Description: Zunehmende Landnutzungsintensität (LUI) verursacht umweltrelevante Stickstoff (N)-Verluste und den Rückgang von Artenvielfalt und Multifunktionalität in Grünlandökosystemen. Gezielte Minderungsstrategien werden jedoch durch ein mangelhaftes mechanistisches Verständnis der Wechselwirkungen zwischen LUI, ober- und unterirdischer Biodiversität und dem N-Kreislauf verhindert. BE_BioMON will über die interdisziplinäre Integration von molekularbiologischer Bodenökologie, biogeochemischer Prozessforschung zur kurzfristigen N-Allokation im System Pflanze-Boden-Mikroorganismen und physikochemischer Prozessforschung zur langfristigen Retention von organischem Stickstoff (SON) diese Wissenslücke schließen. Dabei werden Messungen und Modellierungen verknüpft. Wir erwarten, dass sich mit abnehmendem LUI und einem artenreicheren Mikrobiom die N-Verteilung von Nitrifikation/Denitrifikation zu biotischer Assimilation verschiebt. Dies fördert die N-Retention durch Nekromassestabilisierung in partikulärem und mineralassoziiertem SON in Abhängigkeit von Aggregatumsatz und mikroskaliger Bodenarchitektur. Wir nehmen zudem an, dass eine Erhöhung der LUI zu einer Verschiebung von symbiotischer zu assoziativer N-Fixierung führt, was das N2:N2O-Emissionsverhältnis aufgrund verkürzter Denitrifikation bei symbiotischen N-Fixierern erhöhen wird. Darüber hinaus erwarten wir, dass d15N im Boden einen Fingerabdruck der Auswirkungen der LUI auf den N-Kreislauf liefert und somit als prozessintegrierende Bezugsgröße für Ökosystemmodelle dienen kann. Wir erwarten uns hiervon eine verbesserte räumlich-zeitliche Skalierung von LUI-Effekten auf den N-Kreislauf. Um die Hypothesen zu testen, werden wir 15N-Dünger-Tracing-Experimente auf ausgewählten Parzellen unterschiedlicher LUI in allen 3 Biodiversitätsexploratorien (BE) durchführen (WP1). In WP2 werden Mesokosmen-Experimente unter 15N2-Exposition durchgeführt, um die Auswirkungen von LUI auf Umsetzung von BNF-N zu untersuchen. WP3 zielt darauf, den N-Kreislauf im Rahmen der BE-Bodenbeprobungskampagne auf allen Grünland-EPs durch vertikale d15N-Bodenprofile, Metagenomik und SON-Fraktionierung zu bestimmen. Die gewonnenen Erkenntnisse aus WP1-3 und aus bereits verfügbaren BExIS-Daten werden zum Testen und Weiterentwickeln der N-Routinen des prozessbasierten Ökosystemmodells LandscapeDNDC verwendet. Dieses Modell, erweitert um ein dynamisches Vegetationsmodell CoSMo, wird dann verwendet, um den N-Kreislauf für die sämtliche BE-Grünlandparzellen zu simulieren (WP4). In WP5 (Synthese) werden wir LUI und Biodiversität, gemessene und modellierte biogeochemischen N-Umsetzungen, N-Retention durch organo-mineralische Interaktionen und vollständige N-Bilanzen auf Skalen von Tagen bis Jahren mechanistisch verknüpfen. Wir erwarten somit, dass diese Synthese ein mechanistisches und funktionales Verständnis des N-Kreislaufs unter dem Einfluss von LUI, ober- und unterirdischer Biodiversität sowie standortspezifischen Eigenschaften ermöglicht.
Types:
SupportProgram
Tags:
Denitrifikation
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Vegetation
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Lack
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Artenverlust
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Stickstoff
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Bodenökologie
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Bodenkunde
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Lachgas
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Stickstoffbilanz
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Biodiversitätsverlust
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Assimilation
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Ökosystemmodell
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Stickstoffkreislauf
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Modellierung
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Bodenbiodiversität
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Biodiversität
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Ecology of Land Use
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Grünlandökosystem
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Soil Sciences
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Ökologie der Landnutzung
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Region:
Bayern
Bayern
Bounding boxes:
8.976365399999999° .. 13.8396495° x 47.2701114° .. 50.5647142°
8.975925858835046° .. 13.839584445425059° x 47.27012360469913° .. 50.56422474230778°
License: Creative Commons Namensnennung-keine Bearbeitung-Nichtkommerziell 4.0
Language: Deutsch
Organisations
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Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt (GmbH), Forschungseinheit vergleichende Mikrobiomanalysen (Projektverantwortung)
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Karlsruher Institut für Technologie (Projektverantwortung)
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Technische Universität München, Lehrstuhl für Umweltmikrobiologie (Projektverantwortung)
-
Technische Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt, Lehrstuhl für Bodenkunde (Projektverantwortung)
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Umweltbundesamt (Bereitstellung)
Last harvest: 21.09.2026 00:23
Time ranges:
2023-01-01 - 2026-09-29
Alternatives
-
Language: Englisch/English
Title: Sub project: Linking land use intensity, biodiversity, soil microbial processes and organo-mineral interactions for a mechanistic understanding of Nitrogen turnover in grassland ecosystems
Description: Increase in land use intensity (LUI) is a strong driver for environmental nitrogen (N) losses and decline of biodiversity and multifunctionality in grassland ecosystems. Still, interactions between LUI, above- and belowground biodiversity and N cycling in grassland ecosystems lack a mechanistic understanding, which prevents targeted mitigation measures. Through an interdisciplinary integration of soil microbial ecology, short-term processes of biotic N partitioning in the plant-soil-microbe system, and long-term physicochemical soil organic nitrogen (SON) retention pathways, BE_BioMon aims to fill this knowledge gap by linking measurements and modelling. We hypothesize that with decreasing LUI and more diverse microbiome, N partitioning shifts from nitrification/denitrification to biotic assimilation. This promotes N retention via necromass stabilization in particulate and mineral-associated SON depending on aggregate turnover and microscale soil architecture. Furthermore, we expect that increasing LUI will result in a shift from symbiotic to associative N fixation, which will increase the N2:N2O emission ratio due to truncated denitrification pathways in symbiotic diazotrophs. Moreover, we hypothesize that soil d15N is fingerprinting LUI effects on N cycling, and thus can serve as a process integrating benchmark quantity for ecosystem models. This is expected to advance modeling-based spatiotemporal scaling of LUI effects on grassland N cycling. To test the hypotheses, we will perform field 15N fertilizer tracing experiments at selected plots of different LUI at all 3 Biodiversity Exploratories (BE) (WP1). In WP2, we will conduct mesocosm experiments with 15N2 exposure to disentangle LUI effects on the fates of BNF-N. WP3 is designed to fingerprint N cycling within the BE soil sampling campaign at all grassland EPs through vertical d15N soil profiles, metagenomics, and SON fractionation. The gained knowledge from experimental work of WP1-3 and already available BExIS data will be used for testing and advancing N routines of the process-based ecosystem model LandscapeDNDC. This model, expanded by a dynamic vegetation model CoSMo, is used to evaluate differences in N cycling across the entirety of BE grassland plots (WP4). In WP5 (synthesis) we will mechanistically link effects of LUI and biodiversity with measured and modeled biogeochemical N transformations, N retention through organo-mineral interactions and full N balances at scales from days to years. We expect that this synthesis finally allows for an advanced mechanistic and functional understanding of ecosystem N cycling as influenced by LUI, above- and belowground biodiversity and site-specific properties.
URL: https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1140701
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