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Produktion und Konsumption (Flüsse) der klimarelevanten Spurengase, Lachgas und Methan in einem Dauergrünland unter steigender atmosphärischer CO2-Konzentration

Außer dem bekannten Treibhausgas Kohlendioxid (CO2) existieren weitere stark klimawirksame Spurengase biologischen Ursprungs, z.B. Lachgas (N2O) und Methan (CH4), die mikrobiell im Boden produziert (N2O, CH4) oder im Falle des Methans auch verbraucht (oxidiert) werden. Die steigende atmosphärische CO2-Konzentration kann sich über die Pflanzen in vielfacher Weise auf die bodenmikrobiellen, Spurengasproduzierenden Prozesse auswirken. So ist beispielsweise nachgewiesen worden, dass der Wasserverbrauch der Pflanzen unter erhöhtem CO2 häufig sinkt und die Abgabe von leicht zersetzbarem Kohlenstoff an den Boden (Wurzelexudation) steigt. Beides könnte die Denitrifikation und damit die N2O-Produktion begünstigen, ebenso die Methanproduktion, wenn im Boden anaerobe Bedingungen (z.B. durch Überflutung) eintreten. Steigende Bodenfeuchte würde zugleich die Sauerstoff-abhängige Methanoxidation im Oberboden hemmen. Zu diesem Thema existieren bislang weltweit nur Kurzzeit- und Laborstudien. Im hier vorgestellten Projekt werden im Freilandexperiment die Langzeitauswirkungen steigender atmosphärischer CO2-Konzentrationen über das System Pflanze-Boden auf die Flüsse der klimawirksamen Spurengase N2O und CH4 in einem artenreichen Dauergrünland untersucht. Hierzu gelangt ein im Institut für Pflanzenökologie neuentwickeltes Freiland-CO2-Anreicherungssystem (FACE) zur Anwendung, bei dem die CO2-Konzentration in drei Anreicherungsringen seit Mai 1998 um etwa 20 Prozent gegenüber den drei Kontrollringen erhöht wurde. Über die Jahresbilanzierungen der Spurengasflüsse sowie über begleitende Prozessstudien soll geklärt werden, wie und auf welche Weise erhöhtes CO2 auf die N2O- und CH4-Spurengasflüsse rückwirkt. Die ersten Ergebnisse zeigen deutlich, dass in einem etablierten artenreichen Ökosystem wie dem untersuchten Feuchtgrünland zuerst die unterirdischen Prozesse auf die steigenden CO2-Konzentrationen reagierten (Bestandesatmung). Die oberirdische Biomasse zeigte erst nach etwa 1,5 Jahren der CO2-Anreicherung einen signifikanten Zuwachs gegenüber den Kontrollflächen. Im Jahr 1997, vor dem Beginn der CO2 -Anreicherung, waren sowohl die N2O-Emissionen als auch die CH4 Flüsse auf den (späteren) Anreicherungs- und den Kontrollflächen fast identisch. Seit Beginn der Anreicherung hingegen sind die N2O-Emissionen vor allem während der Vegetationsperiode dramatisch angestiegen: auf 278 Prozent der Emissionen der Kontrollflächen. Die Methanoxidation war rückläufig unter erhöhtem CO2: Mittlerweile oxidieren die CO2 Anreicherungsflächen 20 Prozent weniger CH4 als die Kontrollflächen (Jahr 2000), wobei auch hier der größte Unterschied während der Vegetationsperiode auftrat. Eine erhöhte Bodenfeuchte kommt als Erklärung nicht in Frage, da sich diese nicht geändert hat.

Biologie und Kontrolle von Orobanche ramosa L.

Das parasitische Unkraut Orobanche ramosa L. verbreitet sich in Mitteleuropa und bedroht die Produktion mehrerer Kulturpflanzen - Tabak, Raps, Kartoffel, Karotte und Tomate. Im Gegensatz zu anderen Unkräutern, die mit der Kulturpflanze um Ressourcen konkurrieren, entnimmt O. ramosa Wasser, Nährstoffe und Assimilate direkt aus der Wirtswurzel. Dies führt zu erheblichen Ertrags- und Qualitätsverlusten. Da O. ramosa unmittelbar mit der Wirtspflanze verbunden ist und 90 Prozent der Parasitenentwicklung unterirdisch stattfinden, ist dieser Parasite schwer zu kontrollieren. In dieser Arbeit werden drei Ziele verfolgt: 1) Wir möchten mehr über die Populationsdynamik und die Verbreitung von O. ramosa in Deutschland erfahren. Zur Beschreibung von Populationen verwenden wir verschiedene klassische, aber auch molekulare Marker-Techniken (Polymerase-Ketten-Reaktion, PCR, mit spezifischen Mikrosatelliten; ISSR-PCR, RAPD). 2) Untersuchung der Pflanze-Pflanze-Interaktion unter besonderer Berücksichtigung von Resistanzmechanismen der Kulturpflanze (in diesem Fall Tabak), sowie Faktoren der Pathogenität von O. ramosa. Analyse der Produktion sekundärer Metabolite, reaktiver Sauerstoff-Zwischenprodukte (ROI), sowie der Exprimierung und Aktivität spezifischer Enzyme und Gene. 3) Entwicklung von Methoden zur Kontrolle von O. ramosa, basierend auf erworbener systemischer Resistenz (SAR) und der Verwendung spezifischer hyperparasitischer Bakterien und Pilze, die zur biologischen Kontrolle verwendet werden können.

Biologische Bodenzustandserhebung deutscher Wälder, Teilvorhaben 1: Beprobung von Flächen des forstlichen Umweltmonitorings und integrierende Auswertung von Biodiversität und Standortsfaktoren

Die Vielfalt und Aktivität der Bodengemeinschaften aus Pilzen, Bakterien, Archaeen und anderen Einzellern ist wichtig für Funktionen wie die C Speicherung, die Resilienz von Bäumen gegenüber dem Klimawandel und den Umsatz von organischen Bestandteilen. Es gibt zwar mit der Bodenzustandserhebung im Wald (BZE) ein bundesweites Monitoring, welches Auskunft über die Vitalität der Bäume und den physikochemischen Bodenzustand gibt. Die Bodenbiologie wird dabei allerdings nicht berücksichtigt. Ein erweitertes systematisches Monitoring kann helfen, Zusammenhänge zwischen standörtlichen Gegebenheiten und Bodenorganismen und deren Funktionen besser zu verstehen. Dieses Projekt zielt daher darauf ab, die umfangreichen Daten der BZE mit neu erhobenen Daten zu Biodiversität und biologische Aktivität im Boden zu verknüpfen. Im Zuge der dritten BZE soll eine deutschlandweite Probennahme an BZE-Punkten und auf Flächen des Level-II-Intensivmonitorings stattfinden. Die Proben sollen hinsichtlich der Biodiversität mithilfe molekularer und komplementärer Verfahren zur Messung von Biomasse und Aktivität analysiert werden. Ziel ist ein besseres prozessbasiertes Verständnis des Beitrags von Wäldern und Waldböden zu ausgeglichenen und nachhaltigen biogeochemischen Kreisläufen. Daraus lassen sich waldbauliche Handlungsempfehlungen zur Vorbeugung und Anpassung an den globalen Wandel entwickeln. Gleichzeitig kann eine Wissenslücke zum Zustand der Biodiversität in Deutschlands Waldböden geschlossen werden.

Biologische Bodenzustandserhebung deutscher Wälder

Die Vielfalt und Aktivität der Bodengemeinschaften aus Pilzen, Bakterien, Archaeen und anderen Einzellern ist wichtig für Funktionen wie die C Speicherung, die Resilienz von Bäumen gegenüber dem Klimawandel und den Umsatz von organischen Bestandteilen. Es gibt zwar mit der Bodenzustandserhebung im Wald (BZE) ein bundesweites Monitoring, welches Auskunft über die Vitalität der Bäume und den physikochemischen Bodenzustand gibt. Die Bodenbiologie wird dabei allerdings nicht berücksichtigt. Ein erweitertes systematisches Monitoring kann helfen, Zusammenhänge zwischen standörtlichen Gegebenheiten und Bodenorganismen und deren Funktionen besser zu verstehen. Dieses Projekt zielt daher darauf ab, die umfangreichen Daten der BZE mit neu erhobenen Daten zu Biodiversität und biologische Aktivität im Boden zu verknüpfen. Im Zuge der dritten BZE soll eine deutschlandweite Probennahme an BZE-Punkten und auf Flächen des Level-II-Intensivmonitorings stattfinden. Die Proben sollen hinsichtlich der Biodiversität mithilfe molekularer und komplementärer Verfahren zur Messung von Biomasse und Aktivität analysiert werden. Ziel ist ein besseres prozessbasiertes Verständnis des Beitrags von Wäldern und Waldböden zu ausgeglichenen und nachhaltigen biogeochemischen Kreisläufen. Daraus lassen sich waldbauliche Handlungsempfehlungen zur Vorbeugung und Anpassung an den globalen Wandel entwickeln. Gleichzeitig kann eine Wissenslücke zum Zustand der Biodiversität in Deutschlands Waldböden geschlossen werden.

Untersuchungen zur Oekologie der Schimmelpilze in Boeden und Komposten

Qualitativer und quantitativer Nachweis von Pilzarten in verschiedenen Substraten: Torf, Muellkompost und dergleichen. Taxonomie von Pilzen, besonders von Thermophilen, aus extremen Standorten.

Auswirkungen einer reduzierten Bodenbearbeitung auf das Auftreten, das Ueberdauern und die Bekaempfungsmoeglichkeiten von Unkraeutern und Pflanzenkrankheiten in einer Rapsfruchtfolge

Verfahren der pfluglosen Bodenbearbeitung erhoehen die Gefuegestabilitaet und Tragfaehigkeit des Bodens, hemmen die Bodenerosion und den Austrag von Duenge- und Pflanzenschutzmitteln, schonen die Bodenlebewesen und Gegenspieler von Pflanzenschaedlingen und verringern die Arbeits- und Maschinenkosten. Trotz ihrer Vorteile werden Verfahren der reduzierten Bodenbearbeitung insgesamt gesehen nur zoegernd von der Praxis angenommen. Ein wichtiger Grund hierfuer duerften die Pflanzenschutzprobleme sein, die nach pflugloser Bodenbearbeitung auftreten koennen. Dies sind vor allem eine Zunahme der Verunkrautung und des Befalls mit Schadorganismen. Fuer den Anbau von Raps wurden die mit einer pfluglosen Bodenbearbeitung verbundenen Pflanzenschutzprobleme und deren Loesung kaum bearbeitet. Dies ist daher der Schwerpunkt des Projektes.

Oekologie der Mikroorganismen in Boeden verschiedener Herkunft und Behandlung unter besonderer Beruecksichtigung des Vorkommens und der Bedeutung von Azotobacter

Taetigkeit und Vorkommen der Mikroorganismen werden nach zwei Gesichtspunkten untersucht: a) nach ihrer Indikatorfunktion (als Indikator z.B. fuer oekologische Faktoren), b) nach ihrer Verursachungsfunktion (indem sie bestimmte Umsetzungen verursachen). Beide Gesichtspunkte werden in diesem langfristigen Vorhaben parallel mit dem Ziel der Erweiterung der Kenntnisse auf diesem Felde und insbesondere im Hinblick auf Bodenpflegemassnahmen, Bodenbelastungen und Umweltfaktoren beruecksichtigt. Dabei spielen auch methodische Fragen eine Rolle.

Bodenmikrobiologische Untersuchungen waehrend der Umstellungsphase eines Betriebes von konventioneller auf alternative Wirtschaftsweise

Auf einem Betrieb, der 1980 auf biologisch-dynamische Wirtschaftsweise umgestellt wurde, werden Boeden zweimal jaehrlich auf ihre Aktivitaet untersucht. Folgende Methoden kommen dabei zur Anwendung: Gesamtkeimzahl, Azotobacterkeimzahl, Atmung, Dehydrogenaseaktivitaet, Zellulosezersetzung (seit 1985 Katalase und alk. Phosphatase). Eine Veraenderung der Aktivitaeten auf den einzelnen Standorten wurde bis jetzt nicht festgestellt.

Forschergruppe (FOR) 918: Carbon flow on belowground food webs assessed by isotope tracers, Nematodes as link between microbial and faunal food web

The proposed project examines the nematode fauna at the two field experiments 'Long-term recalcitrant C input' and 'Carbon flow via the herbivore and detrital food chain'. A gradient from resource rich to deeper oligotrophe habitats, i.e. from high to low diverse food webs, is investigated. The impact of resource availability and quality (recalcitrant versus labile) and presence or absence of living plants (rhizosphere versus detritusphere) on the nematode population are assessed. Insight into micro-food web structure is gained by application of the nematode faunal analysis concept, based on the enrichment, structure and channel index. In laboratory model systems carbon flux rates for food web links are determined between bacteria/fungi and their nematode grazers for dominant taxa in the arable field. Further, carbon leakage from plant roots induced by herbivore nematode is studied as link between root and bacterial energy channels. By using 13C/12C stable isotope probing (FA-SIP) fatty acids serve as major carbon currency. Coupling qualitative and quantitative data on nematode field populations, with carbon flow via biomarker fatty acids in microorganisms and grazers will allow to connect microbial and faunal food web, and to directly link nematode functional groups with specific processes in the soil carbon cycle.

Die Wirkung von DOM auf die Oekotoxizitaet organischer Schadstoffe in Bodeneluaten

Ziel: Systematisierung von Wechselwirkung von natuerlichem geloestem Kohlenstoff im Boden mit organischen Schadstoffen (PAK, Pestizide). Fragestellung: Gibt es systematisierbare mindernde oder verstaerkende Wirkungsweisen von DOM (Dissolved Organic Matter) auf die Wirkung von organischen Schadstoffen auf Pflanzen bzw. Bodenmikroorganismen? Aufgaben: Charakterisierung von DOM verschiedener Herkunft (Landnutzung); Oekotoxizitaetstest im Labor mit Pflanzen und Bodenmikroorganismen.

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