinlich das Niveau des Totwassers in den jeweiligen Horizonten ab. Auf Grund des kurzen und - verglichen mit dem langjährigen Mittel - sehr trockenen Beobachtungszeitraum, wurden die potentiellen maximalen Bodenfeuchtewerte wahrscheinlich nicht gemessen.
Von Julian Krause und Birgit Terhorst
