Sediment erosion and transport is critical to the ecological and commercial health of aquatic habitats from watershed to sea. There is now a consensus that microorganisms inhabiting the system mediate the erosive response of natural sediments ('ecosystem engineers') along with physicochemical properties. The biological mechanism is through secretion of a microbial organic glue (EPS: extracellular polymeric substances) that enhances binding forces between sediment grains to impact sediment stability and post-entrainment flocculation. The proposed work will elucidate the functional capability of heterotrophic bacteria, cyanobacteria and eukaryotic microalgae for mediating freshwater sediments to influence sediment erosion and transport. The potential and relevance of natural biofilms to provide this important 'ecosystem service' will be investigated for different niches in a freshwater habitat. Thereby, variations of the EPS 'quality' and 'quantity' to influence cohesion within sediments and flocs will be related to shifts in biofilm composition, sediment characteristics (e.g. organic background) and varying abiotic conditions (e.g. light, hydrodynamic regime) in the water body. Thus, the proposed interdisciplinary work will contribute to a conceptual understanding of microbial sediment engineering that represents an important ecosystem function in freshwater habitats. The research has wide implications for the water framework directive and sediment management strategies.
Zweck der Waldkalkungen ist, der zum Teil tief reichenden Versauerung der Waldböden entgegenzuwirken. Die fortschreitende Versauerung der Böden geht mit erheblichen Schädigungen des Ökosystems Wald einher. So werden mit sinkenden pH-Werten (Säuregradmesser) das giftige Aluminium und Schwermetalle ausgewaschen, die die Wurzeln der Bäume schädigen und ins Grundwasser verlagert werden. Auch Nährstoffe werden dem Boden entzogen und stehen damit den Pflanzen nicht mehr zur Verfügung. Durch die Kalkungsmaßnahmen werden die Waldböden sozusagen mit einer Schutzhülle aus Kalk bedeckt. Der Kalk soll die über die Niederschläge eingetragenen Säuremengen in den obersten Bodenschichten über einen gewissen Zeitabschnitt neutralisieren, um damit den Bodenzustand zu stabilisieren und ggfs. auch wieder zu verbessern. Die Kalkung dient zudem auch dem Grundwasser- und damit letztlich dem Trinkwasserschutz. Besonders kalkungsbedürftig sind die Waldflächen der Buntsandsteingebiete im Saarland, da deren Böden von Natur aus ein nur geringes Pufferungsvermögen gegenüber Säureeinträgen aufweisen. Den Kalkungsmaßnahmen vorausgegangen waren bodenchemische Analysen durch das Landesamt für Umwelt und Arbeitsschutz (LUA), um zuverlässige Aussagen über den Bodenzustand zu erhalten. Im Anschluss an die Kompensationskalkung wird es weitere Untersuchungen im Sinne einer Wirkungskontrolle geben. Von der Kalkung ausgeschlossen werden einerseits aus Naturschutzgründen sensible Flächen (z.B. Naturschutzgebiete, Naturwaldzellen u.ä.). Anderseits werden Verkehrsflächen und siedlungsnahe Flächen ausgeschlossen. Die Kompensationskalkung erfolgt ausschließlich in der vegetationsarmen Zeit, da nur dann sichergestellt ist, dass eine möglichst große Kalkmenge den Boden auch erreicht. Ausgebracht wird der Magnesiumkalk per Hubschrauber. Bei einer Menge von etwa 3 Tonnen pro Hektar können so pro Tag zwischen 60 und 75 Hektar Wald behandelt werden.
Soil microorganisms can mobilize and immobilize phosphorus (P), and therefore strongly affect the availability of P to plants. In this project we hypothesize that the ratio of labile P to microbial P increases during the transition from acquiring to recycling ecosystems. Microbial and plant P uptake will be studied with 33P that will be quantified in microbial and plant biomass as well as in lipids. To what extent microorganisms immobilize and mobilize P during decomposition of soil organic matter will be explored with a 14C/33P labeled monoester. Seasonal dynamics of actual and potential P mineralization (33P dilution and phosphatase activity), and microbial P immobilization will be studied with soils of the transition from acquiring to recycling ecosystems. The contribution of litter-derived P will be explored in a litter exclusion experiment in the field. Spatial patterns of microbial and plant P mineralization in the rhizosphere will be explored by analyses of areas of high acid and alkaline (=microbial-derived) phosphatase activity by soil zymography, and their relations with areas of high rhizodeposition (14C imaging). In conclusion, we will analyse mechanisms of actual and potential microbial P mineralization and immobilization, localization, and consequences for P uptake by plants.
The formation of biogeochemical interfaces in soils is controlled, among other factors, by the type of particle surfaces present and the assemblage of organic matter and mineral particles. Therefore, the formation and maturation of interfaces is studied with artificial soils which are produced in long-term biogeochemical laboratory incubation experiments (3, 6, 12, 18 months. Clay minerals, iron oxides and charcoal are used as major model components controlling the formation of interfaces because they exhibit high surface area and microporosity. Soil interface characteristics have been analyzed by several groups involved in the priority program for formation of organo-mineral interfaces, sorptive and thermal interface properties, microbial community structure and function. Already after 6 months of incubation, the artificial soils exhibited different properties in relation to their composition. A unique dataset evolves on the development and the dynamics of interfaces in soil in the different projects contributing to this experiment. An integrated analysis based on a conceptual model and multivariate statistics will help to understand overall processes leading to the biogeochemical properties of interfaces in soil, that are the basis for their functions in ecosystems. Therefore, we propose to establish an integrative project for the evaluation of data obtained and for publication of synergistic work, which will bring the results to a higher level of understanding.
Änderungen des Grundwasserstandes können mit z.T. irreversiblen Schäden für Böden und Ökosysteme verbunden sein. Gegenüber Grundwasserabsenkungen sind besonders solche Böden empfindlich, deren Funktionen von einem hohen Grundwasserstand abhängen, so z.B. Moore, Nass- und Auengleye, sowie grundwasserbeeinflusste Böden, z.B. Gleye und vergleyte Böden. Böden mit nassen und extrem feuchten Eigenschaften werden aus den Bewertungen der Bodenteilfunktion Lebensraum und Lebensgrundlage gefiltert und als Böden mit „Empfindlichkeit bei Trockenlegung“ dargestellt.
Klimaschutzministerin Katrin Eder informierte sich bei Naturschutzprojekt der Stiftung Natur und Umwelt (SNU) bei Siesbach über Vorkommen und Verhalten von Tagfaltern – Bürgerinnen und Bürger können helfen, Arten mit einer App zu dokumentieren „Wiesen gehören zu den artenreichsten Lebensräumen Mitteleuropas. Das ist besonders bedeutsam vor dem Hintergrund, dass weltweit jeden Tag rund 150 Arten für immer aussterben. Dagegen können und müssen wir etwas tun. Denn die Vielfalt der Arten hilft uns, besser mit den Auswirkungen des Klimawandels zurechtzukommen. Vielfältige Ökosysteme sind gegenüber Veränderungen robuster. Sie können sich besser anpassen, da der Genpool größer ist. Die Artenvielfalt ist wie ein großes Puzzle: Je mehr Teile fehlen, desto schwächer wird das Bild – je mehr Arten fehlen, desto schwächer wird die Leistung eines Ökosystems, wie die Fähigkeit Wasser aufzunehmen, CO2 im Boden zu speichern oder für Bestäubung zu sorgen“, so Klimaschutzministerin Katrin Eder am heutigen Donnerstag in Siesbach im Hunsrück. Dort besuchte sie ein Naturschutzprojekt der Stiftung Natur und Umwelt Rheinland-Pfalz (SNU) gemeinsam mit interessierten Bürgerinnen und Bürgern. Über 70 Hektar Projektfläche, davon 50 Hektar zusammenhängende Wiesen, darunter viele Nass- und Feuchtwiesen, die von Wald umgeben sind und durch Hecken und Säume ergänzt werden, bieten bei Siesbach einen vielgestaltigen Lebensraum für Pflanzen und Tiere. Dort wurden bereits über 200 Pflanzenarten und bisher 52 Insektenarten dokumentiert – darunter allein 35 Schmetterlingsarten. „Wiesen sind nicht einfach nur Gräser – sie haben wichtige Funktionen für uns alle. Sie prägen das Landschaftsbild - gerade, wenn sie so farbenfroh und artenreich wie diese Orchideenwiesen sind. Sie halten durch die Wurzeln der Gräser das Erdreich fest und schützen so vor Erosion und können durch die verschieden tiefe Durchwurzelung der unterschiedlichen Pflanzen gut Wasser aufnehmen. Außerdem sorgen sie für den Erhalt wichtiger Bestäuber, wie Bienen, Schmetterlinge und Hummeln. Von diesen sind wiederum zahlreiche Obst- und Gemüsesorten abhängig. Zudem sind Insekten wichtiges Vogelfutter. Sinkt die Zahl der Insekten, zwitschern also auch weniger Vögel – so hängt alles mit allem zusammen“, so Katrin Eder. Inmitten der bunten Wiesen des Projekts „Schmetterlingswiesen bei Siesbach“ der SNU tummeln sich auch seltene Arten wie der Baldrian-Scheckenfalter, der Schlüsselblumen-Würfelfalter oder der Magerrasen-Perlmuttfalter. Diese gibt es dort, weil es da auch die entsprechenden namensgebenden Pflanzen, wie Baldrian, Schlüsselblume und Magerrasen gibt. Das alles kommt aber nicht von ungefähr. Würde man sich nicht um die Wiesen kümmern, würden sie nach und nach verbuschen. Im Schatten hätten aber viele der Blumen und damit auch der Schmetterlinge keine Chance. Deshalb werden die Wiesen von engagierten Landwirtinnen und Landwirten gemäht. Dabei spielt auch der Zeitpunkt der Mahd eine wichtige Rolle. Hier ist sie zeitlich so gestaffelt, dass den Insekten ganzjährig blütenreiche Lebensräume zur Verfügung stehen. Das fördert eine individuenreiche Artenvielfalt. Die späte Mahd ermöglicht die Samenreife auch spätblühender oder langsam reifender Pflanzen wie Orchideen oder Arnika. Der heute übliche frühe landwirtschaftliche Mähtermin hat im Hunsrück zum weitgehenden Verschwinden der Orchideenwiesen geführt. Die Mähnutzung erhält eine Vielfalt seltener Arten mit einer hohen Zahl an Individuen. Gerade Wiesen mit einem späten Nutzungstermin sind für eine Beweidung nicht geeignet, da altes Futter nicht gefressen, sondern zertreten wird. Damit fehlt der Nährstoffentzug und das entscheidende Merkmal der Magerwiesen, nämlich Licht bis auf den Boden für die konkurrenzschwachen Pflanzen, geht verloren. Mähen ist allerdings aufwendiger als Beweiden, gerade wenn die Wiesen feucht oder nass sind. Hier leistet das Naturschutzprojekt wertvolle Unterstützung bei der gezielten Weiterentwicklung des Mahdregimes auf den Wiesen bei Siesbach. Das Naturschutzprojekt hat eine Laufzeit von 15 Jahren und wurde in Zusammenarbeit mit Margret Scholtes, der Biotopbetreuerin im Landkreis Birkenfeld, entwickelt. Es wird mit rund 1,6 Millionen Euro aus Mitteln der Ersatzzahlungen der naturschutzfachlichen Eingriffsregelung finanziert. Träger des Projektes ist die Stiftung Natur und Umwelt Rheinland-Pfalz. Die Flächen für das Projekt stellen die Ortsgemeinde Siesbach, die Kreisverwaltung Birkenfeld sowie viele private Flächeneigentümerinnen und -eigentümer in Absprache mit dem langjährigen Bewirtschafter zur Verfügung. „Hier ist Gemeinschaft das Erfolgskonzept, um diesen seltenen Reichtum der Arten und die Schönheit der Natur zu erhalten“, so Katrin Eder. Bei ihrem Besuch nahm Eder gemeinsam mit Bürgerinnen und Bürgern sowie Vertreterinnen und Vertretern aus Politik und Verwaltung an einer Tagfalter-Exkursion mit Schmetterlingsexpertinnen und -experten aus dem ehrenamtlichen und beruflichen Naturschutz teil. Denn die Artenvielfalt im Gebiet ist nicht nur für Spezialistinnen und Spezialisten interessant. Über die Meldeplattform ArtenFinder Rheinland-Pfalz können Bürgerwissenschaftlerinnen und -wissenschaftler dokumentieren, welche Tier- und Pflanzenarten sich in der Region befinden – viele Menschen machen das in „ihrem“ Gebiet oft über mehrere Jahre. Ausgestattet mit der App kann jede und jeder Fotos machen und so dazu beitragen, dass eine Datenbank entsteht, in der dokumentiert wird, wie sich das Vorkommen der Arten im Lauf der Jahre entwickelt. Jochen Krebühl, Geschäftsführer der SNU, erklärte: „Mit der ArtenFinder-App kann sich jede und jeder an der Beobachtung der Gebietsentwicklung beteiligen. Die Exkursion bietet somit nicht nur Einblicke in die Lebenswelt von Schmetterlingen, sondern auch die Möglichkeit, selbst aktiv am Naturschutz mitzuwirken.“ Die Daten fließen über den ArtenFinder Rheinland-Pfalz in die Landesdatenbank ein und liefern so wertvolle Informationen zur Verbreitung von Arten in unserem Bundesland.
Soil is the first component of the environment that can be effected by GM plants, because they do not only consume the nutritive substances from the soil, but also release there different compounds during a growing period, and leave in the soil their remains. If the plants are modified to increase their resistance to plant pathogens, particularly bacteria, they can also affect the other microorganisms important for plant development. Also there are no considerable data about possible effect of GM plants on soil organic matter and chemical processes in soil. For the experiment it is planned to use transgenic potato plants (Solanum tuberosum L. cv. Desiree) expressing a chimerical gene for T4 lysozyme for protection against bacterial infections; - obtaining and short-term growing of GM plants in laboratory conditions; - extraction and collection of root exudates and microbial metabolites from rhizosphere; - analysis of these exudates by Pyrolysis-Field Ionisation Mass Spectrometry (Py-FIMS) in comparison with the exudates of wild-type plants and transgenic controls not harbouring the lysozyme gene, and with dissolved organic matter from non-cropped soil; - creation of 'fingerprints' for each new transgenic line in combination with certain soil on the basis of marker signals. Expected impacts: - New highly cost-effective express testing system for the risk assessment of genetically modified plants at the earliest stages of their introduction; - The conclusion about safety/danger of GM plants for the soil ecosystems; - Model for prediction of possible risk caused by GM plants.
Der Klimawandel bewirkt auch eine Erwärmung des Bodens, wodurch es zu einem verstärkten Abbau der organischen Substanz kommt. Dies könnte zu einem der stärksten Feedback-Mechanismen des Klimawandels werden, da durch diesen Prozess große Mengen CO2 emittiert würden. Ob tatsächlich Böden in sämtlichen Ökosysteme bei anhaltender Erwärmung zu Netto-CO2 Quellen werden, ist allerdings umstritten und sehr unsicher. Die am Umsatz der organischen Substanz beteiligten biogeochemischen Prozesse, und deren Änderung durch Erwärmung sind nicht im Detail verstanden. Dies liegt vor allem an den Schwierigkeiten der experimentellen Umsetzung von Bodenerwärmung. Besonders über lange Zeiträume, sowie in Unterböden, gibt es global kaum Beobachtungen zur Wirkung von Bodenerwärmung. Gerade ersteres erschwert die Abschätzung von neuen Gleichgewichtszuständen. Auch sogenannte Kipppunkte sind mit einer einzigen Erwärmungsstufe nicht zu ermitteln. Im Projekt AWESOME soll ein natürlicher (geothermaler) Erwärmungsgradient im kanadischen Yukon Territory genutzt werden, um wesentliche Erkenntnisse über die komplexen Wirkungen von Erwärmung auf die Interkation zwischen autotrophen und heterotrophen Organismen und der Mineralphase zu gewinnen. Erste Ergebnisse aus Voruntersuchungen zeigten, dass sich in dem geothermal erwärmten Boden unter subarktischem Laubwald Kohlenstoff um bis zu 22% reduziert war, während der Gesamtstickstoff im Boden unverändert blieb. Dabei kam es allerdings zu einer Stabilisierung des Stickstoffs in organischer Substanz an der Mineralphase. Vier Erwärmungsstufen mit einer Temperaturspanne von 8°C sind bereits etabliert und ein in-situ Mikrokosmenexperiment mit isotopisch markierter Streu wurde bereits im Sommer 2019 gestartet. Ein grundlegend verbessertes Verständnis dieser Beobachtungen und der Wirkung von jahrhundertelanger Erwärmung im Boden auf Umsetzungsprozesse der organischen Bodensubstanz soll durch dieses Projekt gewonnen werden. Sowohl Veränderungen der Vegetation und des Kohlenstoffeintrags, als auch der mikrobiellen Physologie, Gemeinschaft, deren Anpassung sowie der Qualität der organischen Bodensubstanz stehen im Fokus. Änderungen der Hydrologie (Bodenfeuchte) sowie der Mineralogie (Verwitterung) sollen als erklärende Variablen ebenfalls über den gesamten Erwärmungsgradienten abgebildet werden. Mit Hilfe mehrerer Kooperationspartner, modernsten Methoden der bodenkundlichen und mikrobiellen Forschung sowie einem idealen Versuchsstandort soll das Projekt AWESOME wichtige Fortschritte in einem zentralen Zukunftsthema liefern. Die Ergebnisse werden schließlich in Bezug zu einem weiteren geothermalen Erwärmungsexperiment auf Island gesetzt, um Unterschiede und Gemeinsamkeiten herauszuarbeiten.
Apple Replant Disease (ARD) gilt weltweit als eine wichtige bodenbürtige Krankheit mit negativen Auswirkungen auf Ertrag und Wachstum in der Apfelproduktion. Sie tritt vor allem dann auf, wenn Apfelbäume (Malus domestica Borkh.) wiederholt am gleichen Standort angepflanzt werden. Die ursächlichen Faktoren sind bis heute nicht vollständig geklärt, Veränderungen in der Mikrobiellen- und Nematoden-Gemeinschaft als Reaktion auf Apfelbäume scheinen aber eine große Rolle zu spielen. Innerhalb des Bodenökosystems kommt es darüber hinaus zu komplexen Wechselwirkungen zwischen Bodeneigenschaften, faunistischen Vektoren und trophischen Kaskaden, einschließlich genotypspezifischer Effekte auf den pflanzlichen Sekundärstoffwechsel. Eigene Ergebnisse zeigen negative Auswirkungen von ARD auf die Biodiversität der Bodenmesofauna sowie eine negative Verhaltensreaktion von Collembola. Ziel des vorliegenden Projektes ist es, die grundsätzlichen Mechanismen der Meidereaktion von Collembolen gegenüber ARD Böden im Detail zu untersuchen. Unsere Hauptinteressen liegen bei der Charakterisierung der Verhaltensmechanismen, der Identifizierung der ARD-bezogenen Signalstoffen, die das Verhalten der Collembolen auslösen und bei der Analyse der Signalinteraktion (multisensorische Orientierung). Höchstwahrscheinlich sind flüchtige organische Verbindungen (VOCs) für die Verhaltensreaktionen verantwortlich, aber auch andere sekundäre Metaboliten, z.B. Fraß- oder Kontaktreize, können derzeit nicht vollständig ausgeschlossen werden. Daher werden ARD verursachende Organismen (d.h. Bakterien, Pilze und Oomyceten), die von der ORDIAmur-Projektgruppe identifiziert wurden, verwendet, um ihre spezifische Wirkung auf das Verhalten von Collembolen im Bio-Tests zu untersuchen, die von No-Choice- bis zu Choice- Situationen unter konstanten Umweltbedingungen reichen. Um die Relevanz der Signale über evolutionäre Zeitskalen zu unterstreichen, wird zusätzlich der Einfluss auf die Fitness der Insekten betrachtet. Basierend auf den Ergebnissen werden spezifische Signalstoffe mittels GC-MS chemisch charakterisiert. Die Relevanz der wichtigsten Verbindungen wird durch Verhaltens-Bioassays bestätigt. Schließlich werden Biotests eingerichtet, um die Interaktion zwischen verschiedenen Stimuli, d.h. olfaktorischen Reizen und Fraßstimulanzien, zu untersuchen, um die Bedeutung des Informationsgehalts im Allgemeinen zu bewerten. Unsere Ergebnisse werden den Einfluss von ARD-verursachenden Mikroorganismen auf die Verhaltensökologie wichtiger Collembola-Arten aufzeigen und zur Identifizierung neuartiger Substanzen beitragen, die für die Entwicklung von Strategien zur Überwindung von ARD und zur auch zur Bekämpfung anderer wichtiger bodenbürtiger Schädlinge mit Repellentien von großem Interesse sein könnten.
| Origin | Count |
|---|---|
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