Hintergrund: Obwohl Nanopartikel und Kolloide (NPC) als Vektoren für P-Verluste und P-Neuverteilungen in Waldsystemen fungieren, fehlen grundsätzlichen Erkenntnisse über den Zusammenhang zwischen steuernden Umweltfaktoren und dem Schicksal, Transport und der zusammensetzung von NPC und ihrer P-Beladung. Wir postulieren, dass hydrologisch bedingte NPC-Verluste und -umverteilungen eine dreifache Gefahr für das langfristige biogeochemische Recycling von P in Waldökosystemen und damit die Ökosystemernährung darstellen. Projektziel: Aufklärung der Bedeutung und Steuerung von NPC-Verlusten und -umverteilungen für die langfristige Effizienz des P-Recycling in Waldökosystemen. Projekt-Hypothesen: Mobile Kolloide in Waldökosystemen entstammen hauptsächlich dem organischen Oberboden (alle WPs), (ii) Laterale Flüsse vom kolloidalen P während Starkregenereignissen begrenzen langfristig die maximale P-Wiederverwertungseffizienz von Waldökosystemen (WP1), (iii) P ist überwiegend mit organischen Kolloiden assoziiert und größtenteils bioverfügbar, was eine weitere Limitierung der P-Wiederverwertung im Wald darstellt (WP2), (iv) Die Kolloidverlagerung in Wäldern führt zu P-reichen und P-armen Stellen (laterale Umverteilung) bzw. zu einem P-Transfer aus oberflächennahen organischen Horizonten zum mineralischen Unterboden und damit zu einer P-Festlegung in diesem Horizont (WP3), und (v) Abnehmende atmosphärische Einträge von organischen Säuren und Kalkung erhöhen den pH Wert und reduzieren das austauschbare bzw. gelöste Al3+ im Waldoberboden, was die Mobilisierung bzw. den Verlust von kolloidalem P fördert (WP4). Methodik: Wir werden die Konzentration und Zusammensetzung von Kolloiden in den Wasserproben i) aus den Streulysimetern, ii) aus dem lateralen Fluss in Bodeneinschnitte (trenches) und iii) aus den Oberläufen von Bächen an den Versuchsstandorten in Bad Brückenau, Conventwald, Vessertal und Mitterfels bestimmen. Die Kolloide werden mittels Feld Fluss Fraktionierung fraktioniert bzw. isoliert und in Kombination mit ICP-MS, TOC und TN Analyse, sowie TEM gekoppelt mit Energiedispersiver Röntgenspektroskopie charakterisiert. Aufgaben/Arbeitspakete: WP1: Entnahme von Wasserproben aus dem lateralen Fluss in Bodeneinschnitten (trenches) (mit Puhlmann/Weiler und Julich/Feger). Entsprechend unserer Hypothese sollte die Gesamtmenge von NPCs aus präferenziellen Fließwegen, dem lateralen Fluss und den Oberläufen der freigesetzten Menge aus der organischen Bodenoberschicht gleich sein. WP2: Untersuchung der Bioverfügbarkeit der NPC aus dem 'interflow' und den Oberläufen durch Inkubationsexperimente mit Enzymen um Phosphatester und Inositol-Phosphate nachzuweisen (mit Kaiser/Hagedorn/Niklaus). (Text gekürzt)
Die Bodenkarte von Schleswig-Holstein 1:25.000 stellt für ca. die Hälfte des Landes die Böden als Bodenformen dar. Jeder Fläche ist eine flächendominante Bodenform zugeordnet. Begleitböden werden nicht aufgeführt. Neben den Bodentypen enthält die Karte Angaben zur dominanten Substratgenese, zur Bodenartenschichtung, zum Bodenausgangsgestein und zur Grundwasserstufe sowie zu möglichen anthropogenen Veränderungen oder Besonderheiten. Die Böden werden bis 2m unter Geländeoberfläche beschrieben. Die Karte basiert auf analog erschienenen Einzelkartenblättern des Kartenwerks Bodenkarte 1:25.000 von Schleswig-Holstein. Dieses Kartenwerk ist im Laufe von über 50 Jahren Bodenkartierung in Schleswig-Holstein entstanden und in den letzten Jahren zu einer digitalen, blattschnittfreien Karte mit einer einheitlichen Legende entwickelt worden. Die Legende basiert auf der Bodenkundlichen Kartieranleitung (Ad-hoc-AG Boden 2005). Zu der Karte existiert eine umfangreiche Profildatenbank mit nutzungsdifferenzierten idealisierten Leitprofilen, die es dem Nutzer ermöglicht, viele eingeführte bodenkundliche Auswertungsmethoden (vgl. Methodendokumentation Bodenkunde 2000 mit Aktualisierungen 2012) anzuwenden.
This subproject will assess net-fluxes of CH4 and N2O as well as soil CO2 emissions from flooded and non-flooded rice as well as maize grown in different rotations and under different management practices. SP5 will encompass two research tasks, (i) automated chamber measurements and (ii) soil gas concentration measurements of different crop rotations. In total 36 automated chambers will be placed in two large field blocks (18 chambers each) divided into fields representing three crop-rotations: R-WET (rice flooded - rice flooded), R-MIX (rice flooded - rice non-flooded), M-MIX (maize - rice flooded) experiencing three differ-ent crop management practices: a control with no fertilizer application (zero-N), site specific nutrient management (site-spec) and conventional fertilizer application (conv). In the fields of conventional fertilization SP5 will also conduct soil concentration measurements of CO2, N2O and CH4 for identification of the main production and/ or consumption horizons which may differ between the three crop rotation systems which will allow identification of the dominating processes responsible for GHG exchange with the atmosphere. Emissions of different greenhouse gases together with data on biomass production/ yields (conducted by IRRI) will be aggregated to compile the total GHG exchange of different crop rotations and management practices. Thus, the data obtained in SP5 will create a sound basis for projecting the environmental consequences of different land use options in rice-based systems with respect to the net GHG exchange. Moreover, data obtained in SP5 will be linked in particular with results from C and N process studies of SP1-SP4 and will form a sound base for further development, testing and valida-tion of the process based model applied in SP6/ 7.
Intensive agricultural production in the Hai River catchment had detrimental impacts on the quantity and quality of ground and surface water. High cropping intensity, irrigation and fertilizer applications of more than 300 kg N/ha resulted in a decrease of the ground water table by more than 30 m within the last decades and severe deterioration of water quality in the Piedmont Plain Region, a part of the Hai River catchment. The shortage of water resources in the Hai River basin not only hinders the development of the local economy, but also results in severe environmental problems such as:- subsidence of the ground surface due to over-exploitation of groundwater, - degradation of ecosystems, - shrinking of rivers and lakes, - non point source pollution of soil and ground water - serious water pollution in the main channels and tributaries. Sustainable land use in that region requires a sound knowledge of the effects of single management measures. However, subsoil heterogeneity is one of the major obstacles, impeding relating cause and effect at larger scales and to assess the effect of single management strategies. In this study, a three-step up-scaling approach is suggested that combines some innovative methodologies, and enables to grasp the heterogeneities usually encountered at the management scale. First, a recently developed robust methodology will be applied to determine deep percolation and groundwater recharge in situ without requiring a fully-fledged soil hydrological model. The results can be compared to seepage data from lysimeters of the Luancheng station. Moreover, spatial heterogeneities and temporal patterns can be determined and can be related to soil hydrological properties. Second, spatial functional hydrological heterogeneity can be assessed based on principal component analysis of time series of soil water content and groundwater recharge, allowing to up-scale detailed measurements from single field sites. Third, processes affecting groundwater quality, and exchange between groundwater and surface water can be investigated using non-linear PCA of soil water, groundwater, and stream water quality data, combined with stable isotope data. The outcome of the project is expected to provide valuable contributions to scale-specific simulation of water and solute fluxes at the management scale.
Arsenic-contaminated ground- and drinking water is a global environmental problem with about 1-2Prozent of the world's population being affected. The upper drinking water limit for arsenic (10 Micro g/l) recommended by the WHO is often exceeded, even in industrial nations in Europe and the USA. Chronic intake of arsenic causes severe health problems like skin diseases (e.g. blackfoot disease) and cancer. In addition to drinking water, seafood and rice are the main reservoirs for arsenic uptake. Arsenic is oftentimes of geogenic origin and in the environment it is mainly bound to iron(III) minerals. Iron(III)-reducing bacteria are able to dissolve these iron minerals and therefore release the arsenic to the environment. In turn, iron(II)-oxidizing bacteria have the potential to co-precipitate or sorb arsenic during iron(II)- oxidation at neutral pH followed by iron(III) mineral precipitation. This process may reduce arsenic concentrations in the environment drastically, lowering the potential risk for humans dramatically.The main goal of this study therefore is to quantify, identify and isolate anaerobic and aerobic Fe(II)-oxidizing microorganisms in arsenic-containing paddy soil. The co-precipitation and thus removal of arsenic by iron mineral producing bacteria will be determined in batch and microcosm experiments. Finally the influence of rhizosphere redox status on microbial Fe oxidation and arsenic uptake into rice plants will be evaluated in microcosm experiments. The long-term goal of this research is to better understand arsenic-co-precipitation and thus arsenic-immobilization by iron(II)-oxidizing bacteria in rice paddy soil. Potentially these results can lead to an improvement of living conditions in affected countries, e.g. in China or Bangladesh.
The importance of nutrient supply from the sub-soil for crop growth is not well understood and may vary depending on bio-pores, nutrient turnover rates and the crop specific root systems. Simulation modelling provides a means to consider the complexity of the processes involved to describe the nutrient dynamics of the plant-soil system in an integrated way. However, approaches that describe the dynamics of phosphorus and potassium in combination with soil water, soil carbon and nitrogen and specifically consider the sub-soil and the bio-pores herein are scarce. Accordingly, the main objective of SP 10 is to develop a field-scale cropping system model which describes nutrient (emphasis in the 1st phase of the project is on phosphorus) mobilization and nutrient fluxes from the sub-soil to the crops considering soil nutrient pools, the bio-pore system and the crop nutrient demand. A two step approach is followed in which results from controlled experiments on soil cores will be used to develop detailed process models of root development and nutrient acquisition. These are the basis for deriving simplified algorithms to be used in a cropping system model for the field scale. The latter model will be applied to assess, after thorough validation with data from long-term experiments, the contribution of nutrients from the sub-soil and bio-pores to the growth of different crops. The sub-project combines modelling activities with experimental measurements and has a strong integrating role within the collaborative project.
Im GLA wurden Grafik und Inhalt der Bodenkarte von Nordrhein-Westfalen 1 : 50 000 EDV-technisch verfuegbar gemacht. Das Kartenblatt wurde per Hand von Dritten von der zweifachen Vergroesserung der Druckvorlage vektoriell digitalisiert. Die Legende wurde im GLA unter Anwendung eines bodenkundlichen Datenschluessels in normierte Kuerzel uebersetzt. Diese Uebersetzung ist auf numerische Weiterverarbeitung im Rechner ausgelegt. Sie bietet die einheitliche, vergleichbare und autorisierte Grundlage fuer Auszuege und Auswertungen des Datenbestandes. Die Ergebnisse der Bearbeitungen koennen als Plots ausgegeben bzw. als digitale Datensaetze an Dritte kostenpflichtig weitergegeben werden. Standardmaessige Auswertungen sind Karten bzw. Tabellen der effektiven Durchwurzelungstiefe, der nutzbaren Feldkapazitaet, der Feuchtestufe, der Kationenaustauschkapazitaet, der Wasserdurchlaessigkeit und des Kapillaraufstiegs. Spezielle Auswertungen stehen zu den Themen Sickerwasser, Austauschhaeufigkeit und Grundwasserbelastung durch Schwermetallionen zur Verfuegung. Es ist moeglich, die Auswertungskarten auf den ALK-GIAP zu uebertragen und dort mit kartographischen Routinen zu bearbeiten. Es wurde eine Verfahrensdatei fuer die Bodenkarte geschrieben, die eine druckkartenaehnliche Ausgabe auf dem HP-Design-jet ermoeglicht. Die gesamte digitale Bodenkarte 1 : 50 000 liegt auf einem PC vor. Der Speicherbedarf liegt bei etwa 80 MB fuer die Graphik und etwa 20 MB fuer die Legende. Bisher wurden ueber 500 TDM und 1O Arbeitsjahre von 2 Mitarbeitern in Aufbau und Auswertung investiert. Fuer 60 von 72 Vollblaettern ist die Bearbeitung abgeschlossen. Der gesamte Datenbestand der BK 50 DIG kann in BIS Dritter ueberfuehrt werden. Das Konzept fuer die digitale Bereitstellung und Bearbeitung dieser Bodenkarte ist so ausgelegt, dass es auch auf die grossmassstaebigen Karten der land- und forstwirtschaftlichen Standortkartierung sowie der Stadtbodenkartierung uebertragen werden kann.
Organic matter (OM) composition and dynamic in subsoils is thought to be significantly different from those in surface soils. This has been suggested by increasing apparent 14C ages of bulk soil OM with depth suggesting that the amount of fresh, more easily degradable components is declining. Compositional changes have been inferred from declining ä13C values and C/N ratios indicative for stronger OM transformation. Beside these bulk OM data more specific results on OM composition and preservation mechanisms are very limited but modelling studies and results from incubation experiments suggest the presence and mineralization of younger, 'reactive carbon pool in subsoils. Less refractory OM components may be protected against degradation by interaction with soil mineral particles and within aggregates as suggested by the very limited number of more specific OM analysis e.g., identification of organic compound in soil fractions. The objective of this project is to characterize the composition, transformation, stabilization and bioavailability of OM in subsurface horizons on the molecular level: 1) major sources and compositional changes with depth will be identified by analysis of different lipid compound classes in surface and subsoil horizons, 2) the origin and stabilization of 'reactive OM will be revealed by lipid distributions and 14C values of soil fractions and of selected plant-specific lipids, and 3) organic substrates metabolized by microbial communities in subsoils are identified by distributional and 14C analysis of microbial membrane lipids. Besides detailed analyses of three soil profiles at the subsoil observatory site (Grinderwald), information on regional variability will be gained from analyses of soil profiles at sites with different parent material.
Die Phosphoraufnahme von Pflanzen in Waldböden hängt zu einem großen Teil von der mikrobiellen Mineralisation und Mobilisation von Phosphat aus organischen und anorganischen Quellen ab. In vielen Fällen ist jedoch die Bedeutung der mikrobiellen Wechselwirkungen für den P Kreislauf des Bodens nur unvollständig bekannt. Im Rahmen eines 'Trenching' Experiments sollen synergistische und antagonistische Wechselwirkungen von saprotrophen und Ektomykorrhizapilzen während der Mineralisation von organischen P Verbindungen untersucht werden. Zu diesem Zweck werden 'offene' und geschlossene' Stechzylinder für bis zu 18 Monate an 5 Standorten installiert. Die Wechselwirkung von Pilzen mit Bakterien in ihrer Mykosphäre soll mit einem 'Mesh bag' Experiment im Feld untersucht werden. Die Maschenweite der 'Mesh bags' erlaubt entweder die Einwanderung von Hyphen und Bakterien (35 ìm mesh) oder schließt die Einwanderung von Hyphen (0.5 ìm) aus. Untersuchungen zur mikrobiellen Gemeinschaftsstruktur, zum Gehalt an mikrobiellem P, zu P Limitierung und zu Enzymen, die in dem P Kreislauf involviert sind, werden die P Dynamik unterschiedlicher Mikrohabitate (Mykosphäre, Ektomykorrhizasphäre, Detritusphäre) erklären. Zur Untersuchung der Dimension der Mykosphäre von saprotrophen Pilzen planen wir ein Mikrokosmos Experiment. Unsere Daten werden die Bedeutung von bakteriellen und pilzlichen Wechselwirkungen für die P Dynamik und den P Transport in der Mykosphäre ermitteln. Intensive Zusammenarbeiten mit anderen Gruppen des SPPs, die sich ebenfalls für die Wechselwirkung von Mikroorganismen mit Pflanzen interessieren, sind bereits geplant.
Tonschieferboeden mit hohem Steingehalt (Qualitaetsweinbergslagen der Mosel) sind sehr wasserdurchlaessig. Der Naehrstoffaustrag waehrend der Vegetationszeit wird quantitativ und qualitativ gemessen. Sickerwasseruntersuchungen auf: pH, Haertegrad, Nitratstickstoff, P4O10, K2O, Mg, Ca, SO4, Cl und die ganze Palette der Schwermetalle. Versuchsvarianten: Kontrolle (mineralische Duengung und Stallmist), Klaerschlamm, Rindenkompost und Begruenung. Analysen nach LUFA-Methoden. Versuch laeuft seit 1977 Fruehjahr. Bisher interessante Ergebnisse. Versuchsziel: Mineralisierungsrate von Naehrstoffen aus der organischen Substanz.
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|---|---|
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