Im Rahmen des hier beantragten 12-monatigen Aufenthalt bei Prof. Dr. T. Dawson werde ich verschiedene Einsatzmöglichkeiten von stabilen Isotopen zum mechanistischen Verständnis von Prozessen in der Ökophysiologie/Baumphysiologie erlernen. Besonderer Schwerpunkt wird hierbei auf dem Studium biotischer Interaktionen und Stoffumsätze im Boden liegen. Anhand von eigenem Probenmaterial aus bereits abgeschlossenen Experimenten werde ich mir zunächst die Probenaufarbeitung, Verwendung der Massenspektrometer und Dateninterpretation von Grund auf aneignen. Während eines etwa vierwöchigen Aufenthalts bei Dr. C. Andersen werde ich in die Handhabung einer Messvorrichtung für unterirdische Untersuchungen an jungen Bäumen eingeführt. Diese 'mycocosms' werden anschließend für die in Berkeley geplanten Versuche eingesetzt. Mit Hilfe der stabilen Isotope 13C und 15N und Messungen der Bodenatmungsraten werden der Fluss an neu fixiertem C von den Blättern in den Boden, der C-Umsatz dort quantifiziert sowie die N- und C-Allokation erfaßt. Die Experimente dienen dem mechanistischem Verständnis qualitativer und quantitativer Änderungen dieser Allokations- und Umsatzprozesse durch Mykorrhizapilze und Konkurrenzinteraktionen. Die erlernten Methoden werden nach Beendigung des Auslandsstipendiums in Deutschland im Rahmen von Projekten eingesetzt, die sich mit der Konkurrenz zwischen Buche und Fichte beschäftigen.
Die Prozesse der Wasser- und Stoffbewegung sowie des Gasaustausches in Böden werdenmaßgeblich durch das an die Bodenstruktur gebundene Porensystem gesteuert. Die Funktionalität des Porensystems beruht hierbei sowohl auf den Anteilen unterschiedlicher Porengrößen als auch auf der Geometrie des Porenraumes. Während die Porengrößenverteilung mit bodenphysikalischen Standardmethoden unter der Annahme von Kapillarität quantifizierbar ist, lassen sich die realen Porenformen in ihrer räumlichen Anordnung (u.a. Kontinuität, Bottlenecks, Konnektivität, Tortuosität) nur durch optische Verfahren erschließen. Die präferentiellen Fließwege der Makro- und Grobporen (größer als 50 mym) wurden bereits in zahlreichen Studien in 2D und 3D analysiert. Für die mittleren Porengrößen (0,2 - 50 mym) mit hoher ökologischer Wirksamkeit in ungesättigten Böden liegen jedoch kaum morphologische Informationen vor. In diesem Projekt sollen die Verfahren der Kunstharzeinbettung und der Mikrofokus- Computertomographie (myCT) für eine qualitative und quantitative räumliche Analyse des Porensystems in verbesserter hoher Auflösung (bis zu 1 mym) eingesetzt werden. Die Darstellung der mittleren Porengrößen wird mit der neuesten hochauflösenden Technik der myCT bei gleichzeitiger Differenzierung von Matrix, Wasser und Luft realisiert. Die zu analysierenden Geometrieparameter unterschiedlicher Porengrößen werden mit den Funktionen der Wasser- und Luftleitfähigkeit korreliert. Die Darstellung der Wasserverteilung in realen Poren bei unterschiedlichem Entwässerungsgrad ermöglicht zudem eine Überprüfung der Kapillartheorie, die als allgemeine Grundlage für Wasserverteilung und Wasserfluss vorausgesetzt wird.
Nitrifikationsinhibitoren bieten die Moeglichkeit, mineralische N-Duenger und organische Duenger effektiv und umweltschonender (Nitratproblematik) einzusehen. Bisherige und laufende Untersuchungen erstrecken sich auf die Erfassung von Wirkungsparametern in Abhaengigkeit von Boden- und Umweltbedingungen, Bewirtschaftungsmassnahmen ua. Im Rahmen der Grundlagenforschung werden Probleme der N-Dynamik im Boden in Abhaengigkeit von der organischen Duengung (Guelle) sowie generell Fragen der Umsetzung organischer Duenger im Boden bearbeitet.
Les organes souterrains de plantes sont attaques par de nombreux champignons. Ceux-ci provoquent des degats considerables en agronomie intensive (serres, cultures maraicheres, cereales, etc.). Certains sols, dit suppressifs, empechent le developpement des maladies. L'un d'entre eux se trouve dans la region de Morens (canton de Fribourg). Le principe suppressif est du, en grande partie, a l'interaction entre certaines populations de bacteries et des argiles laisses par la derniere glaciation. Nous etudions des bases genetiques et moleculaires de cette interaction. Nous avons isole et sequence plusieurs genes bacteriens. Nous sommes principalement interesses a la regulation des metabolites actifs. (FRA)
Eine bisher zu wenig beachtete Möglichkeit, der durch den Klimawandel zunehmenden städtischen Überwärmung entgegenzuwirken, ist der Schutz oder die Wiederherstellung und die gezielte Nutzung der Kühlfunktion des Bodens. Die natürliche Kühlleistung der Böden ist durch Versiegelung, Grundwasserabsenkungen und Bodenveränderungen in vielen Städten in großem Umfang stark reduziert. Die empirische Erfassung (Messungen, Modellierungen, GIS-Analysen) der Zusammenhänge zwischen Bodenzustand, Wasserverfügbarkeit und Vegetationsbestand und dem Kaltluftbildungspotential (Kühlleistung) soll die Grundlage bilden für ein klimatisches Bodenkonzept und ein Bodenmanagementsystem. Diese sollen im hier beantragten Projekt 'Stadt-Boden-Klima' unter dem Thema der Anpassung an den Klimawandel in eine nachhaltige Stadtplanung integriert werden. In Zusammenarbeit zwischen der Ruhr-Universität Bochum und dem Stabsstelle Klimaschutz und Klimaanpassung der Stadt Neuss wird ein städtisches Bodenkonzept für stadtklimatisch relevante Flächen erstellt. Dieses Bodenkonzept mündet in eine Festsetzung von im Stadtgebiet ausgewiesenen Schutzzonen, in denen die gute Kühlleistung erhalten, und von Sanierungszonen, in denen eine Verbesserung der Kühlleistung durch Veränderung der Bodeneigenschaften erreicht werden muss. Es soll als Grundlage für planerische und politische Entscheidungen dienen. Die Ausgestaltungen der Flächen mit einem relevanten Kühlungspotential werden durch ein zu entwickelndes Bodenmanagementsystem vorgegeben. Hier fließen die Erkenntnisse aus den Testfeldern mit Umsetzung verschiedener (Boden-)Verbesserungsmaßnahmen ein. Die Integration von Bodenverbesserungsmaßnahmen im Hinblick auf die Relevanz zur Klimaanpassung in planerische Prozesse ist das Ziel des Bodenmanagementsystems. Die Ergebnisse sind übertragbar auf andere Städte und können als Vorbild für die Integration der großen Potentiale von vorhandener oder zu verbessernder Bodenkühlleistung in Klimaanpassungskonzepte der Stadtplanung dienen.
Die empirische Erfassung (Messungen, Modellierungen, GIS-Analysen) der Zusammenhänge zwischen Bodenzustand, Wasserverfügbarkeit und Vegetationsbestand auf der einen Seite und Kaltluftbildungspotential (Kühlleistung) auf der anderen Seite sollen die Grundlage bilden für ein klimatisches Bodenkonzept und ein Bodenmanagementsystem. Das Bodenkonzept mündet in eine Festsetzung von im Stadtgebiet ausgewiesenen Schutzzonen, in denen die gute Kühlleistung der vorhandenen Böden und Grüngestaltung erhalten werden muss, und von Sanierungszonen, in denen eine Verbesserung der Kühlleistung durch Veränderung der Bodeneigenschaften erreicht werden muss. Es soll als Grundlage für planerische und politische Entscheidungen dienen. Die Ausgestaltungen der stadtklimatisch relevanten Flächen mit einem Kühlungspotential werden durch ein zu entwickelndes Bodenmanagementsystem vorgegeben. Hier fließen die Erkenntnisse aus den Testfeldern mit Umsetzung verschiedener (Boden-) Verbesserungsmaßnahmen ein. Die Integration von Bodenverbesserungs- maßnahmen im Hinblick auf die Relevanz zur Klimaanpassung in planerische Prozesse (z. B. Bodenaufwertung als anerkannte Ausgleichsmaßnahme bei Bauprojekten) ist das Ziel des Bodenmanagementsystems. Die Erweiterung des Kataloges möglicher Ausgleichsmaßnahmen durch Maßnahmen zur Verbesserung der Kühlleistung von Böden (Bodenstrukturverbesserung durch Aufbringen von natürlichem Boden, Verbesserung der Durchwurzelung, Bewässerungsmaßnahmen,...) soll umgesetzt werden.
Unter Berücksichtigung aktueller Klimaprojektionen sind zukünftig deutliche Veränderungen der Niederschlagsmuster in Mitteleuropa zu erwarten. Bisher gibt es keine umfassenden Studien zur Auswirkung des Klimawandels auf den Wald-Unterwuchs, obwohl dieser eine wichtige Rolle bei der natürlichen Verjüngung und Sukzession von Wäldern spielt. In diesem Projekt werden in verschiedenen Waldflächen der DFG-Biodiversitätsexploratorien Dachkonstruktionen errichtet, um biogeochemische und hydropedologische Prozesse in Reaktion auf reduzierte Niederschläge sowie deren Interaktion mit dem Waldnutzungstyp, der Diversität des Wald-Unterwuchs und der Bodenbiota beobachten zu können. Es werden klimatische Einflüsse sowie Effekte der Bodenstruktur und bodenhydrologische Funktionen auf den Wasser- und Kohlenstoffhaushalt von Pflanzen-Spezies und -Lebensgemeinschaften entlang eines Landnutzungs- und Biodiversitätsgradienten untersucht. Berücksichtigt werden auch direkte Effekte von Trockenheit und Pflanzendiversität auf Struktur und Funktionen mikrobieller Lebensgemeinschaften sowie die biotische Rückkopplung auf Bodenstruktur und hydrologische Bodenfunktionen. Die drei Arbeitsgruppen untersuchen Trockenheitsreaktionen und Vegetationsänderungen auf der Ebene von Pflanzenindividuen und -gemeinschaften der Krautschicht (AG Bruelheide, Uni Halle), Trockenheitseffekte auf die Bodenstruktur (AG Weiler, Uni Freiburg) und Interaktionen zwischen Pflanzenfunktionen und Struktur mikrobieller Lebensgemeinschaften mit den bodenhydrologischen Eigenschaften und Funktionen (AG Gessler, ZALF Müncheberg).
Quantifizierung der Veränderungen im Kohlenstoffspeicher Humusauflage durch Gegenüberstellung von Streufall und Bodenatmung/Streuabbau.
Boeden sind knappe und nicht erneuerbare natuerliche Ressourcen. Das Bundesbodenschutzgesetz (BBodSchG) verlangt daher, dass ihre Leistungsfaehigkeit und natuerlichen Funktionen erhalten bleiben. Im Rahmen der Vorsorge wird dies fuer die landwirtschaftliche Nutzung durch Paragraph 17 des BBodSchG mit den Regeln zur guten fachlichen Praxis gewaehrleistet. Im Mittelpunkt der Aktivitaeten zum Bodenschutz steht daher die Erhaltung bzw. Wiederherstellung der Bodenfunktionen. Die fuer die landwirtschaftliche Bodennutzung wichtigsten Funktionen des Bodens sind die - Produktionsfunktion, weil die Boeden mit ihrer stets erneuerbaren Faehigkeit zur Biomasseproduktion die Lebensgrundlage der Menschen und Rohstofflieferanten sind; - Lebensraumfunktion, da die Boeden Lebensgrundlage und Lebensraum fuer den Menschen und fuer Flora und Fauna in ihrer genetischen Vielfalt, sind; - Regelungsfunktion, denn die Boeden regeln die abiotische und biotische Stoffumwandlung, insbesondere den mikrobiellen Abbau organischer Stoffe einschliesslich des Abbaus von Schadstoffen, die physikalische und chemische Pufferung, Filterung und Speicherung sowie die Grundwasserneubildung. Neben der Vorsorge ist entsprechend der Entschliessung des Bundesrates zur BBodSchV zu pruefen, inwieweit die Aufnahme von Regelungen zur Abwehr der Gefahr einer schaedlichen Bodenveraenderung durch nutzungsbedingte Verdichtungen der Boeden in die BBodSchV moeglich ist. Dies muss aufbauend auf die standort- und nutzungsbezogenen Handlungsempfehlungen fuer die landwirtschaftliche Praxis und Beratung bewertet werden, die z.Zt. im Rahmen einer Bund- Laender ad hoc Arbeitsgruppe (BLAG) auf Initiative des BML erarbeitet werden, um Uebermassregelungen zu vermeiden. Es sind daher Indikatoren fuer das Vorliegen einer schaedlichen Bodenveraenderung durch Bodenschadverdichtung abzuleiten und moegliche Massnahmen vorzuschlagen, die ueber die Empfehlungen fuer die gute fachliche Praxis hinaus geeignet sind, die Gefahr der Beeintraechtigung der Bodenfunktion sowie Schaden oder erhebliche Nachteile abzuwenden.
Das Ziel dieses Projektes war die Entwicklung eines Wasserhaushaltsmodells fuer Baeume. Wie in vielen phaenomenologischen Modellen fuer die Wassernutzung wurde die gesamte Kontrolle auf dem Niveau der Stomata angesetzt. Dies bedeutet, dass das Hauptaugenmerk der Dynamik der stomataeren Leitfaehigkeit galt. Die Oeffnung der Stomata an sich entspricht dem Bedarf der Pflanze an Aufnahme von CO2. Der Wasserverlust durch Transpiration waere demnach der Preis, den die Pflanze fuer die Kohlenstoffassimilation zu zahlen hat. Hier wird nun angenommen, dass die tatsaechliche Kontrolle aus der Anpassung der Pflanze an ihre Umgebung resultiert. Die zugrundeliegende Hypothese besagt, dass die Pflanze ihre Photosyntheseleistung unter einer gegebenen Wasserversorgung maximiert, wobei die stomataere Leitfaehigkeit und damit Transpiration als Kontrollparameter dient. Im Rahmen dieser Sichtweise waere es nicht noetig, die tatsaechlichen Prozesse der Wasseraufnahme naeher zu betrachten. Die existierenden mathematischen Beschreibungen dieses Optimierungsproblems erweisen sich jedoch als nur fuer kuenstliche, stark vereinfachte Umgebungen brauchbar. Eine Verallgemeinerung auf beliebige Randbedingungen scheint nur schwerlich moeglich. Als eine Alternative zum bekannten analytischen Zugang zu diesem Problem werden evolutionaere Algorithmen benutzt, um die optimale Kontrolle der stomataeren Leitfaehigkeit zu bestimmen. Mit dieser Technik ist es moeglich, die beschraenkte Anwendung der Hypothese zu erweitern. Ein Programm namens opTree wurde geschrieben, das mit beliebigen Zeitreihen fuer Niederschlag und klimatische Daten konfrontiert werden kann. Als Antwort auf diese Trainingssaetze bestimmt das Programm dann die optimierte feedback-Funktion, d.h. stomataere Leitfaehigkeit als Funktion der vorliegenden Umweltbedingungen. Das Modell fuer den Boden konnte sehr einfach gehalten werden und wurde an den beobachteten Abfluss gefittet. Die erse Anwendung war ein Buchenwald in Panola. In diesem Einzugsgebiet ist die Transpiration sehr hoch, weshalb die Dynamik des Abflusses sehr sensitiv auf die modellierte Transpiration reagiert. Es zeigte sich deutlich, dass die Optimimalitaetshypothese in der Lage ist, den Wasserhaushalt von Baumbestaenden zu beschreiben. (Abschlussbericht 1998).
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| Förderprogramm | 53 |
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