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s/bodenmakrofauna/Bodenmikrofauna/gi

Soil physicochemical properties of the PhytOakmeter plot DGRL_14 (Greifenhagen, Germany) in 2016, 2020 and 2022

As part of PhytOakmeter platform (www.phytoakmeter.de), soil chemical parameters were determined in 2016, 2020 and 2022. Soil pH was measured using a glass electrode in a 1:2.5 soil-to-0.01 M CaCl2 suspension after one hour of equilibration. Gravimetric soil moisture was assessed with a fully automated moisture analyzer (DBS60-3, KERN & SOHN GmbH, Balingen, Germany), here defined as soil moisture (MOI). Total nitrogen (TN) and total carbon (TC) contents in the soil were analyzed in triplicate through dry combustion using a Vario elemental analyzer (EL III, Elementar, Hanau, Germany), and the carbon-to-nitrogen ratio (TC/TN) was subsequently calculated from these values. To evaluate the potentially bioavailable soil organic carbon and nitrogen for microbial activity, hot water-extractable carbon and nitrogen (HWC and HWN, respectively) were determined following the methods of Ghani et al. (2003) and Schulz et al. (2011). Additionally, the labile organic carbon and nitrogen easily decomposable by soil microorganisms were measured as cold water-extractable carbon (CWC) and nitrogen (CWN) based on procedures described by Zsolnay (1996), Zakharova et al. (2015), and Schmidt et al. (2017). Ammonium and nitrate (NH4±N and NO3—N, respectively) were quantified, with their sum representing the total mineral nitrogen content (Nmin).

Schwerpunktprogramm (SPP) 1374: Biodiversitäts-Exploratorien; Exploratories for Long-Term and Large-Scale Biodiversity Research (Biodiversity Exploratories), Teilprojekt: Die Funktion der Hyphosphäre für die Kohlenstoff- und Nährstoffverteilung zwischen Pflanzen und Mikroorganismen in Grünlandböden unterschiedlicher Landnutzungsintensität

Prozesse auf der Mikro-Habitat-Skala könnten Veränderungen der Ökosystemfunktionen in Grünlandböden in größerem Maßstab erklären. In der letzten Phase haben wir gezeigt, dass Pilze wichtige Kohlenstoff- und Nährstofftransmitter zwischen der Mineralosphäre und der Rhizosphäre in Grünlandböden sind. In der nächsten Phase wollen wir die spezifische Bedeutung des Hyphosphäre (wurzelloser Boden um die Hyphen) unter Feldbedingungen mit Hilfe neu entwickelter HYPHOboxen untersuchen. Wir werden die Rhizosphäre und die Detritusphäre von der Hyphosphäre trennen. Mit zwei 13C-Markierungsansätzen, einem mit markiertem CO2 und einem mit markierter Pflanzenstreu, wollen wir untersuchen, ob die Landnutzungsintensität (LUI) den Kohlenstofffluss von Pflanzen in die Rhizo- und Hyphosphäre bzw. den Nährstofffluss von der Hyphosphäre in die Rhizosphäre beeinflusst. Die Frage ist, ob symbiontische arbuskuläre Mykorrhizen (AMF) oder freilebende saprotrophische Pilze die anfängliche C-Aufnahme dominieren werden, indem sie pflanzenbürtigen C verarbeiten und schnell in die Hyphosphäre leiten. Hyphosphären-Mikroorganismen könnten auch als Brücke für Kohlenstoff- und Nährstoffe zwischen der Detritusphäre und der Rhizosphäre dienen. Die neu etablierten Multi-Grünland-Experimente geben uns die Möglichkeit zu untersuchen, inwieweit und wie schnell eine Extensivierung der Grünlandnutzung die Biomasse und Funktion von Bodenmikroorganismen verändert. Die voneinander unabhängige Verringerung der Nährstoffversorgung (Reduzierung der Düngung, direkte Reaktion der Bodenmikroorganismen) oder die verminderte Mahthäufigkeit (Veränderungen des Pflanzeneintrags in den Boden, indirekte Reaktion der Bodenmikroorganismen) in diesem Experiment ermöglicht es, die beiden verschiedenen Mechanismen zu entschlüsseln und somit das mechanistische Verständnis der Reaktion von Grünland Agrarökosystemen auf Veränderungen der Landnutzungsintensität zu verbessern. Das langfristige Monitoring der mikrobiellen Parameter in 150 Grünlandstandorten (in Fortsetzung der Jahre 2011, 2014 und 2017) wird es uns ermöglichen, Effekte von kurzfristigen Veränderungen der Landnutzungsintensität (innerhalb von drei Jahren) von denen der längerfristigen Historie des Standorts (Legacy-Effekt) auf die Funktionen und die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaften zu trennen.

Boden – wertvolles und begrenztes Gut

Boden ist die oberste Schicht der Erdkruste und bildet die Schnittstelle zwischen Gestein, Luft und Wasser. Er stellt ein belebtes ökologisches System dar, das durch unzählige Organismen, die in vielfältigen Beziehungen zueinander stehen, bewohnt wird. In seinem Porensystem aus mineralischer und organischer Festsubstanz, dessen Hohlräume mit Luft und Wasser gefüllt sind, kreuzen sich zahlreiche Stoffkreisläufe, deren Bestandteile hier umgewandelt, gespeichert und neu verteilt werden. Bis sich aus dem Ausgangsgestein ein Boden entwickelt, vergehen aber hunderte von Jahren. Boden ist somit eine schützenswerte Ressource und nur begrenzt vermehrbar. Die Entstehung unserer Böden hat nach der letzten Eiszeit begonnen. Dabei wurden je nach Ausgangsgestein, Klimabedingungen, Geländeposition und unter Einfluss der Pflanzen, Tiere und Mikroorganismen im Laufe der Zeit unterschiedliche Böden gebildet. In den letzten Jahrtausenden wurden Böden in zunehmendem Maße durch den Menschen und die unterschiedlichen Formen der Bodennutzung geprägt. Boden ist die ursprüngliche Basis und Bestandteil aller zur Erde gehörenden Ökosysteme. Gleichzeitig hat er auch die Funktion eines Ökosystemdienstleisters vieler Lebensräume und Lebensgemeinschaften übernommen. Ohne diese Leistungen des Bodens wäre menschliches Leben auf der Erde nicht möglich. Böden sind somit in eine Vielzahl von Wechselbeziehungen zwischen den Lebewesen und ihrer Umwelt eingebunden und prägen darüber hinaus den Landschaftscharakter Zu den natürlichen Funktionen den Bodens zählen: die Lebensraumfunktion für naturnahe und seltene Pflanzengesellschaften die Ertragsfunktion für Kulturpflanzen die Puffer- und Filterfunktion die Regelungsfunktion für den Wasserhaushalt Die Bodenkunde als Wissenschaft befasst sich mit den Eigenschaften, den Funktionen sowie der Entwicklung und Verbreitung von Böden. Böden werden anhand ihrer Eigenschaften und Materialien in etwa 50 verschiedene Bodentypen klassifiziert. Für Berlin wurden logisch zusammenhängende Bodentypen in Bodengesellschaften zusammengefasst und für die Stadt flächendeckend im Umweltatlas dargestellt. Das Bundes-Bodenschutzgesetz und die Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung sowie das novellierte Berliner Bodenschutzgesetz schaffen die gesetzliche Grundlage für den Schutz des Bodens vor schädlichen Veränderungen.

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.

Mikrobiologische Bodenbehandlungsanlage zur Dekontaminierung von Altlastboeden

Die Behandlung der insbesondere mit PCB-verunreinigten Boeden erfolgt in einer zentralen biologischen Behandlungsanlage. Nach Einlagerung des zu behandelnden Bodens in drei Behandlungsfelder in geschlossener Leichtbauweise mit einer Gesamtkapazitaet von 7 125 m3 wird der Boden mit Klaeranlagenwasser, das mit Mikroorganismen angereichert ist (Patent BASF Lacke + Farben AG) berieselt. Um die hoechste Abbauaktivitaet der Mikroorganismen zu erreichen, wird die Raumluft auf 20 bis 42 Grad Celsius erwaermt. Gleichzeitig wird erwaermte Luft von unten in den Boden gepresst. Die abgesaugte Hallenluft wird ueber einen Aktivkohlefilter abgeleitet. Fuer die Verrieselung wird Brauchwasser (Klaeranlagenwasser oder Oberflaechenwasser) verwendet, das im Bedarfsfall in einem Vorlagetank mit Naehrstoffen versetzt wird. Der gereinigte Boden wird einer Wiederverwertung (Strassen- und Kanalbau, Laermschutzwaelle) zugefuehrt.

Possible effects of transgenic plants on soil organisms

Soil is the first component of the environment that can be effected by GM plants, because they do not only consume the nutritive substances from the soil, but also release there different compounds during a growing period, and leave in the soil their remains. If the plants are modified to increase their resistance to plant pathogens, particularly bacteria, they can also affect the other microorganisms important for plant development. Also there are no considerable data about possible effect of GM plants on soil organic matter and chemical processes in soil. For the experiment it is planned to use transgenic potato plants (Solanum tuberosum L. cv. Desiree) expressing a chimerical gene for T4 lysozyme for protection against bacterial infections; - obtaining and short-term growing of GM plants in laboratory conditions; - extraction and collection of root exudates and microbial metabolites from rhizosphere; - analysis of these exudates by Pyrolysis-Field Ionisation Mass Spectrometry (Py-FIMS) in comparison with the exudates of wild-type plants and transgenic controls not harbouring the lysozyme gene, and with dissolved organic matter from non-cropped soil; - creation of 'fingerprints' for each new transgenic line in combination with certain soil on the basis of marker signals. Expected impacts: - New highly cost-effective express testing system for the risk assessment of genetically modified plants at the earliest stages of their introduction; - The conclusion about safety/danger of GM plants for the soil ecosystems; - Model for prediction of possible risk caused by GM plants.

Bilanzierung des Beitrags mikrobieller Biomasse zur Bildung refraktärer organischer Substanz im Boden mittels Isotopentracertechniken (Zellen, Zellbestandteile, CO2 und NH4)

Beim mikrobiellen Umsatz von organischen Verbindungen wird ein beträchtlicher Anteil des Kohlenstoffs zunächst zum Aufbau von Biomasse durch Bakterien genutzt. Diese Biomasse unterliegt nach ihrem Absterben wieder einem Abbau durch andere Mikroorganismen. In diesem Prozess werden Fragmente der abgestorbenen Zellen entweder selbst wieder zum Substrat für andere Organismen oder direkt in der Bodenmatrix festgelegt. Damit tragen sie substanziell zur Bildung der organischen Bodensubstanz (SOM) bei. Im Rahmen der geplanten Arbeiten sollen vorwiegend durch Markierungsexperimente mit stabilen und radioaktiven Isotopen die mikrobiellen Umsatzraten und die Bildung von Huminstoffen aus bakterieller Biomasse und fraktionierten Zellbestandteilen wie auch aus mikrobiellen Mineralisationsprodukten wie CO2 und NH4 in Modellböden des Schwerpunktprogrammes detailliert untersucht werden. Dazu wird die Transformation isotopisch markierter Biomassebestandteile (14C; 13C; 15N) in Bodenbioreaktoren untersucht. Die festgelegten und umgewandelten Produkte der markierten Biomasse sollen in den verschiedenen Partikel- und Huminstofffraktionen des Bodens bilanziert und mit isotopenchemischen und strukturchemischen Methoden charakterisiert werden. Damit können der stoffliche Beitrag der Biomasse an der Bildung von Huminstoffen im Boden bilanziert und Konversionsfaktoren sowie Raten für die Stoffverteilung abgeschätzt werden. Ergebnisse aus ersten Versuchen lassen zudem auf einen signifikanten Einbau von Kohlenstoff aus CO2 in die SOM schließen. Daraus könnte sich eine Neubewertung von Tracerexperimenten zur Bildung von gebundene Resten aus Xenobiotika ergeben. Im zweiten Schritt sollen Methoden zur Ermittlung der Struktur und Funktionalität der festgelegten Biopolymere entwickelt werden. Besonderes Augenmerk wird auf die Festlegung von Zellwandbestandteilen, Strukturproteinen und Nukleinsäuren gelegt.

Auswirkungen unterschiedlicher Bodennutzungssysteme auf die Pflanzenverfuegbarkeit von Schwermetallen und bodenmikrobiologische Kenndaten von Ackerflaechen nach langjaehriger Klaerschlammduengung

Fragestellung: Welches Risiko hinsichtlich der Schwermetallbelastung der Nahrungskette geht von ehemals durch Klaerschlammduengung hoch belasteten Flaechen aus? Versuchsziel: Auf den Flaechen des langjaehrigen Klaerschlammversuches des Instituts fuer Pflanzenernaehrung (330) der Universitaet Hohenheim mit z.T. stark ueberhoehten Schwermetallgehalten im Oberboden wird der Einfluss eines 'konservierenden' und eines 'humuszehrenden' Ackernutzungssystems auf: 1. Schwermetallmobilitaet und -aufnahme und 2. funktionelle Diversitaet von Bodenmikroorganismen und andere bodenmikrobiologische Parameter (u.a. Enzymaktivitaeten) untersucht.

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.

Bilanz der Verteilung und Umwandlung von Umweltchemikalien in Tieren, Pflanzen und Mikroorganismen

Versuche mit perfundierter Rattenleber und mikrosomalen Systemen von verschiedenen Wirbeltierspezies an Perchlorbutadien zum Vergleich mit Ganztierversuchen. Fortsetzung der Untersuchungen ueber den Einfluss von Umweltchemikalien (Trichloraethylen, chlorierte Aniline und Phenole, Tribunil, Toxaphenkomponenten u.a.) auf Enzymaktivitaeten des Auges, Untersuchung der Membranpermeabilitaet der Linsenkapsel. Fortsetzung von Versuchen mit P-Cl-Anilin und 3,4-Dichloranilin und Bodenmikroorganismen. Umwandlung von Tribunil durch Bodenmikroorganismen. Vergleichende Untersuchung der Umwandlung von Aldrin, Endo- und Exodieldrin durch Bodenmikroorganismen zur Aufstellung von Struktur-Abbaubarkeitsbeziehungen.

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