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s/organische-bodensubstanz/Organische Bodensubstanz/gi

Possible effects of transgenic plants on soil organisms

Soil is the first component of the environment that can be effected by GM plants, because they do not only consume the nutritive substances from the soil, but also release there different compounds during a growing period, and leave in the soil their remains. If the plants are modified to increase their resistance to plant pathogens, particularly bacteria, they can also affect the other microorganisms important for plant development. Also there are no considerable data about possible effect of GM plants on soil organic matter and chemical processes in soil. For the experiment it is planned to use transgenic potato plants (Solanum tuberosum L. cv. Desiree) expressing a chimerical gene for T4 lysozyme for protection against bacterial infections; - obtaining and short-term growing of GM plants in laboratory conditions; - extraction and collection of root exudates and microbial metabolites from rhizosphere; - analysis of these exudates by Pyrolysis-Field Ionisation Mass Spectrometry (Py-FIMS) in comparison with the exudates of wild-type plants and transgenic controls not harbouring the lysozyme gene, and with dissolved organic matter from non-cropped soil; - creation of 'fingerprints' for each new transgenic line in combination with certain soil on the basis of marker signals. Expected impacts: - New highly cost-effective express testing system for the risk assessment of genetically modified plants at the earliest stages of their introduction; - The conclusion about safety/danger of GM plants for the soil ecosystems; - Model for prediction of possible risk caused by GM plants.

Einfluß der Mikro- und Makrobioturbation durch Bodentiere auf die Stabilisierung der organischen Substanz in Ackerböden

Ziel des Projektes ist es, den Einfluß der Makro- und Mikrobioturbation durch sog. soil engineers (Lumbriciden, Enchytraeiden, Collembolen) auf die Stabilisierung der organischen Substanz in Ackerböden zu untersuchen. Dafür sollen Freiland- und Laborexperimente mit Böden aus dem Dauerdüngungsversuch in Halle durchgeführt werden. Methodische Grundlage ist die Analyse der natürlichen 13C-Verteilung im Vergleich von Kohlenstoff aus C3- und aus C4-Pflanzen. Dadurch wird eine Differentialanalyse der Wirkung von Bodentieren auf die Stabilität von C-Komponenten unterschiedlichen Alters möglich. Düngungsvarianten sollen genutzt werden, um die Abhängigkeit der Wirkung der Tiere vom Nährstoffstatus des Bodens zu quantifizieren. Zusätzlich sollen Feldexperimente zur gezielten Steuerung der Bodenfauna durch Managementmaßnahmen durchgeführt werden. Neben Grobfraktionierungen werden chemische und physikalische Feinfraktionierungen vorgenommen. Durch die Bestimmung der 13CVerteilung ermöglichen die bodenmikrobiologischen Parameter 'Biomasse' und 'Mineralisationsleistung' eine Quantifizierung der mikrobiellen Nutzung unterschiedlicher C-Quellen. Weitere Parameter sind: Funktionelle Diversität der Bakterien, Nematoden Maturity Index, Mikroarthropoden. Langfristig ist die Einbeziehung von bodenzoologischen Steuergrößen in ein Modell zum Umsatz der organischen Bodensubstanz geplant.

Micro-scaled hydraulic heterogeneity in subsoils

Nutrient and water supply for organisms in soil is strongly affected by the physical and physico-chemical properties of the microenvironment, i.e. pore space topology (pore size, tortuosity, connectivity) and pore surface properties (surface charge, surface energy). Spatial decoupling of biological processes through the physical (spatial) separation of SOM, microorganisms and extracellular enzyme activity is apparently one of the most important factors leading to the protection and stabilization of soil organic matter (SOM) in subsoils. However, it is largely unknown, if physical constraints can explain the very low turnover rates of organic carbon in subsoils. Hence, the objective of P4 is to combine the information from the physical structure of the soil (local bulk density, macropore structure, aggregation, texture gradients) with surface properties of particles or aggregate surfaces to obtain a comprehensive set of physical important parameters. It is the goal to determine how relevant these physical factors in the subsoil are to enforce the hydraulic heterogeneity of the subsoil flow system during wetting and drying. Our hypothesis is that increasing water repellency enforces the moisture pattern heterogeneity caused already by geometrical factors. Pore space heterogeneity will be assessed by the bulk density patterns via x-ray radiography. Local pattern of soil moisture is evaluated by the difference of X-ray signals of dry and wet soil (project partner H.J. Vogel, UFZ Halle). With the innovative combination of three methods (high resolution X-ray radiography, small scale contact angle mapping, both applied to a flow cell shaped sample with undisturbed soil) it will be determined if the impact of water repellency leads to an increase in the hydraulic flow field heterogeneity of the unsaturated sample, i.e. during infiltration events and the following redistribution phase. An interdisciplinary cooperation within the research program is the important link which is realized by using the same flow cell samples to match the spatial patterns of physical, chemical, and biological factors in undisturbed subsoil. This cooperation with respect to spatial pattern analysis will include the analysis of enzyme activities within and outside of flow paths and the spatial distribution of key soil properties (texture, organic carbon, iron oxide content) evaluated by IR mapping. To study dissolved organic matter (DOM) sorption in soils of varying mineral composition and the selective association of DOM with mineral surfaces in context with recognized flow field pattern, we will conduct a central DOM leaching experiment and the coating of iron oxides which are placed inside the flow cell during percolation with marked DOM solution. Overall objective is to elucidate if spatial separation of degrading organisms and enzymes from the substrates may be interconnected with defined physical features of the soil matrix thus explaining subsoil SOM stability and -dynami

Stabilisierung der organischen Bodensubstanz im intrapartikulären Porenraum von Mineralclustern

Die Festlegung von gelöster organischer Substanz im intrapartikulären Raum von Mineralclustern, insbesondere in sogenannter Mikro- und Mesoporen (A kleiner 2-50 nm) kann über physikalischem Ausschluss von Exoenzymen zur Stabilisierung organischer Substanzen führen. Ziel der geplanten Arbeiten ist die Quantifizierung des Beitrags dieses Prozesses zur Bildung stabiler organischer Bodensubstanz. Dazu werden verschiedene Mineralphasen mit natürlicher organischer Substanz belegt. Diese Proben werden im Vergleich zu Bodenproben der vier Referenzstandorte hinsichtlich der Verteilung der organischen Bodensubstanz im intrapartikulären Porenraum untersucht. Gasadsorption (N2, CO2) und Hg-Porosimetrie erlauben Aussagen zur Inkorporation von organischer Substanz in Abhängigkeit von spezifischer Oberfläche, Porengrößenverteilung und Porengeometrie. Die Kombination verschiedener mikroskopischer (TEM, ESEM), mikrospektroskopischer Methoden (XPS, SANS/SAXS, ESI, EELS) liefert detaillierte Informationen zu Ausmaß und Art der Festlegung von organischer Substanz in den intrapartikulären Porenräumen. Die Arbeiten haben ferner zum Ziel, eine geeignete Strategie für zukünftige enzymatische Abbauversuche zu entwickeln, mit denen die Umsatzraten der so stabilisierten organischen Komponenten quantifiziert werden können.

Contribution of ectomycorrhizal fungi to the formation and mobilization of soil organic matter (SOM)

In forest ecosystems ectomycorrhizal fungi are responsible for the mobilization of mineral nutrients from soil organic matter (SOM) resulting in a marked increase in productivity of their symbiotic host plants. In return the fungi obtain a significant amount of photosynthetic products from these plants, allowing the formation of an extensive hyphal system. These hyphae constitute a major part of soil biomass and, ultimately, a major source for SOM formation. While plant-fungal nutrient exchange has been analyzed extensively, this proposal is focused on the fungal contribution to SOM formation and on the processes leading to the acquisition of nutrients by the fungi. These two processes will be studied separately and in a quantitative way using isotopic labeling in soil bioreactors. Analysis of the fate of 13C labeled fungal material (Laccaria bicolor) in soil bioreactors will tell how fast and to what extent the various fractions of hyphal biomass are transformed into non-living SOM. As potential molecular or structural markers for SOM formation from fungal hyphae we will analyze characteristic remnants of fungal hyphae in SOM using scanning electron microscopy, DNAfragments using a PCR approach for the fungal rRNA internal transcribed spacerregions and biochemical markers like fatty acids and ergosterol. The impact of ectomycorrhizal mycelia supported by Pinus sylvestris plantlets on 13C- and 15N-labeled SOM and on microbial biomass will be analyzed in separate soil bioreactor experiments.

Bestimmung des Bindungspotentials der Boeden gegenueber Schwermetallen und deren Verlagerungsrisiko

Modellentwicklung, Risikoabschaetzung, Vergleich zwischen Modell- und Laborergebnissen.

Schutzkulisse der Moor- und Anmoorböden

Die Schutzkulisse der Moor- und Anmoorböden dient zum Vollzug des Dauergrünlanderhaltungsgesetzes (DGLG) und zur Anwendung im Rahmen der Gemeinsamen Agrarpolitik (GAP) der Europäischen Union in Bezug auf den Standard GLÖZ 2 (Schutz von Feuchtgebieten und Mooren). Die Karte der Moor- und Anmoorböden zeigt Flächen nach DGLG § 3 Abs. 1, Satz 1, Nr. 6 und 7 sowie nach dem GLÖZ 2 Standard der GAP als orientierende Darstellung. Sie dient der Landwirtschaftsverwaltung beim Vollzug der Regelungen und gibt den Landwirtinnen und Landwirten Auskunft über die zur Prüfung der Anträge verwendeten Unterlagen. Für die Zugehörigkeit zur Kulisse der Moor- und Anmoorböden gelten folgende Mindestanforderungen: Im Boden bis 40cm unter Flur gibt es eine mindestens 10cm mächtige Schicht mit mindestens 15% Humus. Diese Prozentzahl entspricht den bodenkundlichen Kriterien für einen anmoorigen Boden, für Moorböden werden 30% Humus in einer Mächtigkeit von 30cm gefordert. Dabei ist zu beachten, dass sich die humusreiche Schicht entsprechend der Definition nicht zwingend an der Geländeoberfläche befinden muss. Die Karte wurde aus vorhandenen Informationsgrundlagen abgeleitet und durch Beprobung und Laboranalytik abgesichert. Es wird nicht nach Anmoor und Moor und auch nicht nach der Mächtigkeit der humosen Schichten differenziert. Es werden zusammenhängende Flächen >2 ha dargestellt. Ausnahmen gelten für inhaltlich zusammengehörige Flächen, die durch topographische Elemente wie Straßen und Fließgewässer voneinander getrennt vorliegen. Bei ihnen muss die Summe der Einzelflächen >2 ha sein. Die Karte ist nicht auf die landwirtschaftlich genutzte Fläche beschränkt sondern zeigt die Moore und Anmoore über alle Nutzungsarten.

Flugstaubeintrag und seine Wirkung auf die Bodenbildung im waldfreien Karst der Nördlichen Kalkalpen

Die Untersuchungsgebiete liegen in den alpinen bis nivalen Höhenstufen der Nördlichen Kalkalpen. Dort existieren auf verkarsteten Kalken (CaCO3-Gehalte größer 96 Prozent) unterschiedliche Entwicklungsstufen der humusreichen Rendzina (A-C-bzw. O-C Profile) sowie verbraunte und braune Bodentypen (A-B-C-Profile). Alle Böden, besonders die braunen Varianten, weisen allochthone Glimmer, Silikate und Schwerminerale auf. So wird der Einfluß von Flugstäuben auf die Solumbildung evident. Aus diesem Sachverhalt resultieren als Forschungsschwerpunkte die rezente Flugstaubdynamik und die dadurch beeinflußte Bodengenese auf Kalkstein. Im Rahmen des geplanten Projekts ergeben sich folgende Kernfragen: 1. Wie sind die Flugstäube durch die beeinflußten Böden in den einzelnen Höhenstufen verbreitet? Welche Geofaktoren steuern die räumliche Verteilung? 2. Wieviel Flugstaub wird rezent (Größenordnung, (mm/a) eingetragen? Welche Hauptliefergebiete gibt es? Wie korrelieren Staubmenge und Solummächtigkeit? 3. Wie verändern die Stäube die Böden? Welchen Anteil haben autochthone Terrae fuscae, allochthone Braunerden und Mischformen? Welche Divergenzen und Konvergenzen der Bodenbildung gibt es in den einzelnen Untersuchungsgebieten? Gibt es Anhaltspunkte für mögliche Bildungszeiträume eine Alterseinstufung der Böden?

Übersichtskarte der Organischen Kohlenstoffvorräte in Böden Schleswig-Holsteins – Karte 2: Corg-Vorräte bis 100 cm unter Geländeoberfläche in t/ha

In der organischen Substanz (Humus) von Böden wird Kohlenstoff gespeichert. Zur Darstellung der Humusmengen bzw. -vorräten in Böden dient die vorliegende Karte. Die Einheit ist Tonnen pro Hektar (t/ha). Die organischen Kohlenstoffvorräte (Corg-Vorräte) ergeben sich aus dem Produkt von Humusgehalten in Masse-% - Boden, der Trockenrohdichte des Bodens und der Betrachtungstiefe in cm (hier 100cm). Bei mineralischen Böden unter Wald erfolgt die Darstellung unter Einbeziehung der Humusauflage. Grundlage sind die Geometrien und Idealprofile (Leit- und Begleitböden) der Bodenübersichtskarte 1:250.000 von Schleswig-Holsteinl. Die Nutzungsinformationen stammen aus dem Datensatz Corine-Landcover (CLC 5 2018 des Bundesamtes für Kartographie und Geodäsie (BKG)) und wurden für diese Karte zu 5 Klassen aggregiert. Die Attributtabelle der Karte enthält zusätzlich die Information über absolute organische Kohlenstoffvorräte der Einzelflächen. Es werden Flächen bis zu einer Mindestgröße von 1 ha dargestellt. In Siedlungsgebieten und auf stark anthropogen beeinflussten Flächen weisen die Daten höhere Unsicherheiten auf, weshalb die Kartendarstellung in diesen Bereichen ausgegraut wurde. In der Attributtabelle der Flächendaten sind die entsprechenden Angaben enthalten.

Die unbekannte Stöchiometrie der mikrobiellen Biomasse des Bodens und ihre potentielle Nutzung - C:N:P:et al

Damit Ökosystemdienstleistungen, die beispielsweise der Bodenfruchtbarkeit und -gesundheit dienen, mit einer hohen Rate erbracht werden können, ist eine größere und aktivere mikrobielle Biomasse (MB) im Boden von Vorteil. Die MB wird häufig über die Chloroform-Fumigation-Extraktion von Kohlenstoff (C), Stickstoff (N) und Phosphor (P) bestimmt und diese drei Elemente weisen eine homöostatische Stöchiometrie auf. Mikroorganismen bestehen jedoch aus mehr als diesen drei Elementen und jene anderen spielen wichtige Rollen in Zellfunktionen, Wachstum, und Ökosystemdienstleistungsbezogenen Aktivitäten. Aber deren Stöchiometrie in der MB ist nicht bekannt. Gemäß dem Minimumgesetz werden Wachstum und Aktivität durch jene Nährstoffe begrenzt, die im Verhältnis zur benötigten Menge die geringste Verfügbarkeit aufweisen. Allerdings hat sich die Erkenntnis durchgesetzt, dass Co-Limitierung dominiert. Andererseits können einige Elemente wie Mangan andere wie beispielsweise Magnesium, Eisen und Zink substituieren. Das Verhältnis von C zu anderen Elementen als N und P, das für Wachstum und Aktivität im Boden benötigt wird, ist nicht bekannt. Kürzlich haben wir eine Chloroform-Fumigation-Extraktionsmethode zur Analyse weiterer MB-Elemente optimiert. Mit dieser Methode soll die MB in Bodenvarianten aus zwei Langzeitdüngeexperimenten und ihren Korngrößenfraktionen untersucht werden. Während sich erstere in ihrem Nährstoffstatus durch die verschiedenen Düngungevarianten unterscheiden, unterscheiden sich letztere durch die Diversität der Mineralien und die Qualität assoziierter organischer Bodensubstanz. In Inkubationsexperimenten sollen des Weiteren Elemente in mehreren Konzentrationsstufen zugeführt werden. Durch diese Herangehensweisen soll die Hypothese getestet werden, dass im Gegensatz zu C:N:P Elemente, die substituiert werden können, eine flexible Stöchiometrie aufweisen. Die Untersuchungen beinhalten die Messung von Bodenatmung und Enzymaktivitäten. Mittels Schrotschusssequenzierung sollen funktionelle Gene analysiert werden, die mit den Elementen in Beziehung stehen wie jene, die für Metalloproteine codieren. Es soll überprüft werden, ob das Wissen über die Stöchiometrie bioverfügbarer und MB-Elemente genutzt werden kann, um Wachstum und Aktivität der Mikroorganismen zu erhöhen. Die Ergebnisse dieses Projekts geben Einsicht in den stöchiometrischen Phänotyp der MB des Bodens jenseits von C, N und P. Dieses Wissen zusammen mit jenem über bioverfügbare Elemente soll Interessengruppen ermöglichen, die mikrobielle Gemeinschaft des Bodens durch spezifische Elementzugabe in spezifischen Konzentrationen so zu behandeln, dass Bodenfruchtbarkeit und -gesundheit sowie entsprechend Ökosystemdienstleistungen des Bodens erhöht werden.

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