Forschung

Grundwasser ist eine der wichtigsten Trinkwasserquellen. Die Nutzung des Grundwassers als Trinkwasser wird hauptsächlich durch Ökosystemleistungen in Aquiferen ermöglicht. Hierzu zählt die natürliche Wasserreinigung, die zu einer Verringerung von Schadstoffen führen kann. Diese Schadstoffe werden vor allem durch anthropogene Aktivitäten in das Grundwasser eingetragen. Zu diesen Schadstoffen zählt auch Nitrat, das die Grundwasserqualität in vielen Aquiferen gefährdet, welches aber durch die Ökosystemleistung der Denitrifikation umgesetzt und somit aus dem Grundwasser auf natürliche Weise entfernt werden kann. Bislang wird diese Leistung bei der Bewirtschaftung von Grundwasserleitern und in Richtlinien jedoch nur unzureichend berücksichtigt; auch weil Instrumente fehlen, mit denen sich das Potenzial für die Denitrifikation eindeutig bestimmen lassen. Außerdem kann Denitrifikation räumlich und zeitlich variabel auftreten und ist abhängig von sich verändernden hydrogeochemischen Bedingungen, die oft nicht bekannt sind. Daher ist das Hauptziel dieses Projektes Prozesse und Eigenschaften zu identifizieren, die zur Denitrifikation im Grundwasser führen. Um dieses Ziel zu erreichen, untersuchen wir Nitratquellen und Denitrifikationsprozesse im Grundwasser mit Hilfe von Isotopentechniken. Zusätzlich identifizieren wir hydrogeochemische Situationen, die die Denitrifikation beeinflussen. Dazu führen wir sowohl Monitoring an ausgewählten Feldstandorten in Österreich, Frankreich und Dänemark durch als auch kontrollierte Experimente unter Laborbedingungen. Für verschiedene Landnutzungsstandorte werden wir die Auswirkungen wie Wasserstand, Temperatur, Redoxbedingungen, organischen Kohlenstoffkonzentrationen und chemischen Belastungen auf Denitrifikation im Grundwasser untersuchen. Gemeinsam mit nationalen und internationalen Projektpartnern in Frankreich, Dänemark und Österreich entwickeln wir eine Toolbox, um Grundwasserleiter im Hinblick auf ihr Denitrifikationspotenzial besser charakterisieren und neue Protokolle entwickeln zu können, die schließlich in Richtlinien zur Überwachung der Grundwasserqualität integriert werden könnten. Dieses vom FWF finanzierte Projekt ist Teil des Water4All-Projekts „DeepThought“ des Joint Transnational Call „Aquatic Ecosystem Services“.

Für Körnermais, Zuckerrübe, Kartoffel, Sojabohne, Sonnenblume und Feldgemüse (Kulturart wird noch fixiert) soll für zwei ausgewählte Referenzflächen der Bewässerungsbedarf der letzten 30 Jahre (1995 bis 2024) ermittelt werden. Die Referenzflächen werden anhand der Standortbedingungen ausgewählt (insgesamt stehen 17 Flächen zur Auswahl). Der Bewässerungsbedarf wird basierend auf der Standardmethode der FAO (Allen et al., 1998) entsprechend dem Stand der Technik ermittelt. Die erforderlichen Wetterdaten werden von der Wetterstation Andau (Geosphere Austria data hub) übernommen. Bodendaten werden der digitalen österreichischen Bodenkarte (eBOD) entnommen. Anbaudaten (Anbautermine, Entwicklungsstadien, Erntetermine) werden vom Auftraggeber zur Verfügung gestellt. Auch die Information zu Anbauflächen von der AMA (frei verfügbar) sollen zur Abschätzung des Gesamtwasserbedarfes verwendet werden. Forschungsfragen: Wie hat sich der Pflanzenwasserbedarf und der Bewässerungsbedarf ausgewählter Kulturen an ausgewählten Standorten im Seewinkel in den letzten Jahrzehnten entwickelt? • Was wäre eine optimale Bewässerungsstrategie unter den gegebenen Standortbedingungen (Klima, Boden) und ortsüblichen landwirtschaftlichen Kulturen? • Welche Auswirkungen haben unterschiedliche Wetterbedingungen und Bewässerungsszenarien auf den Ertrag? Arbeitsschritte: • Erhebung und Aufbereitung der erforderlichen Wetterdaten der Wetterstation Andau (Temperatur (max, min), Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit, Strahlung und Niederschlag auf Tagesbasis) und Darstellung im Jahresvergleich. • Ermittlung der Referenzverdunstung nach FAO Allen et al. (1998). • Ermittlung der Bodeneigenschaften aus der digitalen Bodenkarte (eBOD) und Abschätzung der Retentionseigenschaften (Speicherfähigkeit) aus eBOD (nutzbare Feldkapazität, nFK, des BAW) und/oder mittels Pedotransferfunktionen. • Ermittlung der Pflanzenverdunstung und des Pflanzenwasserbedarfs basierend auf Standard-Pflanzenkoeffizienten (Allen et al., 1998). • Ermittlung des Bewässerungswasserbedarfs für die ausgewählten Kulturen für zwei Referenzflächen unter Berücksichtigung des Pflanzenwasserbedarfs und der Bodeneigenschaften. Darstellung und Vergleich der Ergebnisse. • Ermittlung des Pflanzenwasserbedarfs und des Bewässerungswasserbedarfs basierend auf den Flächendaten der AMA. Darstellung und Vergleich der Ergebnisse. •

Der Klimawandel führt in Österreich zu häufigeren und intensiveren Dürren und Niederschlägen. Das damit verbundene Bodenwasser-Defizit und die Änderung von Niederschlagsmustern stellen eine Gefahr für Wälder dar, die zu erhöhtem Baumsterben und dem Verlust von Ökosystem-Leistungen führt. Die komplizierten Interaktionen zwischen dem Effekt vom Klimawandel auf Bäume und den hydrologischen Komponenten des Niederschlags, Bodenwassers, und dem Abfluss sind schwer zu bestimmen unter zeitlich-variablen, natürlichen Bedingungen. Jedoch ist es zur Stärkung der Widerstandskraft unserer Wälder unbedingt nötig, die Baum-Wasser-Interaktionen zu verstehen. Wir werden unter kontrollierten Bedingungen künstliche Dürren und Starkregensimulationen nutzen, um in einem Buchenstandort des Langzeit-Forschungswaldes Rosalia (Niederösterreich) die Baum-Wasser-Interaktionen zu untersuchen. Hierbei quantifizieren wir die Nutzung von Sommer- und Winterniederschlägen durch die Buchen, sowie die Evaporation, Transpiration, und Grundwasserneubildungsrate mit Hilfe von stabilen Wasser-Isotopen. Um dies zu erreichen, werden Boden- und Xylem-Proben im Labor analysiert, und diese Ergebnisse mit in-situ, hochaufgelösten Messungen der Isotope des Boden- und Xylemwassers verglichen. Zusätzlich werden hydrologische Komponenten mithilfe der Wasserbilanz und Fluoreszenz-Tracern bestimmt. Dieses Projekt resultiert in Schätzwerten für Änderungen der Wasserflüsse durch den Klimawandel mit Hilfe von kontrollierten Manipulationsexperimenten. Wir werden die hydrologischen Veränderungen von Buchen in Bergregionen besser verstehen, aus denen Empfehlungen für die Forstwirtschaft abgeleitet werden können.