Effektive Wasserbilanz
Die effektive Wasserbilanz ist ein Indikator für die Wasserverfügbarkeit im Boden und damit für die Wasserversorgung der Pflanzen. Sie ergibt sich nicht nur aus der klimatischen Wasserbilanz (Niederschlag - Verdunstung), sondern berücksichtigt auch die nutzbare Feldkapazität im Wurzelraum sowie den kapillaren Aufstieg aus dem Grundwasser. Die effektive Wasserbilanz ist besonders niedrig an Standorten mit geringen Niderschlägen, einer hohen potentiellen Verdunstung, geringer Speicherkapazität im Boden und ohne Grundwasseranschluss.
Die aufgrund des Klimawandels höheren Temperaturen, häufigeren Trockenphasen und veränderte Niederschlagsverteilung führt dazu, dass die Böden schneller austrocknen und die Wasserverfügbarkeit in kritischen Phasen abnimmt. Dadurch gerät die Vegetation zunehmend unter Trockenstress, mit Folgen für Landwirtschaft, Forstwirtschaft und Ökosysteme. Die effektive Wasserbilanz liefert somit wichtige Informationen für Klimaanpassungsstrategien, für eine vorausschauende Bewirtschaftung von Böden und Wasserressourcen.
Deutliche Abnahme der effektiven Wasserbilanz zu beobachten
In Kooperation mit dem Landesamt für Geologie und Bergbau Rheinland-Pfalz (LGB RLP) wurde die effektive Wasserbilanz flächendeckend für Rheinland-Pfalz berechnet. Sie beschreibt, wie viel Wasser Pflanzen während der Hauptvegetationsperiode zur Verfügung steht. Die Berechnung erfolgt für den Zeitraum April bis August (AMJJA) und berücksichtigt sowohl Wasserzuflüsse als auch Wasserverluste im Boden. Zur verfügbaren Wassermenge zählen: der Niederschlag, die nutzbare Feldkapazität des durchwurzelbaren Bodens (im Boden gespeichertes pflanzenverfügbares Wasser) sowie der kapillare Aufstieg aus dem Grundwasser, sofern dieser zur Wasserversorgung beiträgt. Davon wird die potenzielle Verdunstung (Evapotranspiration) abgezogen – also die Wassermenge, die unter den jeweiligen Witterungsbedingungen über Boden und Vegetation an die Atmosphäre abgegeben werden könnte. Eine positive effektive Wasserbilanz bedeutet, dass Pflanzen ausreichend Wasser zur Verfügung steht. Eine negative Bilanz weist dagegen auf ein Wasserdefizit hin. Die Zeitreihe für Rheinland-Pfalz zeigt einen deutlichen Wandel, seit den 1990er Jahren ist ein klarer Abwärtstrend erkennbar. Die Trendlinie verdeutlicht, dass die effektive Wasserbilanz kontinuierlich abnimmt. Auffällig ist insbesondere, dass deutlich positive Jahre seit den 1990er Jahren praktisch nicht mehr auftreten, während Jahre mit negativer Wasserbilanz zunehmen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich die Wasserverfügbarkeit für Böden und Vegetation in Rheinland-Pfalz verschlechtert hat.
Klimaprojektionen zeigen eine zunehmend negative Wasserbilanz
Die Abbildung zeigt, wie sich die effektive Wasserbilanz während der Hauptvegetationsperiode(April - August) in Rheinland-Pfalz künftig entwickeln könnte. Dargestellt sind Modellrechnungen unter dem Hochemissionsszenario "RCP8.5" für drei Zeiträume: 1991-2020, 2031-2060 und 2071-2100. Um nicht jede Modellrechnung einzeln zeigen zu müssen, ist in der oberen Reihe das Minimum und in der unteren Reihe das Maxmum der effektiven Wasserbilanz des Modell-Ensembles dargestellt. Positive Werte (blau) bedeuten für den Naturraum im Mittel eine gute Wasserverfügbarkeit für Pflanzen, negative Werte (rot) weisen im Mittel auf Wasserdefizite hin.
Bereits im heutigen Klima (1991-2020) treten regional große Unterschiede auf: eine günstige Wasserbilanz tritt besonders in Regionen mit höheren Niederschlägen und/oder niedrigeren Temperaturen, in grundwasserbeeinflussten Gebieten und in Gebieten mit Böden mit einer hohen nutzbaren Feldkapazität, d.h. mit Böden, die Wasser gut speichern können, auf. Während besonders die höheren Niedersschläge und niedrigeren Temperaturen in den Mittelgebirgen, wie Westerwald und Eifel zu finden sind, ist besonders die Vorderpfalz von grundwasserbeeinflussten Gebieten durchzogen, wie an Hand der Karte des kapillaren Aufstiegs (oben) zu erkennen ist. Daher treten in der eher trockenen und niederschlagsarmen Vorderpfalz durchaus sehr hohe Werte der effektiven Wasserbilanz auf, die lokal jedoch sehr unterschiedlich sein können.
Für die Zukunft zeigt sich ein klarer Trend: Die effektive Wasserbilanz verschlechtert sich in allen Regionen Rheinland-Pfalz. Dieser Trend ist insbesondere durch eine Zunahme der Temperaturen und eine Abnahme der Niederschläge in der Hauptvergetationsperiode beeinflusst (nFK und kapillarer Aufstieg sind als konstant angenommen). Bis zum Ende des Jahrhunderts (2071-2100) dominieren in den Projektionen negative Werte. Aber auch das Maximum der Klimaprojektionen (untere Reihe) zeigt Veränderungen. Während im Referenzzeitraum in vielen Naturräumen noch deutliche Wasserüberschüsse auftreten, fallen diese künftig geringer aus.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Trockenstress während der Vegetationsperiode künftig häufiger und intensiver auftreten wird. Ursache ist vor allem die steigende Verdunstung infolge höherer Temperaturen. Diese kann künftig nur noch in Naturräumen mit vergleichsweise hohen Niederschlägen sowie Böden mit hoher Wasserspeicherkapazität teilweise ausgeglichen werden.
Die effektive Wasserbilanz in den Naturräumen unterscheidet sich strak
Die Abbildung ergänzt die Kartenansicht um eine detaillierte Darstellung der Bandbreite der effektiven Wasserbilanz (effWB) in den Naturräumen von Rheinland-Pfalz. Damit wird sichtbar, wie stark die Wasserverfügbarkeit innerhalb eines Naturraums zwischen dem Minimum und dem Maximum der Bandbreite der Klimaprojektionen schwanken kann. Zusätzlich sind die Beobachtungsdaten des Referenzzeitraums 1991-2020 als rote Kreuze dargestellt. Sie zeigen, wo die tatsächlich beobachteten Werte innerhalb der modellierten Spannweiten liegen. In vielen Naturräumen befinden sich die Beobachtungswerte eher beim Minimum der Bandbreite der Klimaprojektionen. Gleichzeitig wird deutlich, dass sich die Bandbreiten in den Zukunftszeiträumen in der überwiegenden Anzahl der Naturräume zu geringeren Wasserverfügbarkeiten verschieben wird. Dadurch steigt die Wahrscheinlichkeit ausgeprägter Wasserdefizite während der Vegetationsperiode. Die Darstellung macht zudem die Unterschiede zwischen den Naturräumen sichtbar; Regionen mit günstigen Standortbedingungen, etwa höheren Niederschlägen oder einer hohen Wasserspeicherkapazität der Böden, weisen insgesamt höhere Wertebereiche auf als wärmere und trockenere Naturräume.