Project

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Water level regimes and tropical forest functioning in floodplains and headwater springs (WatForFun)

English title WATer level regimes and tropical FORest FUNctioning in floodplains and headwater springs (WatForFun)
Applicant van Meerveld Ilja
Number 186303
Funding scheme Resource not found: '73db8922-9c9a-4c27-a5dd-3e7f63f62a65'
Research institution Hydrology and Climate Unit Department of Geography University of Zurich
Institution of higher education University of Zurich - ZH
Main discipline Hydrology, Limnology, Glaciology
Start/End 01.08.2020 - 31.07.2023
Approved amount 249'983.00
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All Disciplines (4)

Discipline
Hydrology, Limnology, Glaciology
Agricultural and Forestry Sciences
Environmental Research
Ecology

Keywords (8)

Tropical forest; Springs; Floodplain; Functional traits; Ecohydrology; Vegetation structure; Water level; Flood regime

Lay Summary (German)

Lead
Tropische Wälder im Flusstal und Quellgebiete sind einzigartige Ökosysteme. Die Vegetation in dieses Gebieten hängt stark von den Schwankungen des Strom- und Grundwasserspiegels ab. Im WatForFun-Projekt möchten wir die Zusammenhänge zwischen diesen Wasserstandsregimen, der Artenverteilung, der Gemeinschaftsstruktur und der Funktionsweise des Ökosystems besser verstehen. Mit diesem Wissen kann besser vorhersagt werden, wie sich diese Ökosysteme infolge der Landnutzung oder des Klimawandels ändern können.
Lay summary

Saisonal überflutete Tropenwaldökosysteme zeichnen sich durch eine hohe Artenvielfalt aus und beherbergen viele einzigartige Arten. Sie sind heute aber auch eines der am stärksten bedrohten Ökosysteme. Die Abhängigkeit dieser Ökosysteme von Hochwasser macht sie anfällig für Klima- oder Landnutzungsänderungen, die sich auf das hydrologische Regime der Flüsse auswirken. Obwohl die saisonalen Überschwemmungen die Wälder prägen, ist unser Verständnis der Wechselwirkungen zwischen den natürlichen Schwankungen des Wasserspiegels und der Waldzusammensetzung und -struktur begrenzt. Wälder in der Nähe von Quellen haben ebenso oft eine hohe Artenvielfalt und sind auch stark wasserabhängig, aber für diese Wälder ist auch nur wenig über die Beziehung zwischen dem Wasserstandsregime und der Waldzusammensetzung bekannt. Infolgedessen sind die Auswirkungen von Änderungen des Grundwasserspiegelregimes aufgrund von Klima- und Landnutzungsänderungen auf die Ökologie und Vielfalt dieser Wälder weitgehend ebenso unbekannt. Das WatForFun-Projekt wird dazu beitragen, die Beziehung zwischen Vegetation und Schwankungen des Wasserspiegels in diesen einzigartigen Ökosystemen besser zu verstehen.

Das übergeordnete Ziel des WatForFun-Projekts besteht darin, die Auswirkungen des Klimawandels auf die Wasserstands Regime sowie die Zusammensetzung und Funktionsweise von saisonal überfluteten Wäldern in Überschwemmungsgebieten und im Nähe von Quellen zu bestimmen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden wir: 1) die Baumgemeinschaft an verschiedenen Auen- und Quellgebieten in zwei Einzugsgebieten (Rio Grande und Rio São Francisco) in Brasilien untersuchen, um deren Ökologie (Gemeinschaftsstruktur, phylogenetische Vielfalt und Struktur), funktionale Vielfalt und Struktur zu bestimmen, 2) die Beziehungen zwischen Vegetation und Umweltfaktoren (hydrologisches Regime, Nährstoffstatus des Bodens, und Klima) beschreiben , 3) die Bedeutung der Infiltration von Hochwasser für die Wiederauffüllung von Boden und Grundwasser sowie von Wasserbedarf von Bäumen analysieren, und 4) ein hydrologischen Modells verwenden, um die Auswirkungen des Klimawandels auf die Zusammensetzung und Funktionsweise von Auen und Quellwäldern zu berechnen.

Das WatForFun-Projekt wird beitragen, unser Verständnis der Bedeutung von Schwankungen des Wasserspiegels für Pflanzengemeinschaften zu verbessern. Damit trägt das Projekt dazu bei,Aussagen zu ermöglichen, wie sich Änderungen des Wasserspiegelregimes auf Lebensräume und Pflanzengemeinschaften auswirken. Die erwarteten Ergebnisse sind von ökologischer und sozioökonomischer Bedeutung, da Auenwälder und -quellen lebenswichtige Ressourcen für das Leben von Pflanzen und Tieren, und folglich auch für den Menschen, sind.

Direct link to Lay Summary Last update: 09.08.2020

Responsible applicant and co-applicants

Gesuchsteller/innen Ausland

Employees

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
197194 TopFlow: (in)visible water flows near the surface 01.03.2021 Project funding (Div. I-III)

Abstract

Seasonally flooded tropical forest ecosystems are characterised by high biodiversity and endemism, but even though it is the seasonal flooding that shapes these systems, our understanding of the interactions between the flood regime and forest composition and structure is limited. Forests around springs also have high biodiversity and are highly dependent on water but also for these forests little is known about the relation between the water level regime and forest composition. As a result, the effects of changes in the water level regime or flood frequency due to climate and land-use change on the ecology and diversity of these forests are largely unknown. The overall goal of the proposed research is therefore to determine the effects of climate change on water level regimes and forest composition and functioning for seasonally flooded forests and headwater springs. In order to reach this goal, we will: 1) investigate tree community characteristics at different floodplain and spring sites to understand their ecology (community structure, phylogenetic diversity and structure, functional diversity and structure), 2) determine the relationships between vegetation and environmental factors (hydrologic regime, soil nutrient status, and climate), 3) determine the importance of infiltration of floodwater for recharge and tree transpiration for the floodplain forests, 4) assess how well we can calibrate bucket-type hydrological models using water level, stream width, or flood extent data, and 5) use a hydrological model to determine the effects of climate change on the composition and functioning of floodplain and spring forests. We plan to study floodplain and headwater spring forests in two river basins: the Rio Grande and the Rio São Francisco. For each river basin, we plan to study four floodplain sites and five headwater spring sites. At each site, we will identify all trees with a diameter at breast height of at least 5 cm and collect soil samples for soil texture and nutrient analysis. For the floodplain sites, we will do this at 30 plots along the floodplain gradient (marginal levee, lower terrace, higher terrace, lower plain, and higher plain) and for the headwater spring sites at 25 different plots. For all floodplain sites and four spring sites, we will sample the twigs of the dominant trees and the soil at different depths below the soil surface for isotope analysis. At each site, we will also install shallow wells and time-lapse cameras to determine the water level regime and duration of flooding. In addition, we will analyse satellite data to obtain longer-term data on stream width and flood extent. For each plot, we will calculate measures of taxonomic and phylogenetic diversity, community structure, biomass and functional traits, and relate them to the water level regime. We will use generalized (and/or additive) mixed linear models to evaluate the effects of hydrological, climatic and edaphic variables on the tree communities. We will use a 1-D hydrological flow and transport model to determine the infiltration of floodwater into the soil, and isotope mixing models to determine the relative importance of floodwater or groundwater and local rainwater for tree water uptake. Furthermore, we will calibrate a conceptual (i.e., bucket-type) hydrological model for each site using measured and satellite-derived data on stream width, stage and flood extent, to determine the value of this data for model calibration. Finally, we will use this calibrated conceptual model together with different climate scenarios to determine the effects of climate change on the water level regime, and based on the established relation between the vegetation and the hydrologic regime determine the effects of climate change on the tree communities and functioning of these ecosystems.
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