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Ecosystem functions of rare arable plants - field experiment: Carabidae data

Partly taken from the materials and methods of https://doi.org/10.1016/j.baae.2022.12.003: To compare the activity densities of ground-dwelling predators between treatments with and without RAPs, carabids were sampled using pitfall traps, which were set up after each round of aphid counting (one per plot, twice per year; Brown & Matthews, 2016). The traps (with a volume of 400 ml and a width of 90 mm) were filled with a mixture of water and ethylene glycol (1:1; 120 ml) and dug at ground level into the middle of each plot. The traps were covered with a plastic roof and a metal grid (15 × 15 mm grid size) to avoid overflowing during rain and accidental rodent catches (Császár et al., 2018). The traps were activated for 7 days. Subsequently, all arthropods were transferred into 70% ethanol. Carabids were identified to species according to Hůrka (1996). Carabid feeding behavior was classified according to Homburg et al. (2014). To simplify the dataset, carabid feeding behavior was classified as predominantly granivorous (species mainly feed on seeds and fruits) or as carnivorous/omnivorous, because carnivorous and omnivorous species are potentially feeding on aphids and other non-plant material.

Dekontamination von mit Schwermetallen (Cd, Zn, Tl) belasteten Flaechen durch Pflanzen - Erarbeitung und Ueberpruefung von Anbauempfehlungen fuer mit Thallium belastete Flaechen

Problemstellung und Zielsetzung: Viele landwirtschaftliche Flaechen sind so stark mit Schwermetallen (SM) kontaminiert, dass ueber den Transfer Boden-Pflanze das Risiko einer Belastung der Nahrungskette besteht. Andererseits koennte ein hoher Boden-Pflanze-Transfer eine Chance zur Dekontamination solcher Flaechen bieten. Ziel des Forschungsprojektes ist, in Feldversuchen auf kontaminierten Flaechen das Risiko des Tl-Transfers Boden-Pflanze zu untersuchen und die Moeglichkeiten einer Biodekontamination von mit Tl, Cd und Zn belasteten Boeden durch Steigerung der Pflanzenentzuege abzuschaetzen. Bereits durchgefuehrte Versuche und Ergebnisse: Fuer die Untersuchungen stehen in Institutsnaehe Flaechen mit Boeden zur Verfuegung, die durch Neckarbaggergut (Cd, Zn), langjaehrige ueberhoehte Klaerschlammanwendung (Cd, Zn u.a. SM) und Zementwerksemissionen (Tl u.a. SM) kontaminiert sind. Die auf den mit Cd und Zn belasteten Boeden angebauten 50 Maisinzuchtlinien und 8 Maishybriden unterschieden sich in ihren Cd- und Zn-Entzuegen zwar um Faktor 5, dennoch wuerde trotz Auswahl der Linien mit den hoechsten Entzuegen eine Dekontamination unrealistisch lange Zeitraeume beanspruchen (ueber 500 Jahre). Auf dem mit Tl kontaminierten Boden wurden Tl-Gehalte und -entzuege von 22 Pflanzenarten untersucht. Eine Ueberschreitung des Lebensmittelrichtwertes wurde bei einigen Brassicaceen (z.B. Gruenkohl) festgestellt. Die Tl-Entzuege von Sommerraps und Gruenkohl waren so hoch, dass eine Dekontamination von mit Tl belasteten Flaechen in relativ kurzen Zeitraeumen moeglich erscheint. In Naehrloesungsversuchen mit radioaktiv markiertem Tl zeigten sich deutliche Unterschiede (Faktor 10-20) in der Tl-Aufnahme von Rotkohl, Weisskohl und Gruenkohl, wobei Rotkohl die geringste Tl-Aufnahme zeigte, Gruenkohl die hoechste. Demgegenueber waren die Unterschiede bei der Verlagerung von Tl in den Spross nur geringfuegig. Geplante Versuche: Auf den mit Tl belasteten Flaechen soll durch Untersuchung der Veraenderung der Tl-Bindungsformen im Boden in Abhaengigkeit vom Tl-Entzug ein realistischer Zeitrahmen zur Biodekontamination dieser Flaechen erarbeitet werden.

Continuous water level observations at station BEFmate_I4low, 2020-01 to 2023-04

Data presented here were collected between 2020-01 and 2023-04 at station BEFmate_I4low within the research unit DynaCom (Spatial community ecology in highly dynamic landscapes: From island biogeography to metaecosystems, https://uol.de/dynacom/ ) involving the Universities of Oldenburg, Göttingen, and Münster, the iDiv Leipzig and the Nationalpark Niedersächsisches Wattenmeer. Experimental islands and saltmarsh enclosed plots were established in the back-barrier tidal flat and in the saltmarsh zone of the island of Spiekeroog (Germany). Groundwater levels at different elevation zones were measured using pressure loggers deployed in dip wells within the experimental islands as well as in the saltmarsh enclosed plots. Measurements were obtained using a DEFI-D Miniature Pressure Recorder (JFE Advantech Co., Ltd., Tokyo; DEFI-D). All devices were pre-calibrated by the manufacturer. Logged data were retrieved in the field using a Hobo Underwater Shuttle (U-DTW-1) and were read out with the DEFI Series software (V1.02), depending on the instrument. Subsequent data processing was done using MATLAB (R2024b). Atmospheric pressure correction for water-level calculations was applied using data from a nearby weather station. Post-processing and quality control included (a) the removal of data covering maintenance activities, (b) an outlier detection, and (c) visual checks. Outliers in water level and temperature time series were detected using a moving-median filter and a 3-sigma criterion, with additional cross-checking against a reference sensor. Identified outliers were removed, and height-corrected water level series were produced to ensure consistency across sensors and years.

Die Wirkung verschiedener Formen der organischen Duengung im Vergleich zur Mineralduengung

6 Varianten organische Duengung, 1 Variante ohne organische Duengung in Kombination mit 4 Varianten Mineralduengung = 28 Varianten. Organische Varianten: I = 250 dt/ha Tiefstallmist, II = 300 dt/ha Stapelmist, III = 300 dt/Ha Frischmist, IV = 60 dt/ha Gerstenstroh, V = 250 dt/ha Kompostmist, VI = 17-stuendiger Schafpferch, VII = ohne organische Duengung. Die organische Duengung erfolgt jedes dritte Jahr zur Hackfrucht. In der Fruchtfolge Zuckerrueben - Weizen - Hafer werden folgende Parameter erfasst: Ertraege, Naehrstoffumsatz, Naehrstoffbilanz, Naehrstoffuntersuchungen im Boden, bodenbiologische Untersuchungen, Klimafaktoren.

Hydraulische Konnektivität in oberflächennahen, unverfestigten Porengrundwasserleitern

Für die Charakterisierung und Quantifizierung der Konnektivität von hydrostratigraphischen Einheiten in Porengrundwasserleitern ist im Vergleich zur Erfassung und Quantifizierung der räumlichen Verteilung hydraulischer Leitfähigkeiten bisher nur wenig Forschung betrieben worden. Dies trifft nicht nur auf die theoretische Betrachtung der Konnektivität von Aquiferstrukturen verschiedener Größenordnungen zu, sondern insbesondere auch auf deren Erfassung und Quantifizierung durch Feldversuche. Die Unsicherheiten bezüglich der Kontinuität hydrostratigraphischer Einheiten genauso wie die bisher noch größere Unsicherheit bezüglich ihrer Konnektivität, führen immer noch zu teils erheblichen Problemen bei der Betrachtung, Modellierung und Vorhersage des realen, natürlichen Stofftransports insbesondere in heterogenen Grundwasserleitern. Daher glauben wir, dass eine genauere Betrachtung und Erforschung von Konnektivität von wesentlicher Relevanz für die Erfassung der Stofftransporteigenschaften in heterogenen Aquiferen ist. In diesem Zusammenhang basiert unsere initiale Arbeitshypothese auf einer Verbindung zwischen Konnektivität und Signalimpulsen verschiedener Frequenzbereiche von hydraulischen Messungen als auch für Messungen der Spektralen Induzierten Polarisation (SIP). Dabei soll der Zusammenhang zwischen Signalfrequenz und Signalamplitudendämpfung (für SIP zusätzlich Phasenverschiebung) als möglicher Indikator (oder als Maß) für verschiedenartige Konnektivitäten untersucht werden. Ausgangspunkt dieses Projektes ist zunächst die Entwicklung eines oder mehrerer theoretischer Konnektivitätskonzepte. Weiterhin soll das Potential geophysikalischer (SIP) und hydraulischer Messungen (z.B. Direct Push gestützte Cross-Hole oder Slug Interference Tests) sowie eine Kopplung von hydraulischen und geophysikalischen Messungen untersucht werden. Dabei soll vor allem die erwähnte Frequenzabhängigkeit der gemessenen Signale für verschiedene Konnektivitätsszenarien näher betrachtet werden um deren Eignung für die Erfassung der Konnektivität zu prüfen. Dafür werden direkt vergleichbare und simultan durchgeführte Laborversuche und numerische Simulationen der unterschiedlichen Konnektivitätsszenarien betrachtet. Die Experimente und Simulationen werden dabei mit steigender Komplexität, auf unterschiedlichen Größenordnungen und dementsprechend mit unterschiedlichen Konnektivitätsszenarien realisiert. Die Ergebnisse der Simulationen und Experimente sollen dann genutzt werden, das entwickelte theoretische Konzept (bzw. die Konzepte) iterativ anzupassen und zu optimieren. Das Hauptziel des Projektes besteht darin, dass auf der Basis des optimierten theoretischen Konnektivitätskonzepts die Ergebnisse der (simulierten) Labor- und Feldexperimente nutzen zu können, um Konnektivität messen und diese neue Information letztendlich in Strömungs- und Transportmodelle einfließen lassen zu können.

Seawater carbonate chemistry and mass fluxes and elemental composition of particulate export in KOSMOS mesocosm experiments (2010-2014)

Diatoms account for up to 40% of marine primary production and require silicic acid to grow and build their opal shell. On the physiological and ecological level, diatoms are thought to be resistant to, or even benefit from, ocean acidification. Yet, global-scale responses and implications for biogeochemical cycles in the future ocean remain largely unknown. Here we conducted five in situ mesocosm experiments with natural plankton communities in different biomes and find that ocean acidification increases the elemental ratio of silicon (Si) to nitrogen (N) of sinking biogenic matter by 17 ± 6 per cent under pCO2 conditions projected for the year 2100. This shift in Si:N seems to be caused by slower chemical dissolution of silica at decreasing seawater pH. We test this finding with global sediment trap data, which confirm a widespread influence of pH on Si:N in the oceanic water column. Earth system model simulations show that a future pH-driven decrease in silica dissolution of sinking material reduces the availability of silicic acid in the surface ocean, triggering a global decline of diatoms by 13–26 per cent due to ocean acidification by the year 2200. This outcome contrasts sharply with the conclusions of previous experimental studies, thereby illustrating how our current understanding of biological impacts of ocean change can be considerably altered at the global scale through unexpected feedback mechanisms in the Earth system.

Continuous water level observations at station BEFmate_I4upp, 2020-01 to 2021-07

Data presented here were collected between 2020-01 and 2021-07 at station BEFmate_I4upp within the research unit DynaCom (Spatial community ecology in highly dynamic landscapes: From island biogeography to metaecosystems, https://uol.de/dynacom/ ) involving the Universities of Oldenburg, Göttingen, and Münster, the iDiv Leipzig and the Nationalpark Niedersächsisches Wattenmeer. Experimental islands and saltmarsh enclosed plots were established in the back-barrier tidal flat and in the saltmarsh zone of the island of Spiekeroog (Germany). Groundwater levels at different elevation zones were measured using pressure loggers deployed in dip wells within the experimental islands as well as in the saltmarsh enclosed plots. Measurements were obtained using Hobo U20L Water Level Loggers (Onset Computer Corporation, Bourne, MA/USA). All devices were pre-calibrated by the manufacturer. Logged data were retrieved in the field using a Hobo Underwater Shuttle (U-DTW-1) and were read out with the HOBOware Pro (V3.7.28) software, Subsequent data processing was done using MATLAB (R2024b). Atmospheric pressure correction for water-level calculations was applied using data from a nearby weather station. Post-processing and quality control included (a) the removal of data covering maintenance activities, (b) an outlier detection, and (c) visual checks. Outliers in water level and temperature time series were detected using a moving-median filter and a 3-sigma criterion, with additional cross-checking against a reference sensor. Identified outliers were removed, and height-corrected water level series were produced to ensure consistency across sensors and years.

Freiland- und Laboruntersuchungen des Planktons in extrem sauren Bergbaurestseen

Durch den Braunkohletagebau entstanden bzw. entstehen geogen extrem versauerte Restseen (pH 2-4), die auch hinsichtlich weiterer abiotischer Parameter ein Extremhabitat darstellen. Wir untersuchen die Konsequenzen, die dies fuer die Struktur und Funktionsweise der planktischen Nahrungsnetze hat.

Langzeituntersuchungen zum Einfluss der ungestörten Sukzession und des Mulchens auf den Pflanzenbestand und Bodeneigenschaften einer feuchten Glatthaferwiese

Wiesen auf zeitweise vernässten, sommertrockenen Böden sind meist ein Produkt jahrzehntelanger landwirtschaftlicher Nutzung. Nur selten handelt es sich bei solchen Flächen um oligotrophe Biotope, die zu den am schützenswertesten mitteleuropäischen Landschaften gehören. Dennoch können solche Wiesen auch bei mittlerem und höherem Nährstoffstatus recht artenreich sein. Ziel dieses Projektes ist es, die mittel- und langfristigen Folgen der Nutzungsaufgabe auf solchen Grünlandstandorten aufzuzeigen. In welchen Zeiträumen ist mit einschneidenden Veränderungen der botanischen Zusammensetzung und der bodenchemischen Eigenschaften zu rechnen und welche Unterschiede bestehen zwischen der ungestörten Sukzession und einmaligem Mulchen pro Jahr? Der Freilandversuch wurde im Jahr 1979 in langjährig bewirtschaftetem Grünland etabliert, das pflanzensoziologisch als Arrhenatherion elatioris feuchter Ausprägung einzuordnen ist. Der Ausgangsbestand war dominiert von Leguminosen und anderen Kräutern. Der Versuch mit vier Wiederholungen beinhaltet drei Behandlungen, die über 25 Jahre unverändert geblieben sind: ungestörte Sukzession, einmaliges Mulchen pro Jahr im Juli und extensive Wiesennutzung (= moderate mineralische Düngung, ein bis zwei Schnitte pro Jahr, Erstnutzung in der Regel in der ersten Juni-Hälfte).

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.

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