Introduction: In Malaysia, excessive nutrients from livestock waste management systems are currently released to the environment. Particularly, large amounts of manure from intensive pig production areas are being excreted daily and are not being fully utilised. Alternatively, the excess manure can be applied as an organic fertiliser source in neighbouring cropping systems on the small landholdings of the pig farms to improve soil fertility so that its nutrients will be available for crop uptake instead of being discharged into water streams. Thus, there is a need for better tools to analyse the present situation, to evaluate and monitor alternative livestock production systems and manure management scenarios, and to support farmers in the proper management of manure and fertiliser application. Such tools are essential to quantify, and assess nutrient fluxes, manure quality and content, manure storage and application rate to the land as well as its environmental effects. Several computer models of animal waste management systems to assist producers and authorities are now available. However, it is felt that more development is needed to adopt such models to the humid tropics and conditions of Malaysia and other developing countries in the region. Objectives: The aim is to develop a novel model to evaluate nutrient emission scenarios and the impact of livestock waste at the landscape or regional level in humid tropics. The study will link and improve existing models to evaluate emission of N to the atmosphere, and leaching of nutrients to groundwater and surface water. The simulation outputs of the models will be integrated with a GIS spatial analysis to model the distribution of nutrient emission, leaching and appropriate manure application on neighbouring crop lands and as an information and decision support tool for the relevant users.
Bedingt durch den Klimawandel sind landwirtschaftliche Kulturpflanzen vermehrt Wasserstress und Frostschäden ausgesetzt. Gleichzeitig prognostiziert die FAO einen Anstieg des globalen Wasserbedarfs um 55% (Landwirtschaft um 11%), bei einem Anstieg der gesamten beregneten Fläche um 6% bis 2050. Diese Problematik, kombiniert mit dem Bevölkerungsanstieg, wachsendem Energiebedarf und dem Rückgang der nutzbaren landwirtschaftlichen Fläche in den Industriestaaten, verlangt nach Lösungen. Ein bedarfsgerechter, energiesparender und effizienter Einsatz der Ressourcen Wasser und Energie ist erforderlich, um eine zukunftsfähige und nachhaltige Bewässerung zu gewährleisten und der steigenden Nutzungskonkurrenz, um die Ressource Wasser, zu begegnen. Während eine automatisierte Bewässerung im Gewächshaus bereits Stand der Technik ist, wird die Freiflächen und Tröpfchenbewässerung wie z.B. im Gemüse bzw. Obstbau überwiegend manuell auf Basis von Erfahrungswerten der Anbauer oder aufgrund fest geplanter Bewässerungsintervalle durchgeführt. Dies führt in der Regel zu hohen Bewässerungsgaben und kann weiterhin zu Nährstoffauswaschungen führen. Ziel dieses Projektes ist es daher, Daten aus den unterschiedlichsten Quellen auf einer intelligenten Service-Plattform miteinander zu verknüpfen, um dadurch über eine digitale Entscheidungsunterstützung, eine bedarfsgerechte und (teil-)automatisierte Bewässerung zu ermöglichen. Gerade die Integration lokaler Sensoren in einem multivariaten Ansatz, soll dabei auch der zunehmenden Entwicklung von teilabgedeckten Agrarflächen durch Agri-Photovoltaik-Anlagen, Folien und Netzen gerecht werden. Kern des Projekts ist dabei ein Cloud-basierter Bewässerungsplaner, der sich automatisiert an die on-Site gemessenen Klimaparameter, sowie den aktuellen phänologischen Bedingungen in Echtzeit anpasst. Der Planer wird dann mit den bestehenden Systemen der Projektpartner vernetzt, um die Ausführung der Bewässerung zu (teil)-automatisieren.
To understand impacts of climate and land use changes on biodiversity and accompanying ecosystem stability and services at the Mt. Kilimanjaro, detailed understanding and description of the current biotic and abiotic controls on ecosystem C and nutrient fluxes are needed. Therefore, cycles of main nutrients and typomorph elements (C, N, P, K, Ca, Mg, S, Si) will be quantitatively described on pedon and stand level scale depending on climate (altitude gradient) and land use (natural vs. agricultural ecosystems). Total and available pools of the elements will be quantified in litter and soils for 6 dominant (agro)ecosystems and related to soil greenhouse gas emissions (CO2, N2O, CH4). 13C and 15N tracers will be used at small plots for exact quantification of C and N fluxes by decomposition of plant residues (SP7), mineralization, nitrification, denitrification and incorporation into soil organic matter pools with various stability. 13C compound-specific isotope analyses in microbial biomarkers (13C-PLFA) will evaluate the changes of key biota as dependent on climate and land use. Greenhouse gas (GHG) emissions and leaching losses of nutrients from the (agro)ecosystems and the increase of the losses by conversion of natural ecosystems to agriculture will be evaluated and linked with changing vegetation diversity (SP4), vegetation biomass (SP2), decomposers community (SP7) and plant functional traits (SP5). Nutrient pools, turnover and fluxes will be linked with water cycle (SP2), CO2 and H2O vegetation exchange (SP2) allowing to describe ecosystem specific nutrient and water characteristics including the derivation of full GHG balances. Based on 60 plots screening stand level scale biogeochemical models will be tested, adapted and applied for simulation of key ecosystem processes along climate (SP1) and land use gradients.
Neben mineralischen Stickstoff- und Phosphorverbindungen werden zeitweilig auch bedeutsame Mengen an organisch und kolloidal gebundenen Stickstoff- und Phosphorverbindungen in Dränage-, Grund- und Oberflächenwässer transportiert. Verantwortlich hierfür sind Makroporentransportprozesse. Die Auswaschung organischer Verbindungen durch Makroporentransport kann bisher unter Feldbedingungen mit konventionellen Probenahmetechniken nicht direkt gemessen werden. Ziel des im Rahmen einer Kooperation mit der Dan Kook University (Republic of Korea) beantragten Projektes ist die Ermittlung der gesamten N- und P-Auswaschung (Matrix- und Makroporentransport; mineralisch, organisch und kolloidal gebunden) aus landwirtschaftlich genutzten Böden bei unterschiedlichen Nutzungssystemen (Ackerland, Gründland), unterschiedlicher Nutzungsintensität (ohne Düngung, mit langjähriger organischer Düngung und hohen P- und -Gehalten in der Krume, langjährige Mineraldüngung) und Bodenbearbeitung (ohne, konventionelle und konservierende Bodenbearbeitung) als ein Kriterium zur Bewertung der Nachhaltigkeit unterschiedlicher Produktionsverfahren. Es werden neue Probenehmer verwendet, die sowohl die quantitative Messung des Matrix- und des Makroporentransportes unter Feldbedingungen erlauben.
Zielsetzung: Aufgrund der immer strenger werdenden gesetzlichen Regelungen beim Einsatz von Pestiziden, vor allem von Glyphosat, und dem Druck aus der Gesellschaft gewinnen alternative Methoden zur Beikrautregulierung in Dauerkulturen wie Obst- und Weingärten an Bedeutung. Hier spielt vor allem die Bodenbearbeitung eine wichtige Rolle. Ziel dieser Pflegemaßnahmen ist die Schaffung und Erhaltung der natürlichen Bodenfruchtbarkeit, die als Grundlage für einen langfristigen und qualitativ hochwertigen Ertrag dient. Des Weiteren soll durch eine schonende Bearbeitung des Bodens der Austrag von Nährstoffen eingegrenzt und die Belastung des Grundwassers auf ein Minimum reduziert werden. Die mechanische Bodenbearbeitung bewirkt eine physikalische Lockerung und Belüftung des Bodens. Diese Arbeiten sind größtenteils voll mechanisiert. In Reihenkulturen wird vermehrt auf ein sogenanntes Begrünungsmanagement zurückgegriffen. Hierbei liegt der Fokus auf dem Anbau geeigneter Begrünungskulturen, die eine biologische Auflockerung der verdichteten Zonen bewirken und gleichzeitig für eine ausreichend hohe Bodenbedeckung sorgen. Dies bringt eine Reduktion der Erosion mit sich, führt zur Verbesserung bzw. Sicherung der Wasserqualität und fördert den Humusaufbau sowie das Bodenleben. Die Begrünung nimmt daher eine Schlüsselfunktion zum Erhalt bzw. zur Steigerung der Bodenfruchtbarkeit ein. Auf diese Weise soll ein funktionierendes Ökosystem mit den Reihenkulturen geschaffen werden. Die Pflege dieser Begrünungen ist jedoch mit hohem Arbeitseinsatz, Zeitaufwand und dem Einsatz schwerer Maschinen verbunden. Um die pflanzliche Konkurrenzsituation der Begrünungspflanzen mit den Dauerkulturen um Wasser und Nährstoffe steuern zu können, müssen jene regelmäßig durch mechanische Bearbeitung, z.B. durch Mähen bzw. Mulchen, auf eine bestimmte Wuchshöhe getrimmt werden. Der Bereich zwischen den Reihen ist üblicherweise traktorbefahrbar und mit handelsüblichen Geräten bearbeitbar. Schwieriger ist dies zwischen den Pflanzen (in Weingärten meist nur ca. 90 cm Abstand). Die Arbeitselemente von konventionellen Anbaugeräten sind seitlich ausschwenkbar und verfügen über mechanische Fühlerleisten. Sobald der Fühler z.B. eine Rebe detektiert, schwenkt das Gerät ein. Allerdings kann durch den Fühler die Rinde verletzt werden, was die Pflanze anfällig für Pilzbefall macht. Da es sich bei diesen Arbeiten um immer wiederkehrende und monotone Aufgaben handelt, soll die Regulierung des Bewuchses in der Reihe und vor allem im Zwischen-Stock-Bereich möglichst trivial und automatisiert erfolgen.
Mit den erhobenen Messdaten wurde es möglich die Nährstoffeinträge in den Mondsee für 2 große Zubringer auch für vergangene Jahre zu berechnen. Die Messungen an 98 Punkten im Einzugsgebiet geben Aufschluss darüber wie sich die Phosphorkonzentration verhält und wie sich der Längsverlauf der drei großen Zubringer darstellt. Aus diesen Ergebnissen konnte man die durchschnittliche Nährstofffracht in den Mondsee abschätzen. Mit Hilfe dieses Parameters wurde der kritische Nährstoffeintrag für den Mondsee, der als oligotroph eingestuft wird, berechnet. Die Berechnungen haben ergeben, dass der Nährstoffeintrag in den Mondsee ziemlich genau dem kritischen Flächenaustrag entspricht. Die gemessenen Phosphorwerte im Seewasser ergeben ein ähnliches Bild in den letzten Jahren. Es tritt kaum eine Veränderung in der Phosphorkonzentration im Freiwasser auf, allerdings kann man den Trend nach dem Hochwasserjahr 2002 und dem trockenen Jahr 2003 gut erkennen, was bestätigt, dass bei gleich bleibendem Phosphoreintrag keine Verbesserung im See zu erwarten ist. Mit den erhobenen Zeitreihen konnte man einen Einblick gewinnen, wie sich die Phosphorkonzentration bei der Schneeschmelze verhält. Wassergesättigte Böden nach der Winterruhe, kein Niederschlag und trotzdem hohe Nährstoffkonzentrationen lassen den Schluss zu, dass besonders im Frühjahr Phosphor mobiler und leichter verfügbar ist als im restlichen Jahreskreis. Das bedeutet, dass das Ökosystem besonders im Frühling sehr sensibel reagiert. Die Nährstoffe nach Abklingen der Schneeschmelze aufzubringen, die natürliche Auswaschung abzuwarten, bringt weniger Auswaschung ins Gewässer und die später gedüngten Nährstoffe stehen vor Ort für das Pflanzenwachstum, besonders für den ersten Aufwuchs, zur Verfügung. Der Anteil an gelöstem Phosphor ist mit über 50 Prozent bei 70 Prozent der erhobenen Messwerte sehr hoch. Zu erwarten war, dass partikulär transportierter Phosphor den Hauptanteil an der Phosphorfracht hat. Dass ein großer Teil des Phosphors gelöst in den See gelangt macht ihn im aquatischen System schneller verfügbar und begünstigt das Algenwachstum. Die erhobenen Messwerte über das Abflussverhalten und die Phosphorkonzentration im Einzugsgebiet dienten als Basis für die Kalibrierung eines Modells zur Berechnung des mittleren jährlichen Nährstoffeintrags. Phosphorkonzentration, Phosphorfracht und Flächenaustrag wurden für die einzelnen Punkte im Einzugsgebiet für verschiedene Zeitpunkte berechnet. Um einen Teilaspekt des Wasserkreislaufs, die potentielle Evapotranspiration, in ihrer Größenordnung abschätzen zu können, wurden unterschiedliche Verdunstungsmodelle herangezogen. Mit der Bedingung, räumliche Unterschiede mit den Eingangsparametern erfassen zu können, um eine sinnvolle Anwendung in einem Geographischen Informationssystem zu ermöglichen, wurden die Berechnungen mit den vorhandenen klimatologischen Daten durchgeführt und ein Modell (WENDLING, 1984) als das beste ausgewählt.
Untersucht werden in erster Linie Wirkungen von Ozon allein oder in Kombination mit saurem Nebel unter kontrollierten Bedingungen. Als Arbeitshypothese liegt das Wirkungsschema der LIS zur Entstehung der neuartigen Waldschaeden zugrunde (siehe LIS-Bericht Nr. 28). Zur experimentellen Untersuchung der O3-Wirkung werden Waldbaeume in Plexiglaskammern mit gefilterter Luft unter Zusatz von Ozon begast und die verschiedenen physiologischen Parameter verfolgt. Dabei konnte festgestellt werden, dass unter O3-Einfluss a) die Photosyntheserate reduziert wird, b) die Atmungsrate ansteigt, c) der Chlorophyllgehalt abnimmt. Es laesst sich eine vorlaeufige Rangfolge der Sensitivitaet wie folgt aufstellen 1) Buchen 2) Ahorn 3) Fichte 4) Tanne. Zur Wirkung der kombinierten Behandlung von Fichten mit Ozon und saurem Nebel werden vor allem die aus den Baeumen ausgewaschenen Naehrstoffe analysiert. In Abhaengigkeit von der Ozonkonzentration werden Ca++, Mg++, K+, Mn+, NO3- und SO4-- verstaerkt ausgewaschen, Cl- dagegen nicht. Mit sinkendem pH-Wert in der Nebelloesung nimmt die Menge ausgewaschener Ionen ebenfalls zu.
Zielsetzung: Die Tierernährung muss sich heute verschiedenen Herausforderungen stellen. Hierzu zählt eine schnell wachsende Weltbevölkerung und daraus resultierend ein steigender Bedarf an proteinhaltigen Lebens- und Futtermitteln. Ressourcenknappheit und Konkurrenz hinsichtlich Ackerflächen und Wasser gewinnen daher bei der Erzeugung von Futtermitteln eine stetig wachsende Bedeutung. Darüber hinaus sind Umweltwirkungen im Rahmen der Futtermittelproduktion, wie Nährstoffeintrag und Entstehung von klimarelevanten Gasen, verstärkt in den gesellschaftspolitischen Fokus gerückt und machen die Erschließung neuer und nachhaltig erzeugter Futtermittel erforderlich. Eine potentielle Alternative zu den herkömmlichen importierten Proteinfuttermitteln wie Sojaextraktionsschrot stellen Wasserlinsen dar. Sie bieten verschiedene Vorzüge, die für die Verwendung als Futtermittel sprechen. Hierzu zählt eine hohe Flächenproduktivität mit der sich fünf- bis zehnmal höhere Proteinerträge pro Fläche und Jahr als mit Sojapflanzen generieren lassen. Dabei können Wasserlinsen regional in hydroponischen Systemen kultiviert werden und konkurrieren folglich nicht mit anderen Nutzpflanzen um fruchtbares Ackerland. Verglichen mit konventionellen Anbaumethoden, bei denen ein Großteil des Wassers im Boden versickert, kann der Wasserverbrauch in den geschlossenen hydroponischen Systemen um bis zu 90 % reduziert werden. Da mit dem Wasser auch die nicht absorbierten Nährstoffe rezykliert werden, lassen sich zugleich Nährstoffauswaschung in die Umwelt vermeiden. Der hydroponische Anbau von Wasserlinsen kann dabei unabhängig von äußeren Klimabedingungen betrieben werden, so dass eine flexible Standortwahl z. B. in viehintensiven Regionen möglich ist.
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