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s/ns-kreislauf/N-Kreislauf/gi

Der Nadelblatt-Apoplast der Fichte als Lebens- und Reaktionsraum für autotrophe Nitrifizierer

Eigene Untersuchungen in einem hohen atmogenen N-Eintrag sowie erhöhten NH3- und NO2-Konzentrationen in der Außenluft ausgesetzten Fichtenwald-Ökosystem zeigen erstmals, dass autotrophe Nitrifizierer einen für diese Mikroorganismen zuvor nicht identifizierten Lebensraum, die Phyllosphäre, wahrscheinlich den Nadelapoplasten, besiedeln. Erste Ergebnisse aus in situ-Begasungsexperimenten von Fichtenzweigen dieses Standorts mit NH3 bzw. mit NH3 plus 10 Pa C2H2 (als Inhibitor der Ammoniak-Monooxygenase: AMO) deuten darauf hin, daß die beobachtete NH3-Aufnahme über die Fichtennadeln nicht allein auf pflanzliche Aktivität zurückgeführt werden kann, sondern das autotrophe Nitrifizierer hierzu wesentlich beitragen. Ziel des Vorhabens ist es, unter Einsatz molekularbiologischer und mikroskopischer Techniken (confokales LSM) zum einen die Besiedlung des Nadel-Apoplasten von Fichten durch autotrophe NH3- und NO2-Oxidierern zu charakterisieren, zum anderen die Aufnahme von atmosphärischem NH3 und NO2 in die Nadelblätter in Abhängigkeit von dieser Besiedlung zu quantifizieren. Zu diesem Zweck sollen an zwei unterschiedlich stark atmogenen N-Einträgen ausgesetzten Fichten-Standorten die Nitrifizierer im Nadel-Apoplasten genau lokalisiert und deren Zellzahlen quantifiziert werden. Diese Daten sollen mit Ergebnissen aus NH3-Gaswechselmessungen korreliert werden, die mit bzw. ohne C2H2 als Inhibitor der AMO durchgeführt werden. Darüber hinaus soll die NH3- sowie NO2-Aufnahme an sterilen bzw. mit Nitrifizierern inokulierten Fichtenjungpflanzen parametrisiert sowie im Rahmen von 15NO3-Nachweis in der apoplastischen Waschflüssigkeit die Nitrifiziereraktivität zusätzlich nachgewiesen werden.

Technique d'utilisation des engrais de ferme (FRA)

L'importance du cheptel animal suisse et l'intensification de l'elevage font que les quantites d'azote theoriquement disponibles dans les engrais de ferme devraient couvrir une grande partie des besoins des cultures. Au vu des rendements, l'efficience de cet azote est decevante; la mineralisation lente des matieres organiques, les pertes azotees par lessivage, ruissellement et volatilisation en sont les causes principales. Nos premieres approches experimentales se sont concentrees sur l'utilisation de produits chimiques inhibiteurs de la nitrification et sur les methodes de preparation du sol (mode d'incorporation des engrais de ferme). (FRA)

Modellierung des Einflusses von Pflanzenrückständen, flüssigorganischer Düngung und zugehöriger Applikationstechnik auf N2O und N2-Emissionen aus landwirtschaftlichen Böden

Die Düngung von Ackerböden mit Gülle und die Einarbeitung von Ernterückständen beeinflussen gasförmige N-Verluste in die Atmosphäre einschließlich NO, N2O und N2 sowie die Nitratauswaschung. Ihr Ausmaß hängt von der komplexen Wechselwirkung zwischen Techniken zur Bewirtschaftung von Gülle und Ernterückständen sowie von den Eigenschaften dieser Substrate und des Bodens ab. Die erste Phase von MOFANE befasste sich mit der allgemeinen Frage, wie sich die Gülledüngung und ihre Ausbringungsweise auf die N2O- und N2-Flüsse aus landwirtschaftlichen Böden auswirken, wie ihre Optimierung Emissionen verringern und gleichzeitig die Ernteerträge erhalten können und wie die Modelle verbessert werden müssten, um Antworten zu finden. Wir haben dies durch gezielte Experimente zur Quantifizierung von N2-, N2O- und NO-Flüssen sowie von Bruttomineralisierungs- und Nitrifikationsraten von Boden-Gülle-Systemen unter kontrollierten Bedingungen bearbeitet und die Ergebnisse zur Bewertung und Verbesserung von Modellen verwendet. Hier beantragen wir ein Follow-up mit dem Ziel, die Auswirkungen von Pflanzenrückständen auf die Denitrifikationsdynamik in unsere Modelle einzubeziehen und die Porenstruktur sowie die Verteilung von Gülle und Ernterückständen zu quantifizieren, um verbesserte Eingangsdaten für das Modell zu liefern. Aufbauend auf der ersten Phase quantifizieren wir nun Hotspots, die durch die Ausbringung von organischem Dünger entstehen mit einer Kombination aus Röntgen-CT und O2-Mikrosensoren in Experimenten mit strukturiertem Boden. Während in der ersten Phase der Fokus nur auf Gülle lag, werden wir auch die Einarbeitung von Pflanzenresten untersuchen. Unser Arbeitsprogramm umfasst folgende Aufgaben. - Untersuchung der Denitrifikation in strukturierten Böden unter realistischen Bedingungen mit 1) verschiedenen organischen Substraten, nämlich Gülle und Pflanzenresten und 2) unterschiedlicher Ausbringung, eingearbeitet durch Pflügen (konventionelle Bodenbearbeitung) und mit einem Grubber (reduzierte Bodenbearbeitung) - Reduzierung der strukturellen Komplexität von natürlichen, ungestörten Böden auf eine begrenzte Anzahl von aussagekräftigen Größen, die durch Röntgen-CT abgeleitet werden, was in Modellparameter übersetzt werden kann, die 1) den Hotspot, den Boden und seine Grenzschicht und 2) die Verteilung der Hotspots beschreiben. - Explorative Modellentwicklung zur Beschreibung von Hot-Spot-Effekten der Einarbeitung von Gülle und Ernterückständen durch konventionelle und reduzierte Bodenbearbeitung auf die Denitrifikation, einschließlich der weiteren Verbesserung und Entwicklung des DyMaN-Submoduls, das ursprünglich zur Modellierung von räumlichen Gülleeffekten konzipiert wurde, um auch Hot-Spot-Effekte von Pflanzenrückständen abzudecken. - Implementierung von Modellansätzen, die räumliche Effekte auf den C- und N-Kreislauf beschreiben, in das biogeochemische Modell DNDCv.CAN. Modellvalidierung des integrierten Modells entlang bestehender Datensätze

Biogeochemie von Spurenmetallen und deren Isotope im Südindischen Ozean, Vorhaben: Produktivität des Oberflächenwassers und deren Kohlenstoff- und Stickstoffkreisläufe

Einfluss von Klima und Bewirtschaftung auf bakterielle N-Umsetzungsprozesse und die Zusammensetzung daran beteiligter Populationen in buchendominierten Laubwäldern

Bodenmikrobiologische N-Umsetzungsprozesse nehmen eine zentrale Stellung im N-Kreislauf von Wäldern ein, da sie einerseits als N-Lieferanten für den Bestand fungieren, andererseits aber auch mit diesem um N konkurrieren. Bisher lagen keine systematischen Untersuchungen über den Einfluss von Klimafaktoren (Temperatur, Niederschlagsverteilung) und Bewirtschaftungsmaßnahmen (Schirmhieb) auf (a) bakterielle N-Umsetzungsraten im Boden, (b) die an sie gekoppelten gasförmigen N-Verluste, (c) die Konkurrenzsituation zwischen Baumwurzel-Aufnahme und bakteriellen N-Umsetzungsprozessen um im Boden vorhandenen Stickstoff wie auch (d) Zusammensetzung der am N-Kreislauf in Buchenwäldern beteiligten bakteriellen Populationen vor. Im Rahmen dieses Vorhabens sollen die bisher durch Freiland- und Laboruntersuchungen auf den Kernflächen des auslaufenden Sonderforschungsbereichs 433 (K1: NO-exponiert und K2: SW-exponiert) gewonnenen Ergebnisse um Untersuchungen auf der NW-exponierten Satellitenfläche S erweitert werden, um belastbare Aussagen über den Einfluss von Klima bzw. Bewirtschaftung auf die o.g. Parameter treffen zu können. Die eigenen und in engster Zusammenarbeit mit weiteren Disziplinen (Hildebrand/Bodenkunde, Mayer/Meteorologie, Rennenberg/Baumphysiologie gewonnenen Freiland- und Labor-Datensätze werden dazu genutzt, ein im IFU vorhandenes prozessorientiertes Modell zur Simulation der biogeochemischen N- und C-Umsetzungen in Waldböden und der an sie gekoppelten gasförmigen N- und C-Emissionen so weiterzuentwickeln, dass es zur Berechnung der genannten Umsetzungen/Emissionen auf der lokalen Skala, d.h. der Skala der Untersuchungsflächen, eingesetzt werden kann.

Biogeochemie von Spurenmetallen und deren Isotope im Südindischen Ozean, Vorhaben: Konzentration und Speziierung von gelösten Spurenmetallen

Beregnung und Bodenfruchtbarkeit

Charakterisierung der Bodenfruchtbarkeit auf der Basis von 45 bodenphysikalischen und bodenchemischen Parametern durch lineare und nichtlineare Regressionsanalysen und deren Beeinflussung durch die Beregnung mit Beregnungswasser unterschiedlicher Qualitaet. Im Vordergrund stehen Fragen zum Einfluss hoher Salzkonzentrationen im Beregnungswasser am Beispiel des Rheinwassers. Zur Charakterisierung der Salzdynamik wird die Sorption und Desorption von Na und Cl an Bodenaggregaten unterschiedlicher Korngroesse und Stabilitaet verfolgt. Ein weiterer Untersuchungsschwerpunkt betrifft die Stickstoffdynamik (N-min, N-org, N-Fix. und N- Freisetzung) in diesen Versuchen unter besonderer Beruecksichtigung des Zwischenfruchtanbaus. Zur Charakterisierung der Bodenfruchtbarkeitsparameter werden die konventionellen Methoden der Bodenanalytik verwendet, die zur Charakterisierung der N-Dynamik im Boden um den Einsatz von biochemischen Methoden zur Charakterisierungder verschiedenen organischen N-Fraktionen im Boden, auch unter dem Einsatz von Isotopen, erweitert werden (Gefaess- undFeld-Versuche).

Reaktionsvermögen von Wachstumsmodellen auf Fruchtfolgewirkungen, insbesondere auf die vorfruchtabhängige Variation des Stickstoffangebotes

Zur Simulation von Fruchtfolgen - im einfachsten Fall ein Fruchtfolgeglied aus zwei aufeinanderfolgenden Nutzpflanzenbeständen - müssen mechanistische Wachstumsmodelle mit Modellen der vorfruchtabhängigen Stickstoffnachlieferung gekoppelt werden. Bisher wurden wenige derartige Modelle entwickelt und oft unzureichend validiert. Es ist jedoch aus pflanzenbaulichen und ökologischen Gründen notwendig, die fruchtfolgespezifischen N-Flüsse quantifizieren zu können. Während eines 6-monatigen Aufenthaltes am Department for Theoretical Production Ecology in Wageningen (NL) soll ein vom Antragsteller in Hohenheim entwickeltes Modell der N-Transformationsprozesse im Boden mit dort vorhandenen Wachstumsmodellen für Körnerfruchtbestände je einer Vor- und Nachfrucht verknüpft werden. Zur Kalibration und Validierung der resultierenden Modelle stehen mehrjährige Datensätze aus Feldversuchen in Hohenheim für unterschiedliche Fruchtfolgefelder zur Verfügung. Anschließend soll ein Vergleich zwischen diesen und einem in Wageningen entwickelten, weniger detaillierten Fruchtfolgemodell erfolgen. Das Wageninger Institut ist wegen der dort verfolgten originellen Wachstumsmodellierung unter Einbezug produktionstechnischer Maßnahmen für die gewählte Zielsetzung besonders geeignet.

Ökologische, technologische und kapazitätsbildende Strategien für eine nachhaltige Optimierung lokaler maisbasierter Nahrungsmittelsysteme und einer dem Klimawandel gegenüber resilienten Nahrungsmittelproduktion auf der Ebene von Kleinbauern in Kenia, Teilprojekt 3

Intensitäts- und Standortdifferenziertes Klimaschutzpotential von Leguminosen in Anbausystemen mit N-effizienter Düngung, Intensitäts- und Standortdifferenziertes Klimaschutzpotenzial von Leguminosen in Anbausystemen mit N-effizienter Düngung (ISLAND)

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?

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