Durch artenreiches Grasland werden vielfältige Ökosystemleistungen (ÖSL) simultan erbracht. Die Bandbreite der in der intensiven Graslandnutzung für Milchvieh eingesetzten Pflanzenarten beschränkt sich auf einige wenige Vertreter der Gräser und Leguminosen. Viele leguminose und nicht-leguminose dikotyle Pflanzenarten wurden bisher nicht züchterisch bearbeitet, sie werden bislang im Anbau kaum berücksichtigt und offiziell gar nicht empfohlen. Dikotyle Pflanzenarten weisen einen hohen Futterwert auf, sind durch tiefe Wurzeln häufig trockentoleranter als Gräser und enthalten sekundäre Inhaltsstoffe. Diese Eigenschaften sind bei zu erwartender zunehmender Trockenheit (tiefe Wurzel) und zur Reduktion der Methanemission von Wiederkäuern (sekundäre Inhaltsstoffe) entscheidend. Ein zentrales Problem dieser bisher wenig verbreiteten, minoren dikotylen Pflanzenarten ist die unzureichende Kenntnis der agronomischen und qualitativen Eigenschaften sowie die Aussichten für eine weitergehende züchterische Bearbeitung, weil zur intra-spezifischen Variation der ÖSL einzelner Pflanzenarten weitgehend Unklarheit herrscht. Das beantragte Verbundprojekt verfolgt deshalb das Ziel der Etablierung und Nutzung von artenreichem Grünland, um wichtige ÖSL durch verbesserte Zuchtsorten in angepassten neuartigen Mischungen oder durch Streifenanbau simultan zu erbringen. Es werden in einem systematischen Ansatz ausgewählte Arten mit wertvollen Eigenschaften identifiziert und die intra-spezifische Variabilität der Eigenschaften in einem 'pre-breeding' Ansatz ermittelt und beschrieben. Im Besonderen richten sich die ÖSL auf Biodiversität (Blütenangebot), Trockentoleranz (stomatäre Leitfähigkeit), pflanzliche Sekundärmetabolite (PSM wie Tannine), Ausdauer, Winterhärte, Konkurrenzkraft und Etablierungserfolg sowie auf Futterqualität, Ertrag und die biologische Stickstofffixierung. Ein Anbauprotokoll jeder Art wird eigens erstellt.
Distickstoffoxid (N2O; Lachgas) ist ein starkes Treibhausgas und eine ozonabbauende Substanz. Während des letzten Jahrhunderts ist die atmosphärische Konzentration von N2O als Folge der Erfindung der menschengemachten Stickstofffixierung (des Haber-Bosch-Prozesses) und der Intensivierung der landwirtschaftlichen Düngung ständig angestiegen, was zu einem starken anthropogenen Ungleichgewicht im globalen biogeochemischen Stickstoffkreislauf geführt hat. Obwohl erkannt wurde, dass N2O-Emissionen eine wichtige Rolle beim Klimawandel spielen, blieben entsprechende Strategien zur Emissionsminderung weitgehend unerforscht. Das Ziel dieses interdisziplinären und kollaborativen Projekts ist die Untersuchung von N2O-atmenden Bakterien (NrB) und deren Anwendbarkeit zur Verminderung von N2O-Emissionen aus Kläranlagen. Die beiden Hauptziele sind (i) die Identifizierung der am besten geeigneten NrB für diese Aufgabe und (ii) der Einsatz dieser Organismen unter kontinuierlichen Bedingungen, die für die Abwasserbehandlung realistisch sind. Das Arbeitsprogramm beinhaltet eine gründliche mikrobiologische Charakterisierung von repräsentativen NrB in Kurzzeit-Experimenten, einschließlich der Untersuchung der Lachgasatmung bei Anwesenheit von gelöstem Sauerstoff und dem Einfluss anderer relevanter Faktoren, wie der Kohlenstoffquelle oder der Abwassermatrix. Geeignete NrB sollen in Langzeitexperimenten Abwasser-ähnlichen Bedingungen ausgesetzt werden. Diese Studien sollen in Laborreaktoren durchgeführt werden und beinhalten unter anderem die Exposition zu wechselnden Bedingungen, z. B. dynamische Veränderungen der Konzentration des gelösten Sauerstoffs. Das Projekt wird eine Eignungsbewertung hinsichtlich der Verwendung von NrB unter Abwasserbedingungen und der Implementierung von NrB in Abwasserbehandlungssystemen liefern. Es wird weiterhin dazu beitragen, die noch nahezu unerforschte natürliche Ressource der N2O- atmenden Bakterien zu nutzen.
Das übergeordnete Projektziel von ISLAND ist die Wissensgrundlage zu den Effekten von Leguminosen in Fruchtfolgen unterschiedlicher Produktionsintensität zu erweitern und Strategien der optimierten Integration zu entwickeln. Hierbei soll ein Schwerpunkt auf der Berücksichtigung und Minimierung der Verlustpotentiale und auf die adäquate Anrechnung der Fixierungsleistung/Vorfruchtwirkung gelegt werden. Dafür soll das Verständnis der relevanten Prozesse im Stickstoffkreislauf umfänglich erweitert und plausible Bewertungsalgorithmen und -kennzahlen (Schätzung N2-Fixierung) für eingesetzte Maßnahmen (z.B. Behandlung der Ernterückstände), Betriebsmittel (z.B. mineralische/organische Dünger) und deren Wechselwirkungen entwickelt werden. Als Bindeglied zwischen der empirischen Datenerhebung in Feldversuchen und der aggregierten Kennzahlentwicklung sollen prozessorientierte Simulationsmodelle weiterentwickelt und zur Datenanalyse sowie in Form von Szenarienrechnungen eingesetzt werden. Die zentralen Forschungsfragen lauten: (1) Welchen Beitrag leisten Leguminosen zur Klimabilanz in unterschiedlichen Stellungen innerhalb standorttypischer Fruchtfolgen variierender Produktionsintensität? (2) Gibt es einen Zusammenhang zwischen direkten (und indirekten) Lachgasemissionen und der N2-Fixierungsleistung bei ausgewählten Körnerleguminosen und lässt sich die Fixierungsleistung auch über fernerkundlich erhobenen Spektraldaten abschätzen? (3) Wie wirken sich die Vorfrucht- und Fruchtfolgeeffekte von Leguminosen auf die THG-Bilanzen standorttypischer Fruchtfolgen unterschiedlicher Intensität unter prognostizierten Klimawandelszenarien an ausgewählten Standorten aus?
Das Südchinesische Meer ist das größte Randmeer der Erde und ausschließlich von stark besiedelten Ländern wie China, Indonesien, Philippinen oder Vietnam umgeben. Klimaänderung und menschliche Einflüsse im Einzugsgebiet des Mekong (18 geplante Stauseen zu Stromgewinnung und Intensivierung der Aquakultur) werden die Flusseinträge drastisch verändern und in der Folge die Biogeochemie der Küstengewässer. Die Geschwindigkeit und Größenordnung dieser Veränderungen lassen es wahrscheinlich erscheinen, dass das hier geplante Feldprogramm eine der wenigen Gelegenheiten sein wird, dieses Meeresgebiet zu erfassen, bevor es sich grundlegend verändert hat. Die gegenwärtige Rolle der Nährstoffeinträge des Mekong für die Produktivität des Südchinesischen Meeres soll im Vergleich zu den Nährstoffeinträgen durch den Auftrieb während des SW Monsuns untersucht werden. Ergebnisse früherer Arbeiten von uns lassen vermuten, dass die Stickstofffixierung von Cyanobakterien, die in Symbiose mit Diatomeen vorkommen, eine zentrale Rolle spielt. Zudem gibt es einzellige und koloniebildende N-Fixierer wie Trichodesmium in der Flussfahne. Die Interaktion von stickstofffixierenden Organismen, die von den Einträgen des Mekong abzuhängen scheinen, ist bislang nicht verstanden und steht im Fokus dieses Projektes. Die Nährstoffzusammensetzung in Wasser und die Aufnahme von markierten Kohlenstoff und Stickstoffverbindungen wird in der Flussfahne und im Auftriebsgebiet quantifiziert. Zudem wird auf Zellebene der Austausch von Stickstoff und Kohlenstoff zwischen Diatomeen und ihren stickstofffixierenden Symbionten mittels NanoSIMS analysiert. Zeitgleich wird die Gemeinschaft der Stickstofffixierer entlang der Flussfahne und im offenen südchinesischen Meer von amerikanischen und vietnamesischen Kollegen durch genomische, molekularbiologische und taxonomische Methoden erfasst. In der Synthesephase des Projektes soll durch die Zusammenführung aller Ergebnisse ein tiefgreifendes Verständnis des menschlichen Einflusses auf die Biogeochemie des Küstenmeeres vor Vietnam erreicht werden. Zwei Expeditionen in das Gebiet des Mekongausstroms sind bereits durch einen genehmigten Antrag des Schmidts Oceanographic Institute aus den USA abgesichert, so dass Probennahmen und Experimente an Board geplant werden können. Aufgrund des früheren, sehr erfolgreichen DFG finanzierten Vorhabens bestehen enge Kontakte zum Institute of Oceanography in Nha Trang, Vietnam, auf die hier aufgebaut wird.
Unser Projekt hat folgende Ziele: 1. Die Bewertung von Managementsystemen von Palmöl-Plantagen im Hinblick auf die N2-Fixierung und die Effizienz mit der Nährstoffe genutzt und im System gespeichert werden. 2. Ableitung einer Treibhausgasbilanz auf Ökosystemebene durch die Kombination von Gasflussmessungen im Boden mit Messungen der Eddy-Kovarianz. 3. Die Bestimmung des Anteils von Nitrifikation und Denitrifikation an den N2O-Flüssen und die Quantifizierung der räumlichen und zeitlichen Variabilität von Treibhausgasflüssen im Boden. 4. Die Bewertung des Beitrags von Flussufer- und -Auenbereichen sowie Baumstammemissionen zur Treibhausgasbilanz auf Landschaftsebene.
Die bundesweite Bodenzustandserhebung ergab, dass die Mehrzahl der Waldstandorte eine geringe bis sehr geringe Basensättigung aufweisen. Die Nährstoffnachlieferung für den aufwachsenden Baumbestand erfolgt auf diesen Standorten fast ausschließlich durch Nährstoffrückführung aus der Biomasse (Streu, starkes Totholz). Ziel des Forschungsvorhabens ist es, den Beitrag des Totholzes zur Nährstoffnachlieferung zu erfassen und die bei der Totholzzersetzung ablaufenden Stoffumsatzprozesse (Respiration, Auswaschung, Fragmentierung, Stickstoff-Fixierung, Stickstoff-Mineralisation) zu analysieren. Die Untersuchungen konzentrieren sich auf eine Baumart, die Buche, als dominierende Baumart der Waldgesellschaften Mitteleuropas, und eine Versuchsfläche, auf der seit 10 Jahren Stoffflüsse (Eintrag, Austrag) und -umsätze (Streuzersetzung, Mineralisation, Pflanzenaufnahme) nach Bestandesauflichtung und Kalkung gemessen werden. Die Versuchsfläche zeichnet sich durch einen hohen Totholzvorrat aus, dessen Anfall datiert werden kann. Das Forschungsvorhaben dient zur Abschätzung des Totholzvorrates, der für einen nachhaltig ausgewogenen Nährstoffhaushalt eines Buchenwaldökosystems auf basenarmen Standort notwendig ist.
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