1. Impacts of climate and land use on soil-vegetation biophysical processes in mountain agricultural ecosystems
- Abstract
Die anthropogenen, biogeochemischen Umwandlungen und der Klimawandel sind die bedeutendsten Faktoren, die die Gebirgsökosysteme gefährden. In dieser Doktorarbeit untersuche ich die Auswirkungen von Klima und Landnutzung auf den Boden, die Vegetation und den Wasserkreislauf von landwirtschaftlichen Gebirgsökosystemen, indem ich Daten von festen Messstationen mit Daten der Fernerkundung und ökohydrologische, raumbezogene Modellierung kombiniere. Die Forschungsaktivitäten dieser Dissertation wurden auf Grünland und Dauerkulturen, den beiden wichtigsten landwirtschaftlichen Ökosystemen in Südtirol, Italien, durchgeführt. Kapitel 1 stellt das Grundprinzip der Arbeit vor. Kapitel 2 zeigt die Bedeutung der Phänologie in hydrologischen Simulationen, um die Wasserkreisläufe in Abhängigkeit von Klimavariabilität entlang eines Höhengradienten zu modellieren. Kapitel 3 untersucht die steuernden Faktoren auf die räumlichen und zeitlichen Muster der Bodenfeuchtigkeit von Mähwiesen und Weiden an einem montanen Seitenhang anhand der Kombination von Fernerkundung, Bodenmessungen und öko-hydrologischer Modellierung. Kapitel 4 berücksichtigt die Ergebnisse der vorangegangenen Kapitel, stellt die Herausforderung im Sammeln langfristiger Bodendaten für öko-hydrologische und landwirtschaftliche Anwendungen dar und präsentiert einen raumbezogenen Überwachungs- und Modellierungsansatz für die räumlich-zeitliche Langzeitbewertung biophysikalischer Bodeneigenschaften in landwirtschaftlichen Ökosystemen. Die durchgeführten hydrologischen Simulationsszenarien in Kapitel 2 zeigen als Ergebnis, dass bereits auf 1000 mNN die Produktivität stark wasserlimitiert ist und eine hohe Häufigkeit von Trockenheitsevents aufzeigt. Die Zwischenhöhe auf 1500 mNN scheint im Vergleich zu den Standorten auf 1000 und 2000 mNN eine höhere Evapotranspiration und oberirdische Biomasse zu erreichen. Dies weist auf die Existenz einer Höhenbereich hin, in der der gegenläufige Trend von Niederschlag und Temperaturen di, Among the factors endangering the mountain ecosystems, the anthropogenic biogeochemical transformations and climate change are the most relevant. In this PhD thesis, I investigated the climate and land use impacts on soil, vegetation, and water cycle of mountain agricultural ecosystems, by combining ground-based long-term monitoring, remote sensing, ecohydrological and geospatial modelling. This PhD thesis's research activities were carried out in grasslands and permanent crops, the two main agricultural ecosystems, in South Tyrol, Italy. Chapter 1 introduces the rationale of the thesis. Chapter 2 shows the importance of phenology in hydrological simulations to model water fluxes in response to climate variability along an elevation gradient. Chapter 3 explores the controlling factors on soil moisture spatial and temporal patterns of hay meadows and pastures on an alpine side slope by combining remote sensing, ground sensing monitoring and eco-hydrological modelling. Chapter 4 address the challenge of long-term soil information for eco-hydrological and agriculture application by proposing a geospatial monitoring and modelling approach for long-term assessment of soil biophysical properties in agricultural ecosystems. In Chapter 2, the simulation scenarios indicated that already at 1000 m a.s.l. above-ground, productivity is strongly water-limited with a high frequency of drought events. The intermediate elevation at 1500 m a.s.l. appears to reach higher evapotranspiration and above ground biomass compared to the 1000 and 2000 m a.s.l. sites, highlighting the existence of an intermediate elevation, where the counteracting trend of precipitation and temperatures buffer temperature and water limitation. Hence, in this region, the water balance shift from positive to negative around the intermediate elevation, affecting the mountains' function as water tower. Chapter 3 results highlight how surface soil moisture patterns are controlled by land use, topography, and soil, Stefano Della Chiesa, M.Sc., Zusammenfassung in deutscher Sprache, Kumulative Dissertation aus drei Artikeln, Dissertation University of Innsbruck 2021
- Published
- 2021