Improving the determination of soil hydraulic properties of peat soils at different scales

This thesis improves the characterization of unsaturated hydraulic properties for different types of peat and other organic soils at the laboratory and the field scale. First, suggestions for a general improvement of the unsaturated hydrological modeling in peatlands are made. Second, a novel one-dimensional expression for calculating specific yield for shallow groundwater systems with microrelief has been derived which was the basis for the development of a novel in situ method for determining soil water retention characteristics in shallow groundwater systems

Improving the determination of soil hydraulic properties of peat soils at different scales

This thesis improves the characterization of unsaturated hydraulic properties for different types of peat and other organic soils at the laboratory and the field scale. First, suggestions for a general improvement of the unsaturated hydrological modeling in peatlands are made. Second, a novel one-dimensional expression for calculating specific yield for shallow groundwater systems with microrelief has been derived which was the basis for the development of a novel in situ method for determining soil water retention characteristics in shallow groundwater systems

Methodenhandbuch zu den Gelände- und Laborarbeiten für den Aufbau des deutschlandweiten Moorbodenmonitorings für den Klimaschutz (MoMoK) - Teil 1: Offenland, Version 1.0

Moor- und weitere organische Böden speichern große Mengen an organischem Bodenkohlenstoff, die bei Entwässerung als Kohlendioxid (CO2) freigesetzt werden. Da in Deutschland ein Großteil dieser Böden entwässert ist, tragen sie nach derzeitigen Berechnungen mit 54 Mio. t CO2-Äqivalenten pro Jahr 7,5% zu den gesamten deutschen Treibhausgasemissionen bei. Zunehmende Anstrengungen bei der Umsetzung von Minderungsmaßnahmen erfordern sowohl adäquate Methoden in der Emissionsberichterstattung als auch ein konsistentes Monitoring. Das Projekt 'Aufbau eines deutschlandweiten Moorbodenmonitorings für den Klimaschutz (MoMoK) - Teil 1: Offenland' (2020 bis 2025) stellt sich der Herausforderung, ein langfristiges deutschlandweites repräsentatives Monitoringnetz für Moorböden aufzubauen. Dieses Messnetz wird ca. 200 Standorte umfassen. Dabei werden sowohl Standorte unter entwässerungsbasierter landwirtschaftlicher Nutzung als auch naturnahe Standorte und wiedervernässte ungenutzte oder als Paludikultur genutzte Moor- und weitere organische Böden untersucht. Eine Langzeitmessung von Treibhausgasflüssen ist nur an wenigen Standorten möglich. Entsprechend fokussiert das Moorbodenmonitoring auf die Erfassung von Geländehöhen, da Geländehöhenänderungen als Proxy für Änderungen der Vorräte an organischem Bodenkohlenstoff dienen können. Daneben wird an allen Standorten der Vorrat an organischem Bodenkohlenstoff gemessen, um die Grundlage für eine mögliche Wiederholungsinventur zu legen. Standorte anderer Monitoringprogramme (Langzeitmessstandorte für Treibhausgase, Bodendauerbeobachtung) werden nach Möglichkeit eingebunden. Das hier vorgelegte Methodenhandbuch beschreibt das generelle Messdesign des Moorbodenmonitorings, das Vorgehen für die Einrichtung von Untersuchungsflächen, die Probenahme im Gelände und die Labormethoden. Aufgenommene Größen umfassen Geländehöhen (jährliche Erfassung der gesamten Untersuchungsfläche und kontinuierliche Aufnahme an deren Zentralpunkt), Gesamtvorräte an organischem Bodenkohlenstoff und Stickstoff, horizontbezogene bodenchemische und -physikalische Eigenschaften, Moor- und Oberflächenwasserstände sowie die Vegetation und Bewirtschaftung. Neben praktischen Anleitungen wird der wissenschaftliche Hintergrund für methodische Entscheidungen erläutert. Parallel zum Aufbau des Messnetzes werden die derzeit in der Emissionsberichterstattung genutzten Regionalisierungsansätze für Treibhausgasemissionen bzw. deren Steuergrößen verbessert. Dies umfasst die Aktualisierung der Kulisse organischer Böden, die Verbesserung der Regionalisierung der Moorwasserstände und die Ableitung der Treibhausgasemissionen. Diese Arbeiten sind jedoch nicht Teil des Methodenhandbuchs. Ziel des Methodenhandbuchs ist es, die im Rahmen des Moorbodenmonitorings (Teil 1: Offenland) im Gelände und Labor angewandten Methoden umfassend und transparent zu dokumentieren. Daneben sollen diese detaillierten Informationen, Anleitungen und Protokolle all jenen als Anregung zur Verfügung stehen, die ein Monitoring von Moorstandorten planen oder einzelne Größen konsistent zum Moorbodenmonitoring aufnehmen möchten.Peat and further organic soils store large amounts of soil organic carbon, which is released as carbon dioxide (CO2) upon drainage. In Germany, most of these soils are drained, and they thus contribute with 54 Mio. t CO2-equivalents per year 7.5% to the total German greenhouse gas emissions. Increasing efforts in implementing mitigation measures call for both adequate methods in emission reporting and consistent monitoring. The project 'Establishment of a German peatland monitoring programme for climate protection (MoMoK) - Part 1: Open land' (2020-2025) rises to the challenge of building a long-term representative monitoring network for peatlands all over Germany. This network will comprise around 200 sites. It encompasses drained grassland and cropland, paludiculture as well as unutilized semi-natural and rewetted sites. As long-term monitoring of greenhouse gas exchange will only be feasible at a few sites, the peatland monitoring programme focusses on the measurement of soil motion, which may be used as proxy for changes in the stocks of soil organic carbon. Beside soil motion, total stocks of organic carbon are determined at all sites as a baseline for possible future inventories. Sites of other monitoring programmes (long-term greenhouse gas flux sites, soil monitoring) are integrated into the network wherever possible. This handbook describes the general design of the peatland monitoring programme, the site setup and field sampling as well as laboratory methods. The monitoring programme collects data on surface heights (annual survey of the monitoring sites, continuous point measurements of surface motion), total soil organic carbon and nitrogen stocks, soil chemical and physical properties of the individual soil horizons, peat and surface water levels as well as on vegetation and management. Besides giving practical guidance, the handbook explains the scientific background of methodological choices. Parallel to the establishment of the monitoring network, the regionalisation methods for greenhouse gasses and their drivers as currently used in emission reporting are improved. This comprises an update of the map of organic soils as well as the improvement of the regionalisation of water table depths in organic soils and of the greenhouse gas emissions. These parts of the project, however, are not part of this handbook. With the publication of the handbook, we aim at a comprehensive and transparent documentation of the field and laboratory methods of the German peatland monitoring programme (Part 1: Open land). Furthermore, these detailed information, guidelines and protocols are available as inspiration to anyone who is planning monitoring of peatlands or wishes to measure single parameters consistently to the peatland monitoring programme