Web Map Service (WMS) zur Karte der Hintergrundwerte von anorganischen Stoffen in Böden in Deutschland. Durch die LABO wurden 2017 für 16 Elemente neue, bundesweite Hintergrundwerte veröffentlicht. Sie beruhen auf Profilinformationen und Messdaten von Königswasserauszügen, die durch die BGR zusammengeführt und homogenisiert wurden. Daten mit hohen Bestimmungsgrenzen wurden nach bestimmten Kriterien von der weiteren Auswertung ausgeschlossen, damit die Bestimmungsgrenzen nicht die Hintergrundwerte beeinflussen. Um die Hintergrundwerte nicht durch Regionen mit hoher Stichprobendichte überproportional beeinflussen zu lassen, wurde in Teilen eine räumliche Ausdünnung durchgeführt. Die Werte mehrerer Horizonte eines Standortes wurden durch tiefengewichtete Mittelwerte zu einem Wert zusammengezogen. Zur Auswertung wurden die vorhandenen Messwerte verschiedenen Gruppen von Bodenausgangsgesteinen zugeordnet. Zudem wurde unterschieden, ob die Proben im Oberboden, im Unterboden oder im Untergrund genommen wurden. Bei den Oberböden wurde bei der Auswertung auch die unterschiedliche Nutzung (Acker, Grünland, Forst) berücksichtigt. Lockergesteine wurden aufgrund ihrer unterschiedlichen Zusammensetzung getrennt nach Nord- und Süddeutschland ausgewertet. Durch die Aufteilung der Daten in Teilkollektive wurden nicht in allen Fällen verlässliche Fallzahlen erreicht, sodass nur Hintergrundwerte mit Fallzahlen ?20 dargestellt werden. Das genaue Vorgehen bei der Ableitung ist dem Bericht der LABO-Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Bodenschutz (2017): 'Hintergrundwerte für anorganische und organische Stoffe in Böden', 4. überarbeitete und ergänzte Auflage, zu entnehmen.
<p> <p>Stickstoff ist ein essenzieller Nährstoff für alle Lebewesen. Im Übermaß in die Umwelt eingebrachter Stickstoff führt aber zu enormen Belastungen von Ökosystemen.</p> </p><p>Stickstoff ist ein essenzieller Nährstoff für alle Lebewesen. Im Übermaß in die Umwelt eingebrachter Stickstoff führt aber zu enormen Belastungen von Ökosystemen.</p><p> Stickstoffüberschuss der Landwirtschaft <p>Eine Maßzahl für die Stickstoffeinträge in Grundwasser, Oberflächengewässer, Böden und die Luft aus der Landwirtschaft ist der aus der landwirtschaftlichen Stickstoff-Gesamtbilanz ermittelte Stickstoffüberschuss (siehe Abb. „Saldo der landwirtschaftlichen Stickstoff-Gesamtbilanz in Bezug auf die landwirtschaftlich genutzte Fläche“). Überschüssiger Stickstoff aus landwirtschaftlichen Quellen gelangt als Nitrat in Grund- und Oberflächengewässer und als Ammoniak und Lachgas in die Luft. Lachgas trägt als hochwirksames <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/treibhausgas">Treibhausgas</a> zur Klimaerwärmung bei. Der Eintrag von Nitrat und Ammoniak führt zur Belastung des Grundwassers als wichtige Trinkwasserressource, <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/versauerung">Versauerung</a> von Böden, Nährstoffanreicherung (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/eutrophierung">Eutrophierung</a>) in Land- und Wasserökosystemen und Beeinträchtigung der biologischen Vielfalt (siehe „<a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/landwirtschaft/umweltbelastungen-der-landwirtschaft/stickstoff#einfuhrung">Umweltbelastung der Landwirtschaft – Stickstoff</a>“). </p> <p>Ein Diagramm zeigt den zeitlichen Verlauf des Stickstoffüberschusses zwischen 1990 und 2023 für Einzeljahre und im gleitenden 5-Jahresmittel. Erkennbar ist eine Abnahme im 5-jährigen Mittel von 117 auf 70 Kilogramm Stickstoff pro Hektar und Jahr. Das Ziel für 2026-2030 sind 70 Kilogramm Stickstoff pro Hektar und Jahr.</p> <strong> Saldo der landwirtschaftlichen Stickstoff-Gesamtbilanz in Bezug auf die landwirtschaftlich ... </strong> <p>* jährlicher Überschuss bezogen auf das letzte Jahr des 5-Jahres-Zeitraums (aus gerundeten Jahreswerten berechnet)<br> ** 1990: Daten zum Teil unsicher, nur eingeschränkt vergleichbar mit Folgejahren. 2023: Daten teilweise vorläufig<br> *** Ziel der Nachhaltigkeitsstrategie der Bundesregierung, bezogen auf das 5-Jahres-Mittel des Zeitraums 2026 - 2030</p> Quelle: <p>Bundesministerium für Landwirtschaft, Ernährung und Heimat 2025</p> Downloads: <ul> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/DE_Indikator_AGRI-01_Stickstoffueberschuss-Landwirt_2026-03-05_0.pdf">Diagramm als PDF (99,24 kB)</a></li> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/DE-EN_Indikator_AGRI-01_Stickstoffueberschuss-Landwirt_2026-03-05_1.xlsx">Diagramm als Excel mit Daten (90,90 kB)</a></li> </ul> </p><p> <p>Die Stickstoff-Gesamtbilanz setzt sich zusammen aus den Komponenten Flächenbilanz (Bilanzierung der Pflanzen- bzw. Bodenproduktion), Stallbilanz (Bilanzierung der tierischen Erzeugung) und der Biogasbilanz (Bilanzierung der Erzeugung von Biogas in landwirtschaftlichen Biogasanlagen). Der Stickstoffüberschuss der Gesamtbilanz ergibt sich aus der Differenz von Stickstoffzufuhr in und Stickstoffabfuhr aus dem gesamten Sektor Landwirtschaft (siehe Schaubild „Schema der Stickstoff-Gesamtbilanz der Landwirtschaft“). Der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/indikator">Indikator</a> wird vom Institut für Pflanzenbau und Bodenkunde des Julius-Kühn-Instituts und dem Umweltbundesamt berechnet und jährlich vom BMLEH veröffentlicht (siehe <a href="https://www.bmel-statistik.de/fileadmin/daten/0111260-0000.xlsx">BMLEH, Tabellen zur Landwirtschaft, MBT-0111-260-0000</a>). </p> <p>Der Stickstoffüberschuss der Gesamtbilanz ist als mittlerer Überschuss aller landwirtschaftlicher Betriebe in Deutschland zu interpretieren. Regional unterscheiden sich die Überschüsse jedoch teilweise stark voneinander. Grund dafür sind vorrangig unterschiedliche Viehbesatzdichten und daraus resultierende Differenzen beim Anfall von Wirtschaftsdünger. Um durch <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/witterung">Witterung</a> und Düngerpreis verursachte jährliche Schwankungen auszugleichen wird ein gleitendes 5-Jahresmittel errechnet.</p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/3_schaubild_schema-n-gesamtbilanz_0.png"> </a> <strong> Schema der Stickstoff-Gesamtbilanz der Landwirtschaft </strong> Quelle: verändert nach Häußermann Downloads: <ul> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/3_schaubild_schema-n-gesamtbilanz_0.pdf">Schaubild als PDF (47,21 kB)</a></li> </ul> </p><p> <p>Die Ergebnisse der Bilanzierung zeigen einen deutlich abnehmenden Trend bei den Stickstoffüberschüssen über die gesamte Zeitreihe (siehe Abb. „Saldo der landwirtschaftlichen Stickstoff-Gesamtbilanz in Bezug auf die landwirtschaftlich genutzte Fläche“). Im Zeitraum 1994 bis 2023 ist der Stickstoffüberschuss im gleitenden 5-Jahresmittel von 117 Kilogramm Stickstoff pro Hektar landwirtschaftlich genutzter Fläche und Jahr (kg N/ha*a) auf 70 kg N/ha*a gesunken. Das entspricht einem jährlichen Rückgang von über 1 % sowie einem Rückgang über die Zeit um 40 %. Die Reduktion des Stickstoffüberschusses zu Beginn der 1990er Jahre ist größtenteils auf den Abbau der Tierbestände in den östlichen Bundesländern zurückzuführen. Der durchschnittliche Rückgang des Stickstoffüberschusses über die gesamte Zeit von 1994 bis 2023 beruht auf einem effizienteren Einsatz von Stickstoff-Düngemitteln, Ertragssteigerungen in der Pflanzenproduktion, höhere Futterverwertung bei Nutztieren und gesunkenen Tierzahlen. Seit 2015 ist der Überschuss besonders stark zurückgegangen. Der wesentliche Treiber dieses Rückgangs ist der deutlich verminderte Einsatz von Mineraldüngern. Dies ist u.a. auf eine verschärfte Düngegesetzgebung, der beschleunigten Einführung emissionsarmer Ausbringungstechnologien, mehrerer Dürrejahre und höherer Düngemittelpreise nach dem Angriffskrieg auf die Ukraine zurückzuführen. </p> <p>Im Jahr 2016 wurde in der <a href="https://www.bundesregierung.de/resource/blob/992814/2335292/3962877378d74837d4f4c611749b6172/2025-05-13-dns-2025-data.pdf">Deutschen Nachhaltigkeitsstrategie</a> der Bundesregierung (BReg 2016) ein Zielwert von 70 kg N/ha*a für das gleitende 5-Jahresmittel von 2028-2032 verankert. Mit der <a href="https://www.bundesregierung.de/resource/blob/976072/2335292/c4471db32df421a65f13f9db3b5432ba/2025-02-17-dns-2025-data.pdf?download=1">Weiterentwicklung</a> der Strategie in 2025 wurde der Zeitraum für die Zielerreichung auf die Jahre 2026 bis 2030 vorgezogen. </p> </p><p> Bewertung der Entwicklung <p>Das Ziel der Deutschen Nachhaltigkeitsstrategie wird mit Veröffentlichung des Bilanzjahres 2023 erstmalig erreicht, was einen großen Erfolg darstellt. Allerdings bedeutet dies nicht, dass es keiner weiteren Anstrengungen mehr Bedarf, die Stickstoffeinträge in die Umwelt weiter zu reduzieren oder auch dass die Überschüsse in den kommenden Jahren auf dem Niveau bleiben werden. Vielmehr ist dies als ein Teilziel zu betrachten, auf dem Weg Umwelt, Gesundheit und <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/klima">Klima</a> insgesamt vor zu hohen Stickstoffeinträgen zu schützen. Besonders im Hinblick auf die Umweltziele zur Verringerung der Nitratbelastung des Grundwassers - aufgrund seiner großen Bedeutung als Trinkwasserressource -, zur Minderung des Stickstoffeintrags in Nord- und Ostsee sowie zur Begrenzung der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/eutrophierung">Eutrophierung</a> aquatischer und terrestrischer Ökosysteme ist das Ziel von 70 kg Stickstoff pro Hektar nicht ausreichend. Denn hier kommt es weniger auf den durchschnittlichen nationalen Stickstoffüberschuss, sondern viel mehr auf die regionale Verteilung der Stickstoffüberschüsse an. Einen Überblick über die Verteilung der Überschüsse liefert <a href="https://gis.uba.de/maps/resources/apps/lu_nflaechenbilanzueberschuss/index.html?lang=de&vm=2D&s=9193427.02702703&r=0&bm=tpol&c=1150000%2C6683301.2629420925&l=nfbue_daten%2C%7E18b29039bd5-layer-2%28-2%2C-3%2C-4%2C-5%2C-6%29">die Karte zu den regionalen N-Flächenbilanzüberschüssen</a>. </p> </p><p> Stickstoffzufuhr und Stickstoffabfuhr in der Landwirtschaft <p>Die Stickstoffzufuhr in der landwirtschaftlichen Gesamtbilanz setzt sich aus mehreren Quellen zusammen. Dazu zählen vor allem Mineraldünger, importierte Wirtschaftsdünger, Kompost und Klärschlamm, die Stickstoffdeposition aus der Luft, die biologische Stickstoffbindung durch <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/leguminosen">Leguminosen</a>, Co-Substrate für die Bioenergieproduktion sowie Futtermittelimporte. Die Stickstoffabfuhr erfolgt über pflanzliche und tierische Marktprodukte.</p> <p>Zwischen 1990 und 2023 lag die durchschnittliche Stickstoffzufuhr bei 186 kg N/ha*a. Sie erreichte 1990 mit 209 kg N/ha*a ihren Höchstwert und sank bis 2023 auf ein Minimum von 143 kg N/ha*a. Bis 2017 blieb die Zufuhr weitgehend konstant, in den letzten sechs Jahren ging sie jedoch deutlich um durchschnittlich 8 kg N/ha*a zurück. Die Stickstoffabfuhr betrug im gesamten Zeitraum durchschnittlich 87 kg N/ha*a. Sie stieg bis 2017 kontinuierlich auf 98 kg N/ha*a an und ist seitdem leicht rückläufig. Aktuell liegt sie bei 89 kg N/ha*a. Durch den stärkeren Rückgang der Zufuhr im Vergleich zur Abfuhr hat sich der Stickstoffüberschuss deutlich verringert (siehe Abb. „Zu-und Abfuhr der landwirtschaftlichen Stickstoff-Gesamtbilanz, 1990-2023“).</p> <p>Im Jahr 2023 stammten 42 % der <u>Stickstoffzufuhr</u> aus Mineraldüngern, 24 % aus inländischem Tierfutter und 15 % aus Futtermittelimporten. Weitere Beiträge kamen aus der biologischen Stickstofffixierung von Leguminosen (10 %), aus atmosphärischer <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/deposition">Deposition</a> (3 %), aus Co-Substraten für die Biogasproduktion (2 %) sowie aus Saat- und Pflanzgut (1 %). Wirtschaftsdünger und betriebseigene Futtermittel werden in der Flächenbilanz, nicht jedoch in der Gesamtbilanz berücksichtigt (siehe Abb. „Stickstoff-Zufuhr zur landwirtschaftlichen Stickstoff-Gesamtbilanz in 2023“).</p> <p>Die <u>Stickstoffabfuhr</u> erfolgte 2023 zu 68 % über pflanzliche Marktprodukte und zu 32 % über Fleisch, Schlachtabfälle und andere tierische Produkte (siehe Abb. „Stickstoff-Abfuhr aus der landwirtschaftlichen Stickstoff-Gesamtbilanz in 2023“).</p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/image/4_Abb_N-Zu-und_Abfuhren_Zeitreihe_2026-03-05.png"> </a> <strong> Zu-und Abfuhr der landwirtschaftlichen Stickstoff-Gesamtbilanz, 1990-2023 </strong> Quelle: Bundesministerium für Landwirtschaft / Ernährung und Heimat <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/image/4_Abb_N-Zu-und_Abfuhren_Zeitreihe_2026-03-05.png">Bild herunterladen</a> (279,67 kB) <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/4_Abb_N-Zu-und_Abfuhren_Zeitreihe_2026-03-05.pdf">Diagramm als PDF</a> (57,58 kB) <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/4_Abb_N-Zu-und_Abfuhren_Zeitreihe_2026-03-05.xlsx">Diagramm als Excel mit Daten</a> (757,93 kB) <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/image/5_Abb_N-Zufuhren_Anteile_2026-03-05.png"> </a> <strong> Stickstoff-Zufuhr zur landwirtschaftlichen Stickstoff-Gesamtbilanz in 2023 </strong> Quelle: Bundesministerium für Landwirtschaft / Ernährung und Heimat <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/image/5_Abb_N-Zufuhren_Anteile_2026-03-05.png">Bild herunterladen</a> (119,91 kB) <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/5_Abb_N-Zufuhren_Anteile_2026-03-05.pdf">Diagramm als PDF</a> (36,68 kB) <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/5_Abb_N-Zufuhren_Anteile_2026-03-05.xlsx">Diagramm als Excel mit Daten</a> (746,79 kB) <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/image/6_Abb_N-Abfuhren_Anteile_2026-03-05.png"> </a> <strong> Stickstoff-Abfuhr aus der landwirtschaftlichen Stickstoff-Gesamtbilanz in 2023 </strong> Quelle: Bundesministerium für Landwirtschaft / Ernährung und Heimat <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/image/6_Abb_N-Abfuhren_Anteile_2026-03-05.png">Bild herunterladen</a> (88,19 kB) <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/6_Abb_N-Abfuhren_Anteile_2026-03-05.pdf">Diagramm als PDF</a> (34,71 kB) <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/6_Abb_N-Abfuhren_Anteile_2026-03-05.xlsx">Diagramm als Excel mit Daten</a> (746,41 kB) Weiter <i> </i> Vorherige <i> </i> </p><p> Maßnahmen zur Verringerung der Überschüsse <p>Um den Stickstoffüberschuss weiter zu verringern und die damit verbundenen Umweltziele zu <a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/umweltindikatoren/indikator-nitrat-im-grundwasser">Nitrat im Grundwasser</a>, <a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/umweltindikatoren/indikator-eutrophierung-durch-stickstoff">Eutrophierung von Ökosystemen</a>, <a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/umweltindikatoren/indikator-eutrophierung-der-meere">Stickstoffeinträge in Küstengewässer</a> und <a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/umweltindikatoren/indikator-emission-von-luftschadstoffen">Emissionen von Luftschadstoffen</a> zu erreichen, sollten die Stickstoffzufuhr in der Landwirtschaft weiter reduziert und der eingesetzte Stickstoff effizienter genutzt werden. Die Voraussetzung dafür ist ein möglichst geschlossener Stickstoffkreislauf. Um dies zu erreichen müssen Maßnahmen umgesetzt werden, die dazu führen, dass die Anwendung von Mineraldünger reduziert wird, importierte Futtermittel durch heimische ersetzt werden und die Anzahl von Nutztieren reduziert und gleichmäßiger auf die landwirtschaftliche Fläche verteilt wird. Zudem sollte die Effizienz der Stickstoffnutzung durch weitere Optimierungen des betrieblichen Nährstoffmanagements, wie standortangepasste Bewirtschaftungsmaßnahmen, geeignete Nutzpflanzensorten und passende, vielfältige Fruchtfolgen verbessert werden. </p> </p><p> Die Düngeverordnung <p>Die <a href="http://www.gesetze-im-internet.de/d_v_2017/index.html">Düngeverordnung</a> definiert „die gute fachliche Praxis der Düngung“ und gibt vor, wie die mit der Düngung verbundenen Risiken zu minimieren sind. Sie wurde 2017 und 2020 umfassend novelliert um Strafzahlungen als Folge des Urteils des EuGHs gegen Deutschland wegen Verletzung der EU-Nitratrichtlinie zu verhindern. Dieses Ziel wurde vorerst erreicht. Die kurzfristige Wirkung der Maßnahmen der Düngeverordnung soll zukünftig im Rahmen eines Wirkungsmonitorings geprüft werden, um eine schnelle Nachsteuerung von Maßnahmen vor allem in den mit Nitrat belasteten und von <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/eutrophierung">Eutrophierung</a> betroffenen Gebieten zu erreichen. Informationen zu den Novellierungen finden sich <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/wasser/grundwasser/nutzung-belastungen/faqs-zu-nitrat-im-grund-trinkwasser#was-ist-der-unterschied-zwischen-trinkwasser-rohwasser-und-grundwasser">hier</a>.</p> </p><p> </p><p>Informationen für...</p>
The pattern of plant nutrient uptake in a soil profile is the result of complex processes occurring at the cellular or sub-cellular levels but affecting the whole-plant behaviour in function of the plant environment that varies strongly in time and space. The plant nutrient acquisition depends on root architecture and growth, on soil properties and heterogeneity, and on the 3-D distribution of nutrients and water. Equally important is how these parameters interact, as for instance how the nutrient distribution and soil properties and heterogeneity impact root growth or how nutrient and water limitation affect assimilate allocation. Mathematical modelling using a spatial resolution that resolves the spatial structure of the root structure and the nutrient and water distribution is therefore needed to quantitatively account for these complex and interacting processes and to predict plant nutrient uptake behaviour under environmental constraints. The main goal of the project is to build a modelling platform able to describe 3-D flow and transport processes in the soil to individual roots of an entire root system (WP1). Model parameters will be derived from specific experiments performed at the plant scale in the research group (WP3) and stored in a specific data warehouse (WP2). The impact of different parameters, which describe root growth and nutrient uptake at the single root scale, on nutrient uptake at the soil profile scale, will be investigated based on scenario analyses (WP4). Data on water and nutrient uptake and root growth from plant and field scale experiments will be compared with model predictions to validate the model. Simulations with the 3-D root scale model will be used to validate hypotheses and parameterizations of larger scale 1-D models that do not describe processes at the scale of individual roots (WP5 and SP10).
Die Pflanzenbestaende der Dauerbeobachtungsflaechen werden jaehrlich aufgenommen, die Gesellschaften bestimmt und die oekologischen Faktoren berechnet. Im fuenfjaehrigen Abstand werden Tiere der Mesofauna des Bodens ausgezaehlt und einige mikrobiologische Parameter bestimmt.
Steigende Biomasseentzüge aus Wäldern, erhöhtes Waldwachstum durch anhaltend hohe atmosphärische Stickstoffeinträge und direkte und indirekte Auswirkungen des Klimawandels rücken den Kreislauf und die Verfügbarkeit von Phosphor (P) in Waldökosystemen vermehrt in den Fokus wissenschaftlicher Untersuchungen. Den P-Verlusten mit dem Sickerwasser kommt dabei außerdem besondere Bedeutung für die Eutrophierung von Oberflächengewässern zu. Bisher liegen jedoch kaum Erkenntnisse über die Höhe und Prozessdynamik des P-Austrags und die Transportwege von P in Waldböden vor. Eigene Studien zeigten kürzlich, dass signifikante P-Verluste aus Waldböden während starker Niederschlagsereignisse auftreten können. Da der Oberflächenabfluss in Wälder in der Regel vernachlässigbar ist, spielt insbesondere der Transport über preferentielle Fließwege (z.B. Makroporen) eine wichtige Rolle. Welche Prozesse jedoch den P-Transport entlang dieser Fließwege steuern und welche P-Formen überwiegend transportiert werden, ist weitestgehend unbekannt. Ebenso wurde bisher nicht untersucht, ob unterschiedliche Ernährungsstrategien von Waldökosystemen einen Effekt auf die P-Transportmechanismen haben. Eine Grundannahme des SPP 1685 ist, dass recycelnde Systeme, in denen die P- Verfügbarkeit aus der mineralischen Phase gering ist, sich an diese P-Limitierung angepasst haben. Sie können Phosphor hoch effizient recyceln und P-Verluste aus dem System minimieren. Dagegen bestand für akquirierende Systeme, welche überwiegend verfügbares P der mineralischen Phase nutzen, vermutlich nicht die Notwendigkeit angepasste Strategien zu einem effizienten P-Recycling zu entwickeln. Um die Relevanz dieser beiden hypothetischen Ernährungsstrategien auf P-Transportprozesse in Waldböden experimentell zu überprüfen, werden wir daher Böden in Waldökosystemen mit unterschiedlicher P-Verfügbarkeit aus der mineralischen Phase betrachten (SPP-Kernstandorte). Die Ziele unserer Studie sind dabei: 1) die Identifizierung der P-Transportpfade durch den Boden und der am Transport beteiligten P-Formen; 2) die modell-basierte Abschätzung der P-Verluste aus den betrachteten Systemen. Die preferentiellen Fließwege von infiltrierendem Wasser sollen mit Hilfe von Farbtracer-Experimenten visualisiert werden. Durch die anschließende chemische Analyse der P-Fraktionen in den preferentiellen Fließwegen sollen Rückschlüsse auf P-Transportmechanismen in Waldböden gezogen werden. Zur Abschätzung der P-Verluste aus dem System werden basierend auf den identifizierten Transportmechanismen und beobachteten Fließwegen numerische Modelle parametrisiert, welche die Komponenten des Wasserhaushaltes simulieren. Durch diesen kombinierten Ansatz können erstmals die Transportmechanismen und Austragsraten von Phosphor aus Waldökosystemen in Abhängigkeit ihrer Ernährungsstrategie (P-Verfügbarkeit aus der mineralischen Phase) vergleichend betrachtet werden.
Ungefähr ein Drittel des gesamten Bodenoberflächenkohlenstoffs auf der Erde ist in Permafrostböden eingeschlossen. Auftauende Permafrostböden sind als bedeutende Quelle der Treibhausgase Kohlendioxid, Methan und Lachgas erkannt worden. Bis zum Ende dieses Jahrhunderts wird für die arktischen Permafrosttorfgebiete eine Erwärmung von unter 2°C auf jährlich durchschnittlich 5,6 bis 12,4°C vorhergesagt, was zu einem erheblichen Auftauen des Permafrosts und einer anschließenden Mobilisierung von organischem Kohlenstoff und Stickstoff führt. Daher wird der mikrobielle Umsatz von neu mobilisiertem organischem Material eine unvorhersehbare Menge an produzierten Treibhausgasen widerspiegeln. Neben der mikrobiellen Produktion von Treibhausgasen in Permafrosttundren muss auch die anschließende Freisetzung der produzierten Treibhausgase aus dem Boden in die Atmosphäre berücksichtigt werden. Permafrosttundren werden erfolgreich von verschiedenen Pflanzen besiedelt, deren Wurzeln während des saisonalen Auftauens durch den Boden wachsen. Die physikalische Wirkung wachsender Wurzeln mit unterschiedlicher Morphologie, einschließlich Lufteinschluss in wurzelnahen Lufttaschen, und ihre unzähligen Möglichkeiten des Zusammenspiels mit der abiotischen und mikrobiellen Bodenumgebung verändern zahlreiche biogeochemische und physikalische Bodenprozesse. Zum Beispiel kann die Freisetzung von organischem Kohlenstoff in Form von Wurzelexsudaten die mikrobielle Produktion von Treibhausgasen anregen. Radialer Sauerstoffverlust von Wurzeln in überschwemmten Böden führt zur Bildung von Eisenmineralbelägen um Wurzeln. Solche Beläge sind hochreaktive Grenzflächen zwischen Wurzel und Boden und beherbergen eine Vielzahl ökologischer Nischen für mikrobielle Gemeinschaften, die den Treibhausgaszyklus treiben. Welche Rolle das Wurzel-Boden-System für die Produktion, den Verbrauch, den Transport und die Freisetzung von Treibhausgasen aus Permafrosttundren spielt, ist Gegenstand dieses Antrags. Wir werden einzigartige Unterschiede in der Wurzelarchitektur, der Exsudation von organischem Kohlenstoff und der Bildung von Wurzelbelägen von Graminoid- und Strauchpflanzen mit einer sich ändernden mikrobiellen Gemeinschaftsstruktur und gekoppeltem Treibhausgaszyklus aufzeigen. Zu diesem Zweck werden wir Feldstudien mit Laborexperimenten verknüpfen. Rhizosphären von Graminoiden und Sträuchern werden während einer gesamten Auftausaison visuell überwacht, indem Beobachtungsfenster entlang eines Permafrost-Tau-Gradienten platziert werden. Die mikrobielle Zusammensetzung, Aktivität und Funktion wird in Abhängigkeit von der Wurzelarchitektur, der Art des ausgeschiedenen organischen Kohlenstoffs und der Bildung von Wurzeleisenmineralen untersucht und mit dem lokalen Treibhausgaszyklus und der Gesamttreibhausgasemission korreliert. Insgesamt wird in diesem Antrag die Nutzung des Wurzel-Boden-Systems zur Reduzierung/Kontrolle der Emission von Treibhausgasen aus Permafrostböden untersucht.
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.
Damit Ökosystemdienstleistungen, die beispielsweise der Bodenfruchtbarkeit und -gesundheit dienen, mit einer hohen Rate erbracht werden können, ist eine größere und aktivere mikrobielle Biomasse (MB) im Boden von Vorteil. Die MB wird häufig über die Chloroform-Fumigation-Extraktion von Kohlenstoff (C), Stickstoff (N) und Phosphor (P) bestimmt und diese drei Elemente weisen eine homöostatische Stöchiometrie auf. Mikroorganismen bestehen jedoch aus mehr als diesen drei Elementen und jene anderen spielen wichtige Rollen in Zellfunktionen, Wachstum, und Ökosystemdienstleistungsbezogenen Aktivitäten. Aber deren Stöchiometrie in der MB ist nicht bekannt. Gemäß dem Minimumgesetz werden Wachstum und Aktivität durch jene Nährstoffe begrenzt, die im Verhältnis zur benötigten Menge die geringste Verfügbarkeit aufweisen. Allerdings hat sich die Erkenntnis durchgesetzt, dass Co-Limitierung dominiert. Andererseits können einige Elemente wie Mangan andere wie beispielsweise Magnesium, Eisen und Zink substituieren. Das Verhältnis von C zu anderen Elementen als N und P, das für Wachstum und Aktivität im Boden benötigt wird, ist nicht bekannt. Kürzlich haben wir eine Chloroform-Fumigation-Extraktionsmethode zur Analyse weiterer MB-Elemente optimiert. Mit dieser Methode soll die MB in Bodenvarianten aus zwei Langzeitdüngeexperimenten und ihren Korngrößenfraktionen untersucht werden. Während sich erstere in ihrem Nährstoffstatus durch die verschiedenen Düngungevarianten unterscheiden, unterscheiden sich letztere durch die Diversität der Mineralien und die Qualität assoziierter organischer Bodensubstanz. In Inkubationsexperimenten sollen des Weiteren Elemente in mehreren Konzentrationsstufen zugeführt werden. Durch diese Herangehensweisen soll die Hypothese getestet werden, dass im Gegensatz zu C:N:P Elemente, die substituiert werden können, eine flexible Stöchiometrie aufweisen. Die Untersuchungen beinhalten die Messung von Bodenatmung und Enzymaktivitäten. Mittels Schrotschusssequenzierung sollen funktionelle Gene analysiert werden, die mit den Elementen in Beziehung stehen wie jene, die für Metalloproteine codieren. Es soll überprüft werden, ob das Wissen über die Stöchiometrie bioverfügbarer und MB-Elemente genutzt werden kann, um Wachstum und Aktivität der Mikroorganismen zu erhöhen. Die Ergebnisse dieses Projekts geben Einsicht in den stöchiometrischen Phänotyp der MB des Bodens jenseits von C, N und P. Dieses Wissen zusammen mit jenem über bioverfügbare Elemente soll Interessengruppen ermöglichen, die mikrobielle Gemeinschaft des Bodens durch spezifische Elementzugabe in spezifischen Konzentrationen so zu behandeln, dass Bodenfruchtbarkeit und -gesundheit sowie entsprechend Ökosystemdienstleistungen des Bodens erhöht werden.
Einer der global größten Kohlenstoffspeicher ist die organische Bodensubstanz (OBS), welche eine zentrale Quelle für die Pflanzennährstoffe Stickstoff (N) und Phosphor (P) darstellt. Bodenmikroorganismen sind die Hauptakteure beim Umsatz der OBS und damit ein zentrales Bindeglied zwischen Kohlenstoff- (C) und Nährstoffkreisläufen. Sie sind jedoch stark durch Phagen (also Viren, die Bakterien befallen) beeinflusst. In Ozeanen sterben täglich 20% der bakteriellen Zellen durch Phagen, was zu einem Umsatzpfad („viral shunt“) führt, der große Mengen organischer Substanz und damit assoziierter Nährstoffe aus bakterieller Biomasse freisetzt. Das erhöht die Produktivität der Ozeane und speichert C in bakteriellen Rückständen. Trotz ihrer hohen Abundanz in Böden wurden Phagen in der Bodenbiogeochemie kaum berücksichtigt. Meine Nachwuchsgruppe wird erstmals untersuchen wie die Biophysik des Mikrohabitats die Infektion durch Phagen und damit bakterielle Sterberaten steuert. Wir werden herausfinden, ob hierdurch ein vergleichbarer „viral shunt“ in Böden vorliegt und quantifizieren dessen Auswirkung auf Nährstoff- und CO2-Feisetzung sowie auch der Speicherung von C. Wir möchten gezielt über phänomenologische Beschreibungen hinausgehen und zugrundeliegende Mechanismen aufklären. Bodenmikrohabitate werden mit modernsten bildgebenden Verfahren zur Aufklärung mikroskaliger Strukturen charakterisiert: 3D Wasserverteilung im Habitat durch synchrotronbasierte Mikrotomographie, Verteilung der OBS mit Rasterelektronenmikroskopie und Mineralogie der Porenoberflächen mittels Raman-Mikrospektroskopie. Phagen aus Böden werden isoliert und ihre Phage-Habitat-Interaktionen erfasst, um so die Relevanz des Mikrohabitats für die Phagenausbreitung zu eruieren. Der Einfluss des Mikrohabitats auf die Infektionsrate und damit auf Stoffkreisläufe wird mittels der Kopplung molekularer Methoden mit Isotopenanwendungen untersucht werden, und zwar i) 18O-DNA Markierung (SIP) zur Erfassung der Phagenbildung sowie des bakteriellen Zellsterbens, ii) der Bestimmung der Abundanz relevanter funktioneller Gene und iii) der Quantifizierung der Mineralisationsraten durch Isotopenverdünnung. Der Einsatz isotopisch markierter Phagen (13C, 15N, 33P) wird die phageninduzierte Änderungen der Elementflüsse aufzeigen. Damit wird erstmal ein mechanistisches Verständnis erlangt, wie Bodenphagen in Interaktion mit ihrem Habitat biogeochemische Kreisläufe von globaler Bedeutung beeinflussen. Des Weiteren wird der Einfluss dynamischer Änderungen des Mikrohabitats auf Phagen untersucht sowie evolutionäre Anpassungen der Phagen an ihre Habitate. Detailliertes Prozessverständnis ist hier von höchster Relevanz um die Auswirkung anthropogener Aktivität oder des Klimawandels auf Bodenphagen vorherzusagen. Daher werden diese Erkenntnisse final in ein dynamisches Modell integriert, um erstmals die Vorhersage phageninduzierter Prozesse in Böden zu ermöglichen - für deren Einsatz in Landnutzung und Landwirtschaft.
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.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 1475 |
| Europa | 3 |
| Global | 1 |
| Kommune | 26 |
| Land | 253 |
| Weitere | 21 |
| Wirtschaft | 6 |
| Wissenschaft | 768 |
| Zivilgesellschaft | 26 |
| Type | Count |
|---|---|
| Daten und Messstellen | 23 |
| Förderprogramm | 1415 |
| Hochwertiger Datensatz | 5 |
| Repositorium | 2 |
| Text | 74 |
| unbekannt | 101 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 62 |
| Offen | 1530 |
| Unbekannt | 28 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 1399 |
| Englisch | 579 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 24 |
| Bild | 7 |
| Datei | 41 |
| Dokument | 50 |
| Keine | 999 |
| Webdienst | 3 |
| Webseite | 583 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 1517 |
| Lebewesen und Lebensräume | 1478 |
| Luft | 882 |
| Mensch und Umwelt | 1620 |
| Wasser | 979 |
| Weitere | 1592 |