Bodenerosion in Agrarlandschaften im Kontext dynamischer Änderungen von Landnutzungsmustern und -strukturen (DYLAMUST)

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Fiener; Professor Dr. Thomas Scholten
• Fachliche Zuordnung: Physische Geographie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 509809226

Die heutige Landschaft wird zum überwiegenden Teil durch den wirtschaftenden Menschen ge-prägt. Waren es zunächst in erster Linie naturräumliche Unterschiede, die Besiedlung, Landnutzungsmuster und -strukturen beeinflussten, sind es heute unter anderem die Art des Besitzes und der Vererbung von Grund und Boden sowie die Arrondierung und Vergrößerung der Ackerflächen im Zuge der Flurbereinigung. Aktuell kommen Fragen zu Biodiversität, Boden- und Gewässerschutz und Nachhaltigkeit sowie der Klimawandel als Einflussgrößen hinzu. Bodenerosion in Agrarlandschaften steht on-site und off-site in unmittelbarem Kontext mit solchen dynamischen Änderungen von Landnutzungsmustern und -strukturen. Wesentliche Steuergrößen der Bodenerosion wie Hanglänge, Vegetationsbedeckung, Erosionsschutz, Art der Bewirtschaftung und Sedimenttransportwege hängen davon ab. Zum besseren Verständnis der Transportprozesse und der Zusammenhänge zwischen Landnutzung und Bodenerosion werden seit Jahrzehnten Bodenerosionsmodelle eingesetzt. Die Auswirkungen der zuoberst beschriebenen Dynamiken von Landschaftsmustern und -strukturen auf die Prozesse der Bodenerosion sind bislang aller-dings nur unvollständig verstanden und quantifiziert und werden zudem durch Klimawandeleffekte überlagert. In Bodenerosionsmodellen werden sie nur bedingt abgebildet. Direkte Messungen des Bodenabtrags für größere Einzugsgebiete unter Berücksichtigung von Landschaftsmustern und -strukturen fehlen nahezu gänzlich. Es bleibt damit weitgehend unklar, ob, warum und in welchem Ausmaß sich ändernde Landschaftsmuster und -strukturen auf die hydrologische und sedimentologische Konnektivität von Agrarlandschaften auswirken. Ziel des beantragten Projektes ist es, diese Auswirkungen auf Erosions- und Depositionsmuster sowie den Sedimenteintrag in Gewässer zu quantifizieren und besser zu verstehen. Dazu soll ein klassisches Erosionsmodell mit einem datenbasierten Modell aus dem Bereich des maschinellen Lernens verglichen und zu einem hybriden Modellansatz verschmolzen werden. So kann man das Innovationspotential des maschinellen Lernens für die Bodenerosionsforschung nutzen, indem die Möglichkeiten der konzeptionellen Erosionsmodellierung zur Verbesserung des Prozessverständnisses und die Fähigkeit der datenbasierten Modellierung, Muster- und Strukturänderungen hochgenau zu lernen, zusammengeführt werden. Abschließend sollen unter Einbeziehung des Klimawandels Szenari-en definiert und für die Modellierung verwendet werden, um die Rolle veränderter Landnut-zungsmuster und -strukturen für die Bodenerosion und den Sedimentaustrag in Gewässer besser zu verstehen und Abschätzungen für Auswirkungen zukünftiger Entwicklungspfade in der Landwirtschaft auf Bodenerosion und lateralen Stofftransport vorzunehmen. Die Modellierung auf der Landschaftsskala eröffnet darüber hinaus die Möglichkeit, optimale Landnutzungsmuster zu erkennen, die on-site und off-site Schäden durch Bodenerosion reduzieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen