title: Integrating isotopes, environmental data, and tracer-aided modelling to assess effects of contrasting land cover on ecohydrological fluxes
Creators: name: Landgraf, Jessica
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin
Year: 2024
Subjects: subject: stabile Wasserisotope
subject: Wurzelwasseraufnahme
subject: ungesättigte Zone
subject: Landnutzung
subject: stable water isotopes
subject: root water uptake
subject: unsaturated zone
subject: land use
subject: 550 Geowissenschaften
subject: 526 Mathematische Geografie
subject: RB 10495
subject: RB 10363
subject: RB 10160

description: Pflanzen verbinden atmosphärisches mit unterirdischem Wasser und prägen so den Wasserkreislauf mit einer Reihe verschiedener Prozesse wie Interzeption und Transpiration. Diese Dissertation verwendet stabile Wasserisotope um ökohydrologische Flüsse vom Parzellenmaßstab zum Einzugsgebietskontext zu untersuchen und die Effekte von Vegetationsbedeckung auf die Wasseraufteilung zu bewerten. Die Arbeit ermittelte, dass die Wurzelwasseraufnahme zweier Weiden während der Vegetationsperiode von 2020 hauptsächlich aus Wasser des Oberbodens bestand, selbst während einer Trockenphase im Sommer. Am Ende der Vegetationsperiode und nach der Wiederbefeuchtung des Oberbodens entnahmen die Bäume tieferes Bodenwasser. Weiterhin deuteten Untersuchungen während der Vegetationsperiode in 2021 im Demnitzer Mühlenfließ darauf hin, dass eine geringe Variabilität der Wasseraufteilung in den untersuchten Landnutzungen vorliegt und wahrscheinlich durch das zurückgesetzte Evaporationssignal nach einem Starkregenereignis hervorgerufen wurde. Eine Modellierung der Wasserflüsse von den vier Landnutzungen mittels des Modells EcoIsoPlot zeigte, dass die Wasseraufteilung in der Agroforstwirtschaft zwischen Wald und Ackerfläche liegt. Solche Unterschiede wurden nur mit Hilfe der Simulation der Wasserbilanz aufgezeigt und betonen die Relevanz von stabilen Wasserisotopen in Verbindung mit weiteren ökohydrologischen Parametern. Weiterhin untersuchte der kollaborative Artikel mit dem EcH2O-iso Modell die hoch-frequenten Daten des Weidenstandorts und erreichte die besten Simulationen mittels täglicher Zeitschritte und distanz-basierter, isotopischer Mischung. Diese Thesis beobachtete, analysierte und modellierte ökohydrologische Flüsse mit verschiedenen räumlichen und zeitlichen Maßstäben. Sie zeigt die Relevanz von Interaktionen zwischen Pflanzen und Wasser für die Ermittlung von Wasserpartitionierung sowie weitere Forschungsmöglichkeiten für die Beobachtung und Modellierung von ökohydrologischen Flüssen.
description: Plants link atmospheric and subsurface water shaping the water cycle with a diverse range of processes like interception or transpiration. This thesis utilizes stable water isotopes to investigate ecohydrological fluxes from plot scale to catchment context assessing the effects of vegetation cover on water partitioning. The thesis found root water uptake of two willow trees over the growing season of 2020 mainly consisted of topsoil water even during a drier phase in summer. At the end of the growing season and after rewetting of the topsoil the trees tapped into deeper soil water. Further, investigations during the growing season of 2021 at the Demnitzer Millcreek Catchment indicated slight variabilities in water partitioning of the investigated land uses possibly caused by resetting evaporative signal due to a mid-summer storm event. Simulating water fluxes of the four land uses via the EcoIsoPlot model resulted in agroforestry water partitioning to be estimated between forest and cropland. Such disparity between cropland and agroforest was only evident via simulating the water balance underlining the relevance of combining stable water isotopic composition with additional ecohydrological parameters. Further, the co-authored EcH2O-iso model explored the high frequency data from the willow stand and achieved best simulations via daily time steps and distance-based isotopic mixing. This thesis monitored, analysed, and modelled ecohydrological fluxes at various spatial and temporal scales. It demonstrates the importance of plant-water interactions for estimating water partitioning as well as further research opportunities in monitoring and modelling of ecohydrological fluxes.