Diese Doktorarbeit, die Teil des von der EU finanzierten Projekts SOILPROM-Projekt, soll besser verstehen, wie sich die Pestizidkonzentrationen im Laufe der Zeit verändern und sich von der Bodenoberfläche bis ins Grundwasser ausbreiten. Das Hauptziel besteht darin, die Festlegung der unteren Grenze in Bodenmodellen zu verbessern, was für genaue Vorhersagen wichtig ist. Diese Modelle setzen voraus, dass man weiß, wo der Grundwasserspiegel liegt - in vielen Teilen Europas fehlen diese Informationen jedoch oder sind unklar.

Zielsetzung und Methodik

Für die Forschung wird ein kombiniertes Boden- und Grundwassermodell um zu untersuchen, wie verschiedene unterirdische Prozesse den Pestizidgehalt im Grundwasser über Zeit und Raum hinweg beeinflussen. Zu diesen Prozessen gehört, wie sich das Wasser bewegt, wie sich die Verschmutzung ausbreitet und abbaut, und wie sie verdünnt wird. Bei den Forschungsarbeiten wird auch der Einfluss von Bodentypen, Grundwasserverhalten, Wettermustern, Landnutzungsänderungen und der Art der Anwendung von Pestiziden untersucht.

Anwendungsfall Zwischenscholle Aquifer - Jülich, Deutschland

Die Studie konzentriert sich auf die Zwischenscholle-Aquifer in der Nähe von Jülich in Deutschland. Dieser Grundwasserleiter besteht aus sandigen und kiesigen Schichten, die von den Flüssen Rhein und Maas stammen und auf einer wasserundurchlässigen Tonschicht namens Reuver-Ton liegen. Das Grundwasser fließt von Südosten nach Nordwesten und hat ein leichtes Gefälle. Das darüber liegende Land wird überwiegend landwirtschaftlich und forstwirtschaftlich genutzt. Häufig werden Zuckerrüben und Winterweizen angebaut, in geringerem Umfang auch Kartoffeln, Hafer und Mais. Aufgrund des niedrigen Grundwasserspiegels und der intensiven Landwirtschaft ist dieses Gebiet sehr anfällig für die Verschmutzung durch Pestizide. Es ist bekannt, dass der Grundwasserleiter mit Atrazin, einem weit verbreiteten Unkrautvernichtungsmittel, kontaminiert ist.

Auswirkungen auf die nachhaltige Landbewirtschaftung

Die Ergebnisse dieses Projekts könnten dazu beitragen, die Landbewirtschaftung zu verbessern, insbesondere in Gebieten, in denen das Grundwasser durch den Einsatz von Pestiziden gefährdet ist. Durch den Einsatz fortschrittlicher Modelle und detaillierter Simulationen zielt die Forschung darauf ab, bessere Strategien und Praktiken zum Schutz der Wasserressourcen zu entwickeln.
Durch die Konzentration auf die Modellierung in verschiedenen Maßstäben und die Verwendung fortschrittlicher Wasserdaten geht die Studie wichtige wissenschaftliche Fragen an und unterstützt die übergeordneten Ziele des SOILPROM-Projekts - die Förderung einer nachhaltigen Land- und Wassernutzung in ganz Europa.

Autoren

Ali Sadrzadeh ist Doktorand am Institut Agrosphere (IBG-3) des Forschungszentrums Jülich, Deutschland. Er erhielt einen Erasmus Mundus Joint Master's Degree in Groundwater and Global Change - Impacts and Adaptation (GroundwatCH) vom Instituto Superior Técnico (Portugal), IHE Delft (Niederlande) und der TU Dresden (Deutschland). Derzeit arbeitet er an dem Projekt SOILPROM mit, bei dem er sich auf die Simulation des Wasserflusses und des Transports von Pestiziden in ungesättigten und gesättigten Zonen unter Verwendung eines gekoppelten Boden-Grundwasser-Modellierungsansatzes konzentriert.

Prof. Dr. Jan Vanderborght ist Direktor des Agrosphären-Instituts (IBG-3) am Forschungszentrum Jülich, Deutschland. Außerdem ist er Professor an der Fakultät für Biowissenschaften und Ingenieurwesen der KU Leuven. Seine Forschungsschwerpunkte sind der Transport gelöster Stoffe in Böden, der Verbleib von Pestiziden, Hydrogeophysik, Bodenverdunstung und die Aufnahme von Wasser, Nährstoffen und Pestiziden durch Pflanzen. In Anerkennung seiner Beiträge wurde er im Jahr 2024 zum Fellow der Soil Science Society of America (SSSA) ernannt.

Dr. Lutz Weihermüller ist Senior Researcher mit dem Schwerpunkt Bodenphysik am Institut für Agrarsphäre (IBG-3) des Forschungszentrums Jülich, Deutschland. Er ist verantwortlich für die bodenphysikalischen Laboratorien am IBG-3 mit Schwerpunkt auf der Bestimmung der hydraulischen Eigenschaften von Böden. Seine Forschung umfasst die Bereiche Bodenphysik, numerische Modellierung, Hydrogeophysik, Kohlenstoffumsatz und das Schicksal organischer Schadstoffe. Dr. Weihermüller ist auch Koordinator des International Soil Modelling Consortium (ISMC).