SpekMonOK: Etablierung eines Spektroskopie-gestützten Monitorings für Organische Kohlenstoffvorräte (Corg-Vorräte) in Österreichs Böden
Projektleitung
Stefan Forstner
Forschungseinrichtung
Bundesforschungs- und Ausbildungszentrum für Wald, Naturgefahren und Landschaft (BFW)
Projektnummer
102233Projektlaufzeit
-
Finanzierungspartner
Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Klima- und Umweltschutz, Regionen und Wasserwirtschaft| Amt der Wiener Landesregierung| Amt der Niederösterreichischen Landesregierung| Amt der Oberösterreichischen Landesregierung| Amt der Salzburger Landesregierung| Amt der Steiermärkischen Landesregierung| Amt der Tiroler Landesregierung| Amt der Vorarlberger Landesregierung| Amt der Burgenländischen Landesregierung| Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Klima- und Umweltschutz, Regionen und Wasserwirtschaft
Allgemeine Projektinformationen
Abstract (deutsch)
- Österreich benötigt für verschiedene Zwecke ein landnutzungsübergreifendes Monitoring-System für Corg-Vorräte in Böden.
- Klassische Labor-Analysen von Corg-Gehalt und der Trockenrohdichte des Feinbodens sind teuer und zeitintensiv; neue Bestimmungsmethoden basierend auf Infrarot-Spektroskopie können die Kosten für notwendige Folgeerhebungen (Monitoring) um rund 2/3 senken.
- Im Projekt erfolgt der Aufbau einer Bodenspektralbibliothek (SSL) anhand von ca. 5200 archivierten Bodenproben, welche eine notwendige Voraussetzung für die Vorhersage von Corg-Gehalt und der Trockenrohdichte des Feinbodens ist. Die benötigte Geräte-Infrastruktur, insbesondere ein modernes IR-Spektrometer, ist am BFW, Institut für Waldökologie und Boden, bereits vorhanden.
- Auf Basis der erstellten Bodenspektralbibliothek werden Pedotransfer-Funktionen (PTFs) zur Vorhersage von Corg-Gehalt und der Trockenrohdichte des Feinbodens entwickelt.
- Es wird ein großer Mehrwert für andere Berichtspflichten (z.B. Treibhausgas-Berichterstattung, Soil Monitoring Law) erwartet, da weitere Bodeneigenschaften ebenfalls aus der SSL abgeleitet werden können.
Schlagwörter (deutsch)
Organischer Kohlenstoff, Trockenrohdichte, Infrarot-Spektroskopie, Boden-Spektralbibliothek, Boden-Monitoring, Wiederherstellungs-Verordnung, Bodenmonitoring-Gesetz (SML), LULUCF, Treibhausgas-Berichterstattung, Künstliche Intelligenz, Digitale Bodenkartierung
Titel, Abstract, Schlagwörter (englisch)
Titel (englisch)
Establishment of a spectroscopy-based monitoring system for organic carbon stocks in Austrian soils
Abstract (englisch)
- Austria requires a cross-land use monitoring system for soil organic carbon stocks for various purposes.
- Traditional laboratory analyses of organic carbon content and dry bulk density of fine soil are expensive and time-consuming; new determination methods based on infrared spectroscopy can reduce the costs of necessary follow-up surveys (monitoring) by around two-thirds.
- The project involves the creation of a soil spectral library (SSL) based on approximately 5,200 archived soil samples, which is a necessary prerequisite for predicting organic carbon content and dry bulk density of fine soil. The necessary equipment, in particular a modern IR spectrometer, is already available at the BFW, Institute of Forest Ecology and Soil.
- Based on the soil spectral library created, pedotransfer functions (PTFs) will be developed to predict organic carbon content and dry bulk density of fine soil.
- This is expected to add significant value for other reporting requirements (e.g. greenhouse gas reporting, Soil Monitoring Law), as other soil properties can also be derived from the SSL.
Schlagwörter (englisch)
Organic carbon, dry bulk density, infrared spectroscopy, soil spectral library, soil monitoring, LULUCF, greenhouse gas reporting, Soil Monitoring Law, Nature Restoration Law, Digital Soil Mapping, Artificial intelligence
Projektziele
- Erstellen einer landnutzungsübergreifenden, räumlich repräsentativen Bodenspektralbibliothek zur Vorhersage von Corg-Gehalt und Trockenrohdichte des Feinbodens für Österreichs Böden als Grundlage eines kostengünstigen Monitoring-Systems.
- Erstellung von spektralen Pedotransfer-Funktionen (PTFs) zur Modellierung von Corg-Gehalt und der Trockenrohdichte des Feinbodens inkl. Abschätzung der Unsicherheiten.
- Validierung der spektralen Modelle anhand von klassischen Labormessungen von Corg-Gehalt und der Trockenrohdichte des Feinbodens.
- Primäres Projektergebnis ist die Bereitstellung (a) einer Bodenspektralbibliothek und (b) validierter PTFs, mit Hilfe derer die Bodenkohlenstoff-Vorräte für zukünftigen Monitoring-Standorten in sehr guter Qualität vorhergesagt werden können - basierend lediglich auf einer vergleichsweise günstigen Messung des Infrarot-Spektrums der jeweiligen Bodenprobe.
Praxisrelevanz
Das Projekt stellt eine Infrastruktur zur schnellen und günstigen Bestimmung von grundlegenden Bodeneigenschaften bereit. Primär sollen damit zunächst Corg-Gehalt und die Trockenrohdichte des Feinbodens in hoher Qualität vorhergesagt werden (Erklärte Varianz >80-90%). Grundsätzlich können jedoch - beim Vorliegen geeigneter Referenzmessungen - auch andere grundlegende Bodeneigenschaften wie pH-Wert, Gesamtstickstoff-Gehalt, Ton-Gehalt, Sand-Gehalt, oder Kationenaustauscher-Kapazität gut bis sehr gut anhand von IR-Spektren vorhergesagt werden.
Die geschaffene Infrastruktur (Spektralbibliothek und Vorhersage-Modelle) hat hohes Potential, die Kosten für Routineanalysen im Bodenbereich zu senken. Neben den Vorteilen für Monitoringaufgaben im Rahmen von Verordnungen und Gesetzen, wie z.B. der Wiederherstellugns-Verordnung oder dem Soil Monitoring Law, besteht hohes Potential für alle Anwendungen, in denen Routineanalysen von viele Bodenproben benötigt werden. Dabei kann die IR-Spektroskopie die klassischen Labor-Analysen nie ganz ersetzen, sondern ist vielmehr auf das teilweise Vorliegen von klassichen Analysendaten angewiesen: Spektrometrie und klassische Analytik ergänzen einander also. Bei zukünftigen Projekten müssen jedoch nicht mehr alle Proben klassisch analysiert werden. Alternativ können bei vorgegebenen Budget mehr Proben gemessen werden. Dies ermöglicht es, bei begrenzten Ressourcen mehr Informationen zu generieren, um damit z.B. die räumliche und zeitliche Variabilität von Bodeneigenschaften besser fassen zu können.
Zusammenfassend ist es durch die geschaffene Infrastruktur möglich, grundlegende Bodeneigenschaften wie Corg-Gehalt, pH-Wert oder Ton-Gehalt mit geringerem finanziellen Aufwand bzw. an mehr Bodenproben bei gleichem finanziellen Aufwand zu messen.