Effektive Wasserbilanz
Die effektive Wasserbilanz (effWB) ist ein Indikator für die Wasserverfügbarkeit im Boden und damit für die Wasserversorgung der Pfalnzen. 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. Höhere Temperaturen, häufigere Trockenphasen und veränderte Niederschlagsverteilungen führen dazu, dass die Böden schneller austrocknen und die Wasserverfügbarkeit in kritischen Phasen abnimmt. Besonders betroffen sind Standorte mit einer hohen potentiellen Verdunstung, geringer Speicherkapazität im Boden und ohne Grundwasseranschluss. Die effektive Wasserbilanz liefert somit wichtige Informationen für Klimaanpassungsstrategien, für eine vorausschauende Bewirtschaftung von Böden und Wasserressourcen.
Steigende Temperaturen und eine erhöhte Verdunstung führen zu einer stärkeren Wasserentnahme durch Pflanzen und Atmosphäre – insbesondere während der Vegetationsperiode. Dadurch gerät die Vegetation zunehmend unter Trockenstress, mit Folgen für Landwirtschaft, Forstwirtschaft und Ökosysteme.
Effektive Wasserbilanz der Hauptvegetationsperiode vom April bis August
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 bis August) in Rheinland-Pfalz künftig entwickeln könnte. Dargestellt sind Modellrechnungen unter einem starken Klimawandelszenario (RCP8.5) für drei Zeiträume: 1991-2020, 2031-2060 und 2071-2100 für das Minimum und Maximum der Niederschläge in einem Ensemble von 10 regionalen Klimaprojektionen. Die obere Kartenreihe zeigt jeweils die ungünstigsten Jahre (Minimum), die untere Reihe die günstigsten Jahre (Maximum) der effektiven Wasserbilanz. Positive Werte (blau) bedeuten eine gute Wasserverfügbarkeit für Pflanzen, negative Werte (rot) weisen auf Wasserdefizite hin.
Bereits im heutigen Klima (1991-2020) treten regional Unterschiede auf: Besonders in höheren Lagen mit höheren Niederschlägen und grundwasserbeeinflussten Standorten und Naturräumen mit Böden mit einer hohen nutzbaren Feldkapazität ist die Wasserbilanz häufig günstiger, während wärmere und trockenere Gebiete und Regionen mit Böden mit einer geringen nutzbaren Feldkapazität geringere Werte aufweisen. Für die Zukunft zeigt sich ein klarer Trend: Die effektive Wasserbilanz verschlechtert sich in allen Regionen Rheinland-Pfalz. Vor allem beim Minimum der Niederschläge der Klimaprojektionen (obere Reihe) nehmen Wasserdefizite deutlich zu. Bis zum Ende des Jahrhunderts (2071-2100) dominieren in vielen Regionen negative Werte. Aber auch das Maximum der Klimaprojektionen (untere Reihe) zeigt Veränderungen. Während im Referenzzeitraum in vilen 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.