Böden sind Naturkörper, hochwertige Landschaftsbestandteile und Lebensgrundlage für Mensch, Tier und Pflanze. Gesunde Böden liefern Nahrungsmittel und nachwachsende Rohstoffe, sie speichern einen Teil des Niederschlagswassers und schützen durch ihr Filtervermögen gegenüber Schadstoffen das Grund- und Oberflächnewasser. Zahlreiche Mitarbeiter des Geologischen Dienst NRW (GD NRW) erkunden, erfassen und klassifizieren seit Jahren die Böden des Landes NRW. Sie arbeiten nach einheitlichen Richtlinien auf Grundlage der neuesten bodenkundlichen Erkenntnisse und werten alle Sachinformationen objektiv aus. Die Böden werden bis in 2 m Tiefe bzw. bis zur Obergrenze des Festgesteins untersucht und in analogen wie digitalen Karten unterschiedlichen Maßstabs zu Bodeneinheiten zusammengefasst dargestellt. Die Kartenlegende enthält für jede Bodeneinheit Angeben über die Bodenartenschichtung (z. B. toniger Schluff über kiesigem Sand), die Bodentypen (z. B. Braunerde, Podsol oder Gley) und das geologische Ausgangsgestein (z. B. Mergelstein, Oberkriede). Bei großmaßstäbigen Karten (1 : 5 000) wird jede ausgegrenzte Bodenfläche individuell beschrieben, gleichartige Böden werden in der Legende zu einer Einheit zusammengefasst. Bodenkarten bilden nicht nur eine unentbehrliche Unterlage für land- und forstwirtschaftliche Planungen, sie sind auch eine wichtige Grundlage für eine nachhaltige Bodennutzung und Raumplanung sowie für den Boden-, Natur- und Grundwasserschutz. Folgende Bodenkarten sind für NRW in analoger Form vorhanden: - Bodenkarten von NRW 1 : 5 000 - Bodenkarten von NRW 1 : 25 000 - Bodenkarten von NRW 1 : 50 000 - Bodenübersichtskarten 1 : 200 000 Der GD NRW bietet für NRW bodenkundliche Karten nicht nur in gedruckter Form an, sondern auch als moderne, digitale Informationssysteme. Diese digitalen Karten liegen vorwiegend im Shape-Format vor und funktionieren durch angebundene Fachdatenbanken als leistungsfähige Auskunftssysteme: - Informationssystem Bodenkarte von NRW 1 : 5 000 - Informationssystem Bodenkarte von NRW 1 : 50 000 Weiterhin liegen mit speziellen Schwerpunktthemen folgende CD-ROM vor: - Erosions- und Verschlämmungsgefährdung in NRW - Mechanische Belastbarkeit der Böden in NRW - Auskunftssystem BK50 - Karte der schutzwürdigen Böden - Böden am Niederrhein
Die Aufgaben des Bereiches Pflanzliche Erzeugung umfassen:
- die Kontrolle der Einhaltung der Vorschriften landwirtschaftlicher Fachgesetze und Verordnungen,
- die Konkretisierung der Guten fachlichen Praxis, die Boden und Pflanze betreffen,
- die Wechselwirkungen zwischen Landbewirtschaftung und Umwelt (wissenschaftliche Begleitung von Agrarumweltprogrammen, Agrarumweltmonitoring),
- Landnutzungssysteme, für die die Wechselwirkungen mit der Umwelt eine besondere Rolle spielen (FFH. Natur- und Hochwasserschutz), sowie
- die Entwicklung moderner Strategien zum Schutz der Kulturpflanzen und Pflanzenerzeugnisse von Schadorganismen sowie die Entwicklung optimierter Produktionsverfahren.
Die Umsetzung dieser Aufgaben schließt eine problemorientierte Forschung zur Entwicklung und Förderung der Landbewirtschaftung und Landschaftspflege ein, die auf eine nachhaltige Landwirtschaft nach den Prinzipien des Integrierten und Ökologischen Pflanzenbaus sowie der Landwirtschaft mit besonderen Umweltleistungen ausgerichtet ist.
- Ableitung von Agrar-Umwelt-Indikatoren zur Bewertung einer nachhaltigen Landbewirtschaftung
- Versuche und Demonstrationen zum Anbau nachwachsender Rohstoffe und Erschließung neuer Anwendungsfelder für deren Verwertung
- Erprobung und Umsetzung von bodenschonenden und erosionsmindernden Bodenbearbeitungsverfahren und Bewirtschaftungsstrategien
Die Umsetzung der Forschungs- und Untersuchungsergebnisse erfolgt durch die Erarbeitung von Arbeitshilfen zur Unterstützung der landwirtschaftlichen Praxis, von Stellungsnahmen für die Politik sowie die Mitwirkung bei der Erarbeitung von Regelwerken auf Länder- und Bundesebene.
Nachhaltige Landwirtschaft agiert in einem Spannungsfeld zwischen Produktivität und Erhalt der Bodengesundheit. Kupfer wird in großem Umfang als Fungizid und Düngemittel eingesetzt, hat jedoch auch negative Auswirkungen auf die Bodengemeinschaft. Kupfertoxizität wird in der Regel durch Adsorption im Boden und Aufnahme durch Organismen erklärt, aber die Möglichkeit anderer toxischer Pfade, z. B. die Bildung von Radikalen, wird noch nicht in Betracht gezogen. Die Relevanz von Radikalen im Boden wurde zuvor in unseren Studien gezeigt, in denen Nanopartikel auf Kupferbasis bei sehr niedrigen, umweltrelevanten Konzentrationen negative Effekte auf Bodenorganismen hatten, einschließlich Reaktionen in deren antioxidativem System. Überraschenderweise war dies nur bei stark adsorbierenden, tonreichen Böden der Fall, die für die Landwirtschaft sehr relevant sind. Die Kombination von Kupfer und Ton in Böden ist in der Lage, reaktive Sauerstoffspezies (ROS) zu bilden oder weit verbreitete polyaromatische Schadstoffe in umweltbeständige freie Radikale (EPFR) umzuwandeln, die negative Folgen für Bodenorganismen, aber auch für die menschliche Gesundheit haben können. Die Bildung dieser Radikale beruht auf Elektronentransferprozessen, bei denen Übergangsmetalle wie Kupfer oder Eisen (insbesondere in nanopartikulärer Form), Tonminerale und organische Stoffe als Quelle und/oder Transporteur von überschüssigen Elektronen dienen. Alle diese Stoffgruppen kommen natürlich im Boden vor, werden aber auch durch landwirtschaftliche Aktivitäten eingebracht. In diesem Projekt werde ich mehrere repräsentative Stoffgruppen kombinieren, die ein landwirtschaftliches Bodensystem simulieren und für die Radikalbildung relevant sind. Das radikalbildende Potenzial sowohl natürlicher als auch anthropogener Stoffe, d.h. verschiedener Arten von Ton- und Eisenmineralen, organischer Substanz und anthropogenem Kupfer, wird einzeln und in Kombination ermittelt. Die Radikalbildung wird chemisch untersucht, indem die ROS- und EPFR-Bildung in künstlichen Bodenlösungen und Böden gemessen wird, aber auch biochemisch und ökologisch anhand der antioxidativen und Fitness-Reaktion von Springschwänzen (Folsomia candida). Um die Laborergebnisse auf die Freilandsituation zu übertragen, werden die Faktoren, die im Labor als am auffälligsten identifiziert wurden, zur Identifizierung potenzieller radikalbildender Hotspots im Feld verwendet; dabei werden Podsole mit Fluvisolen (schwankendere Redoxbedingungen aufgrund ihrer Nähe zu Flüssen) im Hinblick auf die Korrelation zwischen ihren Bodeneigenschaften und dem Auftreten von ROS und EPFR verglichen. Die Identifizierung der Bodenfaktoren für die Radikalbildung im Labor und auf dem Feld wird Auswirkungen auf den Bodenschutz, die Risikobewertung von Nanopestiziden und die landwirtschaftliche Bewirtschaftung haben und direkte Empfehlungen für eine nachhaltige Bewirtschaftung des Bodens mit Hinblick auf deren Potenzial zur Radikalbildung ermöglichen.
Um eine nachhaltige Landbewirtschaftung zu fördern, bedarf es einem Verständnis der gesellschaftlichen Triebkräfte hinter den Entscheidungen von Landbesitzer*Innen und Landbewirtschafter*Innen, welche die Bereitstellung von Beiträgen der Natur für den Menschen (Nature’s contributions to people, NCP) beeinflussen. Auf der Grundlage und in Erweiterung des konzeptionellen Rahmens der Ökosystemleistungen erkennt der NCP-Bezugsrahmen ausdrücklich an, dass diese Beiträge nicht nur aus der Natur stammen, sondern auch Beiträge des Menschen erfordern, ein Prozess, der als "Koproduktion" bekannt ist. In der vorangegangenen Phase der Biodiversitätsexploratorien hat das Forschungsprojekt mit dem Titel "Effects of land management on the Supply and Distribution of ecosystem services - EsuDis -" das Konzept der NCP-Koproduktion in den drei Untersuchungsgebieten der Biodiversitätsexploratorien operationalisiert und die NCP-Koproduktion mit dem Grad der Landnutzungsintensität verknüpft. In VaNaTe werden wir den Fokus von ESuDis um ein besseres Verständnis der unbekannten Wechselwirkungen zwischen zwei der wichtigsten gesellschaftlichen Triebkräfte der Landbewirtschaftung erweitern: die Werte von Landbesitzern und Managern in Bezug auf Natur und NCP sowie die Telekopplung der NCP-Koproduktion. Konkret zielen wir darauf ab, (i) die Beziehung zwischen den Entscheidungen der Landeigentümer in Bezug auf die Landbewirtschaftung und ihren Wertesystemen in Bezug auf Natur und NCP zu verstehen, (ii) die Archetypen der Telekopplung, die den Entscheidungen der Landeigentümer in Bezug auf die NCP-Koproduktion zugrunde liegen, zu identifizieren und zu charakterisieren, und (iii) tiefgreifende Kenntnisse über die Rückkopplungsschleifen zwischen Archetypen der Telekopplung, Wertesystemen, NCP-Koproduktion und Intensivierung der Landbewirtschaftung zu gewinnen. VaNaTe ist in drei Arbeitspakete (WPs) gegliedert. WP1 zielt darauf ab, die von Landbesitzer*Innen und Manager*Innen ausgedrückten Werte von Natur und NCP zu ermitteln und räumlich zu kartieren. WP2 zielt darauf ab, Archetypen der Telekopplung von NCP-Koproduktion zu identifizieren und zu charakterisieren. WP3 wird die Beziehungen zwischen Archetypen der Telekopplung, Werten, NCP-Koproduktion und Landnutzungsintensität analysieren. Unsere Forschung wird zur Umsetzung des neuen Bezugsrahmen der Biodiversitätsexploratorien beitragen, der für die nächste Phase erweitert wurde, um gesellschaftliche Einflussfaktoren einzubeziehen, die sich auf die Landbewirtschaftung, die biologische Vielfalt und die NCP auswirken. Auf diese Weise wird VaNaTe einen Mehrwert für die Biodiversitätsexploratorien schaffen, da es das gesammelte Wissen über die Landbewirtschaftung mit zwei der wichtigsten gesellschaftlichen Triebkräfte verknüpft, die eine solche Bewirtschaftung unterstützen: Wertesysteme und die Telekopplung der NCP-Koproduktion.
Ziele des Projektes sind das Entwickeln und Testen von nicht-chemischen Verfahren zur Regulierung von Schäden durch Nagetiere im Möhrenanbau. Es sollen neue Methoden für den Pflanzenschutz im ökologischen Landbau sowie für andere Formen nachhaltiger Landbewirtschaftung erschlossen werden. Dabei stehen die Entwicklung und Weiterentwicklung von Pflanzenschutzverfahren mit geringem Risiko, Kulturtechnik und der Wissenstransfer in die Praxis im Vordergrund. Die Ergebnisse sollen dazu dienen, nicht-chemische Methoden zum Management von Schadnagern im Möhrenanbau zu validieren sowie Kosten-Nutzen Abschätzungen für diese Verfahren bereitzustellen. Damit soll ein wesentlicher Beitrag zur Umsetzung des integrierten Pflanzenschutzes beim Schadnager-Management geleistet werden.