Ziel des Vorhabens ist die Analyse der sekundaeren Sukzession eines Ruderal-Oekosystems (auf der Abdeckschicht einer Bauschuttdeponie) und deren Beeinflussung durch fruehzeitiges Einbringen einer Gruenlandvegetation (Rekultivierung). Unser Augenmerk richtet sich dabei auf die quantitative und qualitative Entwicklung ausgewaehlter Kompartimente, naemlich auf die Vegetation, die die Energiebasis des Systems bildet, indem sie organische Substanz primaer produziert, sowie auf verschiedene Gruppen der Bodenfauna (Enchytraeidae, Acari, Oniscoidea, Collembola), die als Konsumenten am Um- und Abbau organischer Substanz beteiligt sind. Die Entwicklung der eigentlichen Mineralisierer, also der Bodenmikroflora, wird global als Bodenatmung und anhand spezieller Enzymaktivitaeten erfasst. Als ein Prozess, an dem zahlreiche Kompartimente des Oekosystems direkt und indirekt beteiligt sind, wird seit 1982 die Entwicklung des Stickstoffhaushaltes anhand verschiedener Elemente (N-input mit dem Niederschlag, N-output mit dem Sickerwasser, N-Nettomineralisation, Nitrifikation) untersucht.
Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens sollen die Mengen der Wurzelexsudate in einem im Labor modellierten Grünlandökosystem quantifiziert werden. Die Untersuchungen sollen genaue Kenntnis über die Teilkomponenten der Rhizodeposition und der Bodenatmung erbringen. Zur präzisen Quantifizierung der Teilkomponenten der Rhizodeposition wird die Translokation von14C-Assimilaten in den Boden von einem für Grünlandökosystem typischen Vertreter - Lolium perenne - verfolgt. Dabei werden drei aus der Literatur bekannte Methoden mit eigenen Modifikationen und einer selbst entwickelten Methode verglichen. Diese Methoden stützen sich auf die Prinzipien: der Isotopenverdünnung, der Markierung verschiedener Pools in parallelen Varianten, der kurzfristigen Inhibierung der Mikroorganismenaktivität und der zeitlichen Trennung von Prozessen mit verschiedenen Geschwindigkeiten. Die anderen Kapitel der Habilitationsschrift werden folgenden Teilprozessen der Transformation der niedermolekularen organischen Substanzen im Boden anhand der Ergebnisse früherer Untersuchungen des Antragsstellers gewidmet: 1) den Geschwindigkeiten des mikrobiellen Abbaus der niedermolekularen organischen Substanzen 2) ihrer Verwertung durch die Bodenmikroorganismen 3) Dynamik des Einbaus in die Humusfraktionen und Rezyklierung der Humusfraktionen durch die niedermolekularen organischen Substanzen 4) Aufnahme von niedermolekularen organischen Substanzen durch die Pflanzen (kurz) 5) ihre Migration im Boden (kurz) Ein spezielles Kapitel wird der Transformation der Aminosäuren - den wichtigsten N-haltigen organischen Substanzen im boden - gewidmet. Die experimentellen Ergebnisse werden in der Habilitation zu einem Gesamtkonzept der Transformation der niedermolekularen organischen Substanzen im Boden zusammengefasst.
Das Community Land Model (CLM) als Modul von TerrSysMP unterstellt bei der heterotrophen Bodenatmung eine einheitliche Temperaturabhängigkeit. Unsere Studien deuten jedoch eine je nach Randbedingungen (Textur, Porosität, Feuchte, Nährstoffstatus) variable Temperaturabhängigkeit an. Der Einfluss dieser Randbedingungen soll daher in Abhängigkeit von Landnutzung und Bodentyp klassifiziert und in das CLM implementiert werden. Unter Einsatz von nah- und fernerkundlicher Sensorik sowie Mid-Infrarotspektroskopie und Bodeninkubationen in unserem RESPICOND-System werden wir diese Fragestellung für ausgewählte Ausschnitte des Rur-Einzugsgebietes überprüfen.
Im Aufgabenbereich Biologie werden Untersuchungen auf den Gebieten Bodenbiologie, Mikrobiologie, Ökotoxikologie und Biotestverfahren mit folgenden Arbeitsschwerpunkten durchgeführt: Erfassung von Regenwurmpopulationen auf Boden-Dauerbeobachtungsflächen (BDF) mit taxonomischer Bestimmung der Lumbriciden bis auf das Artniveau sowie Ermittlung von Biomasse, Abundanz und Artendiversität: Regenwürmer haben eine große ökologische Funktion und tragen entschieden zur Verbesserung des Bodenmilieus bei. Durch ihre Lebensweise sorgen sie für die Durchmischung und Belüftung des Bodens, sowie zum Aufbau und Erhalt der Bodenfruchtbarkeit. Da Regenwurmpopulationen empfindlich und in relativ kurzen Zeiträumen auf Abweichungen ihres Lebensraumes reagieren, gelten sie als geeignete Bioindikatoren, um Veränderungen von Umwelt- und Bodenzuständen anzuzeigen. Jahresbericht Lumbriciden 2020 Jahresbericht Lumbriciden 2021 Jahresbericht Lumbriciden 2022 Bestimmung des metabolischen Quotienten über die Messungen der mikrobiellen Basalatmung und Biomasse durch Substratinduzierte Respiration (SIR): Als mikrobielle Bodenatmung wird die Sauerstoffaufnahme oder die Kohlendioxidabgabe von Bakterien, Pilzen, Algen und Protozoen bezeichnet und umfasst sowohl den Gasaustausch der aeroben, als auch der anaeroben Stoffwechselvorgänge. Die Kohlendioxidfreisetzung eines Bodens im ungestörten (Basalatmung) und gestörten (substratinduzierte Atmung) Zustand dient zur Berechnung der mikrobiellen Biomasse und erlaubt Aussagen zur bodenbiologischen Aktivität (metabolischer Quotient). Bestimmung des erbgutverändernden Potentials von Wasser mit dem umu- Test: In der Abwasserverordnung (AbwV, 17.06.04., Anhang 22, C Nr. 4) werden die Anforderungen hinsichtlich der Toxizität des Abwassers für die Einleitung in Gewässer definiert. Zur Bestimmung werden Bakterien im Laborversuch verschiedenen Konzentrationen des Testgutes ausgesetzt. Der Vergleich der Aktivität des umuC-Gens von Bakterien mit und ohne Einwirkung des Testgutes lässt Aussagen über dessen erbgutveränderndes Potential zu. Letzte Aktualisierung: 08.01.2025
Quantitative Kenntnisse über die Einbauraten von Streukohlenstoff in unterschiedlich stabile Fraktionen der organischen Bodensubstanz (SOM) sind eine wichtige Voraussetzung für das Verständnis der Regulation der Stabilisierung organischer Substanz in Böden. Die Bestimmung der Bildungs- und Umsatzraten unterschiedlich stabiler Fraktionen der organischen Bodensubstanz im Zuge des Streuabbaus setzt voraus, dass der Ursprung des organischen Kohlenstoffs in den Fraktionen zurückverfolgt werden kann. Ziel dieses Projektes ist es, die langfristigen Umsatz- und Stabilisierungsraten von maisbürtigem Kohlenstoff in den Böden der Maismonokulturflächen (seit 1961) des Dauerversuches 'ewiger Roggen' zu erfassen. Die Analyse erfolgt anhand der natürlichen 13C-Verteilung in unterschiedlichen Fraktionen der organischen Bodensubstanz. In Inkubationsversuchen wird die Bedeutung der unterschiedlich alten SOM-Vorräte (maisbürtig bzw. vor 1961 gebildet) als Substrat für die DOC-Produktion und die Bodenrespiration quantifiziert. Weiterhin soll der Einfluss mineralischer Nährstoffzufuhr auf die Umsatz- und Stabilisierungsfragen von Maisstreu erfasst werden. Die Ergebnisse werden zur Modellierung der Dynamik der C-Umsetzungsprozesse mit dem Rothamsted C-Modell eingesetzt.
The overarching goal of our proposal is to understand the regulation of organic carbon (OC) transfor-mation across terrestrial-aquatic interfaces from soil, to lotic and lentic waters, with emphasis on ephemeral streams. These systems considerably expand the terrestrial-aquatic interface and are thus potential sites for intensive OC-transformation. Despite the different environmental conditions of ter-restrial, semi-aquatic and aquatic sites, likely major factors for the transformation of OC at all sites are the quality of the organic matter, the supply with oxygen and nutrients and the water regime. We will target the effects of (1) OC quality and priming, (2) stream sediment properties that control the advective supply of hyporheic sediments with oxygen and nutrients, and (3) the water regime. The responses of sediment associated metabolic activities, C turn-over, C-flow in the microbial food web, and the combined transformations of terrestrial and aquatic OC will be quantified and characterized in complementary laboratory and field experiments. Analogous mesocosm experiments in terrestrial soil, ephemeral and perennial streams and pond shore will be conducted in the experimental Chicken Creek catchment. This research site is ideal due to a wide but well-defined terrestrial-aquatic transition zone and due to low background concentrations of labile organic carbon. The studies will benefit from new methodologies and techniques, including development of hyporheic flow path tubes and comparative assessment of soil and stream sediment respiration with methods from soil and aquatic sciences. We will combine tracer techniques to assess advective supply of sediments, respiration measurements, greenhouse gas flux measurements, isotope labeling, and isotope natural abundance studies. Our studies will contribute to the understanding of OC mineralization and thus CO2 emissions across terrestrial and aquatic systems. A deeper knowledge of OC-transformation in the terrestrial-aquatic interface is of high relevance for the modelling of carbon flow through landscapes and for the understanding of the global C cycle.
Phosphorus (P) solubilization in soils is a crucial process for ecosystem nutrition and ecosystem development. Previous research on biogenic P solubilization focused on single microbial strains, but little is known about P solubilization as a process of soil formation and ecosystem development. The general objective of the project is to gain understanding on how microbial and plant mediated P solubilization and silicate weathering influence the formation of soil and its P forms. For this purpose, we will quantify the rates of P solubilization and of silicate weathering in a sequence of soils on granites of different stages of development in the coastal range of Chile. We aim at determining mechanisms of microbial P solubilization such as the release of protons and organic acid anions, the factors controlling P solubilization, and the abundance of P-solubilizing bacteria at different stages of soil development. The rates of P solubilization and silicate weathering will be related to soil P fractions (Hedley fractions) that have formed during pedogenesis. We will test the hypothesis that mechanisms, rates, controlling factors and abundances of P-solubilizing bacteria strongly change during soil development. The main value of the project will be that it relates microbial P solubilization taking place at a time scale of several weeks to the development of soils and P fractions taking place over hundreds of years.So far, it is not known how microbial activity in soil affects soil formation in different soil depths and under different climatic conditions. The overarching aim of the project proposed here is therefore to study how microbial cycling of C, N, P and Si affects soil formation. For this purpose, we will, first, study microbial biomass, microbial respiration, and the age of total organic C and respired C in soil and saprolite along a climate gradient in the Costal Cordillera of Chile. Second, we aim at quantifying non-symbiotic N2 fixation along the climate gradient, and at understanding the factors that limit N2 fixation, microbial respiration and silicate weathering. We will test the hypotheses (i) that microbial respiration in the saprolite that advances weathering is fueled by young organic matter, (ii) that CO2 concentrations in saprolite are positively correlated with the net primary production, and that (iii) N2 fixation is strongly limited by water availability along the climate gradient in the Costal Cordillera of Chile. In order to test these hypotheses, we will quantify microbial biomass in 10 m deep saprolite cores taken from four study sites along the climate gradient, and we will quantify the age of total organic C and respired C based on radiocarbon dating. Furthermore, we will quantify N2 fixation in incubations with 15N-N2. Finally, we will synthesize and model the results on biogenic weathering and microbial C, N, P, and Si cycling along the climate gradient in the Costal Cordillera that have been collected during the first a
Böden sind als Standort für Pflanzen und Lebensraum für eine Vielzahl von Mikroorganismen ein integraler Bestandteil von Ökosystemen. Das Kernprojekt Boden stellt grundlegende Daten über Bodeneigenschaften und Bodenfunktionen bereit. Wir organisieren zudem koordinierte Bodenprobenahmen auf den Experimentier-Flächen (EP) und beteiligen uns an der Synthese in den Biodiversitäts Exploratorien (BE). Im Vordergrund steht dabei die Fragestellung, wie sich Landnutzung und Biodiversität auf den Eintrag, die Speicherung und die Stabilität von Kohlenstoff und Nährstoffen im Boden auswirken. In der vergangenen Projektphase der BE haben wir 2017 die koordinierte Bodenprobenahme auf allen EP wiederholt und grundlegende Bodenparameter für weitere Projekte zur Verfügung gestellt. Wir haben zudem das Monitoring des Streufalls auf allen Waldflächen fortgesetzt. Wir konnten zeigen, dass der Streufall in den ungenutzten Wäldern größer als in genutzten Wäldern war, wozu insbesondere die größere Menge an Zweigen, Ästen und Früchten im ungenutzten Wald beitrug. Die Umsatzzeiten von Kohlenstoff in der organischen Auflage zeigen, dass diese sowohl durch den Standort (z.B. pH Wert, Nährstoffverfügbarkeit) als auch durch die Qualität der Streu beeinflusst werden. Der Abbau von organischer Substanz wurde auf allen Experimentier-Flächen in situ durch Messung der Bodenatmung bestimmt. Durch die Trockenheit im Sommer 2018 waren die gemessenen Bodenatmungsraten gering. Trotzdem konnten im Wald Effekte der Untersuchungsregion, der Landnutzung und der Hauptbaumart nachgewiesen werden. Die Nährstoffauswaschung wurde mit Austauscherharzen im Jahr 2018/19 kumulativ bestimmt, so dass die Analyse noch nicht abgeschlossen ist. In der kommenden Projektphase werden wir das Bodenmonitoring auf allen EP fortsetzen. In enger Kooperation mit anderen Projekten werden wir eine weitere Bodenprobenahme auf allen 300 EP organisieren. Diese Probenahme wird dann auch die neu etablierten Wald- und Grünlandexperimente einschließen. Auf allen Flächen werden wir grundlegende Bodeneigenschaften und Indikatoren für die Bodenqualität bestimmen, auch um die Vergleichbarkeit der neuen Versuchsflächen mit den bisherigen Untersuchungsflächen (den Kontrollflächen) sicherzustellen. Wir werden das Bodenprobenarchiv sowie das Streufall-Monitoring in den BE fortführen. Da die zentrale Frage des Waldexperiments ist, inwiefern ein Lückenschlag durch geänderte Resourcenverfügbarkeit die Biodiversität beeinflusst, werden wir in den neu etablierten Lücken sowohl den Streueintrag, als auch die Nährstoffverfügbarkeit im Boden bestimmen. Wir werden überprüfen, ob diese Änderungen in der Nährstoffverfügbarkeit durch den Abbau von organischer Bodensubstanz bedingt werden. Dazu werden wir die Bodenatmung, Enzymaktivitäten, den Streuabbau und die Aktivität der Bodenfauna bestimmen. Zusätzlich zu unseren bisherigen Synthese-Aktivitäten werden wir dann zur gemeinsamen Bewertung des Waldexperimentes beitragen.
Um die Auswirkungen von Landnutzungs- und Landbedeckungsänderungen auf den Wasser- und Kohlenstoffkreislauf zu simulieren, muß die Modellierung von Bodenatmung und Photosynthese verbessert werden. Wir nehmen an, dass der kontinentalskalige Netto-Ökosystem-Austausch (NEE) aus einer Reanalyse mit verbesserten Ökosystem-Parametern und Darstellung der Bodenatmung (SR) besser mit der beobachteten Variabilität der Gesamtwasserspeicherung (TWS) korreliert. Um diese Hypothese zu testen, werden wir Ökosystemparameter aus langen Zeitreihen an hoch instrumentierten Standorten in Kombination mit Messungen der Temperatur- und Feuchtesensitivität der heterotrophen Bodenatmung schätzen. Modellergebnisse werden dann mit GRACE-Messungen verglichen.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 81 |
| Land | 1 |
| Wissenschaft | 7 |
| Type | Count |
|---|---|
| Daten und Messstellen | 5 |
| Förderprogramm | 78 |
| Text | 3 |
| unbekannt | 3 |
| License | Count |
|---|---|
| geschlossen | 4 |
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| unbekannt | 1 |
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|---|---|
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| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 2 |
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| Dokument | 3 |
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| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 87 |
| Lebewesen und Lebensräume | 89 |
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| Wasser | 68 |
| Weitere | 87 |