Pflanzen passen sich an räumliche und zeitliche Fluktuationen von Nährstoffen im Boden durch das "Sensing" von Nährstoffen und Veränderungen in der Wurzelarchitektur an. Solche morphologischen Anpassungen ermöglichen es, verfügbare Nährstoffe im Boden effizienter zu erschließen. Wenn Pflanzen unter leichtem bzw. mildem Mangel an Stickstoff (N) wachsen, erhöhen sie die Länge von Primär- und Seitenwurzeln. Diese Reaktion birgt Potential zur Verbesserung der N-Effizienz, weil sich das Bodenvolumen vergrößert, aus dem limitierende Nährstoffe aufgenommen werden. In unseren Vorarbeiten haben wir in natürlichen Akzessionen der Modellpflanze Arabidopsis allelische Variation in Genen der Brassinosteroid- und Auxinbiosynthese bzw.-Signaltransduktion (YUC8, BSK3) gefunden, die die Wurzelverlängerung unter mildem N-Mangel verändern. Das finale Ziel dieses 6-jährigen Projekts ist es, die hormonelle Regulation der Wurzelverlängerung unter N-Mangel aufzuklären und diese Kenntnis zu nutzen, um in Gerstenwurzeln die Wurzelentwicklung unter N-Mangel und damit die N-Aufnahmeeffizienz zu verbessern. Ziele der ersten 3 Jahre sind: i) in Arabidopsis die Rolle der YUC8-abhängigen Auxinbiosynthese und ihre Beziehung zu Brassinosteroiden in der Wurzelverlängerung unter leichtem N-Mangel aufzuklären und ii) in einem translationalen Ansatz in Gerste den Beitrag der allelischen Variation von Genen der Brassinosteroid- bzw. Auxinbiosynthese oder Signaltransduktion zur Wurzelstreckung zu untersuchen und zu modulieren. Zunächst werden in Arabidopsis die molekularen Mechanismen hinter den identifizierten allelischen Variationen im YUC8-Gen sowie seine Rolle in der Regulation der Wurzelverlängerung bestimmt. Dabei wird die Wurzelantwort auf milden N-Mangel in yuc-Mutanten und YUC8-komplementierten Linien charakterisiert. Diese und weitere Mutanten- und Reporterlinien werden auch eingesetzt, um die Beziehung zwischen Brassinosteroiden und Auxin in der transkriptionellen Regulation der Wurzelantwort auf milden N-Mangel aufzuklären. In einem translationalen Ansatz wird in Gerste das "schwache" BSK3-Allel durch das "starke" BSK3-Allel aus Arabidopsis ersetzt, da alle bisher untersuchen Gerstenakzessionen nur ein "schwaches" BSK3-Allel tragen. In einem Schritt wird die Cas Endonuklease-vermittelte Deletion des schwachen BSK3-Endogens mit der Komplementation durch das starke Transgen kombiniert. In einem RNA-Sequenzierungsansatz werden N-Mangel-regulierte Gene in Gerstenwurzeln identifiziert, um Kandidatengene auszuwählen, die zur CRISPR-Cas-vermittelten Gendeletion und zur Überexpression mithilfe eines wurzelspezifischen Promoters eingesetzt werden. Alle transgene Linien werden anschliessend hinsichtlich der Veränderung ihrer Wurzelarchitektur unter N-Mangel phänotypisiert.
Kenntnisse über S-Bindungsformen und deren Flüsse in terrestrischen Ackerböden können nicht auf Sumpfreisböden übertragen werden, da nach deren Überflutung anaerobe Verhältnisse vorherrschen. Ergebnisse über die Bedeutung der einzelnen S-Fraktionen für die S-Nachlieferung in Sumpfreisböden und somit der S-Versorgung von Reis liegen kaum vor bzw. sind aufgrund des Trocknens der Bodenproben vor der Analyse nicht aussagefähig. Weiterhin wurde seither nicht berücksichtigt, dass in unmittelbarer Wurzelnähe von Reispflanzen im Gegensatz zum Restboden aerobe Verhältnisse vorherrschen. Aus diesem Grund soll in zwei typischen chinesischen Sumpfreisböden nach Dotierung mit 35S der Einbau des zugeführten Schwefels in definierte S-Fraktionen (SO42- in der Bodenlösung, adsorbiertes SO42-, FeS, FeS2, Sulfatester, Kohlenstoff gebundener S, Biomasse S) erfasst und in einer Zeitreihenuntersuchung Flüsse zwischen ihnen abgebildet werden. Dabei gilt es, zwischen der oberflächennahen aeroben Zone und der darunter liegenden anaeroben Zone bzw. dem wurzelnahen und wurzelfernen Boden zu differenzieren. Da Reisstroh häufig nach der Ernte in den Boden eingearbeitet wird, soll dessen Mineralisierungsverhalten mittels Einsatz von 35S markiertem Reisstroh untersucht werden. Des weiteren soll in speziellen Versuchsgefäßen, die das Gewinnen von Bodenproben in definierten Abständen von der Wurzeloberfläche erlauben, die Dynamik anorganischer und organischer S-Fraktionen in der Rhizosphäre erfasst werden.
In soils and sediments there is a strong coupling between local biogeochemical processes and the distribution of water, electron acceptors, acids, nutrients and pollutants. Both sides are closely related and affect each other from small scale to larger scale. Soil structures such as aggregates, roots, layers, macropores and wettability differences occurring in natural soils enhance the patchiness of these distributions. At the same time the spatial distribution and temporal dynamics of these important parameters is difficult to access. By applying non-destructive measurements it is possible to overcome these limitations. Our non-invasive fluorescence imaging technique can directly quantity distribution and changes of oxygen and pH. Similarly, the water content distribution can be visualized in situ also by optical imaging, but more precisely by neutron radiography. By applying a combined approach we will clarify the formation and architecture of interfaces induces by oxygen consumption, pH changes and water distribution. We will map and model the effects of microbial and plant root respiration for restricted oxygen supply due to locally high water saturation, in natural as well as artificial soils. Further aspects will be biologically induced pH changes, influence on fate of chemicals, and oxygen delivery from trapped gas phase.
It is well established that reduced supply of fresh organic matter, interactions of organic matter with mineral phases and spatial inaccessibility affect C stocks in subsoils. However, quantitative information required for a better understanding of the contribution of each of the different processes to C sequestration in subsoils and for improvements of subsoil C models is scarce. The same is true for the main controlling factors of the decomposition rates of soil organic matter in subsoils. Moreover, information on spatial variabilities of different properties in the subsoil is rare. The few studies available which couple near and middle infrared spectroscopy (NIRS/MIRS) with geostatistical approaches indicate a potential for the creation of spatial maps which may show hot spots with increased biological activities in the soil profile and their effects on the distribution of C contents. Objectives are (i) to determine the mean residence time of subsoil C in different fractions by applying fractionation procedures in combination with 14C measurements; (ii) to study the effects of water content, input of 13C-labelled roots and dissolved organic matter and spatial inaccessibility on C turnover in an automatic microcosm system; (iii) to determine general soil properties and soil biological and chemical characteristics using NIRS and MIRS, and (iv) to extrapolate the measured and estimated soil properties to the vertical profiles by using different spatial interpolation techniques. For the NIRS/MIRS applications, sample pretreatment (air-dried vs. freeze-dried samples) and calibration procedures (a modified partial least square (MPLS) approach vs. a genetic algorithm coupled with MPLS or PLS) will be optimized. We hypothesize that the combined application of chemical fractionation in combination with 14C measurements and the results of the incubation experiments will give the pool sizes of passive, intermediate, labile and very labile C and N and the mean residence times of labile and very labile C and N. These results will make it possible to initialize the new quantitative model to be developed by subproject PC. Additionally, we hypothesize that the sample pretreatment 'freeze-drying' will be more useful for the estimation of soil biological characteristics than air-drying. The GA-MPLS and GA-PLS approaches are expected to give better estimates of the soil characteristics than the MPLS and PLS approaches. The spatial maps for the different subsoil characteristics in combination with the spatial maps of temperature and water contents will presumably enable us to explain the spatial heterogeneity of C contents.
Für naturnahe Ufersicherungen mit Pflanzen werden temporäre Filter benötigt, bis die Wurzeln die Filterfunktion übernehmen können. In dem Kooperationsprojekt mit dem Fraunhofer Institut UMSICHT, BNP Brinkmann GmbH, FKUR Kunststoff GmbH und Trivera GmbH sollen Geotextilien entwickelt werden, die die technischen Eigenschaften für drei Jahre gewährleisten und sich danach biologisch abbauen. Aufgabenstellung und Ziel Mit Einführung der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) sind an Binnenwasserstraßen neben den technischen Anforderungen verstärkt ökologische Aspekte zu berücksichtigen. Aus diesem Grund sollen zukünftig naturnähere Ufersicherungen unter Verwendung von Pflanzen angewendet werden, wenn die hydraulischen Einwirkungen dies erlauben. Die Anwendbarkeit an Binnenwasserstraßen sowie die Belastbarkeit und ökologische Wirksamkeit dieser alternativen Ufersicherungen werden gegenwärtig in einem gemeinsamen Forschungsprojekt der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) und der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) untersucht (Auftragsnummer B3952.04.04.10151, Projekt-Website). Aus diesem Projekt ergab sich die Fragestellung für das vorliegende Forschungsvorhaben. Auch bei Ufersicherungen unter Verwendung von Pflanzen werden in der Regel zur Gewährleistung der Filterstabilität Filter benötigt. Kornfilter sind hier nicht immer anwendbar. Im Gegensatz zu den in technischen Deckwerken üblichen Geotextil-Kunststofffiltern sollen biologisch abbaubare Materialien zur Anwendung kommen, da die Filter nur temporär für die kritische Anfangsphase benötigt werden. Bisherige Erfahrungen zeigen, dass die gegenwärtig auf dem Markt angebotenen Geotextilien aus natürlichen Materialien, z. B. aus Schafwolle oder Kokosfasern, unter Wasserstraßenbedingungen nicht ausreichend stabil sind und sich zu schnell biologisch abbauen. Benötigt werden temporäre Filtervliese, bis die Pflanzenwurzeln ausreichend gewachsen sind und die Filterfunktion übernehmen können. Im Forschungsprojekt sollen entsprechende Geotextilien entwickelt und getestet werden, die die erforderlichen technischen Eigenschaften für drei Jahre gewährleisten und sich danach vollständig biologisch abbauen. Das Vorhaben ist ein von der Fachagentur für nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) gefördertes Kooperationsprojekt mit dem Fraunhofer-Institut UMSICHT Oberhausen und den Firmen BNP Brinkmann GmbH & Co. KG, FKuR Kunststoff GmbH und Trevira GmbH & Co. KG, FKuR Kunststoff GmbH und Trevira GmbH. Die BAW beteiligt sich als assoziierter Partner. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Mit den definiert abbaubaren Geotextilfiltern werden die Möglichkeiten erweitert, naturnahe Ufersicherungen unter Verwendung von Pflanzen anzuwenden, die den Uferschutz gewährleisten und den ökologischen Zustand an Binnenwasserstraßen verbessern können. Das ist u. a. für die Uferumgestaltungen von Bedeutung, die in den nächsten Jahren im Rahmen des Bundesprogramms „Blaues Band Deutschland“ vorgesehen sind. Untersuchungsmethoden Nach Definition des Anforderungsprofils der zu entwickelnden Geotextilfilter (BAW) sind Labor-, Modell- und Naturversuche zum Nachweis der Eignung der neuen Materialien als Filter in technisch-biologischen Ufersicherungen an Binnenwasserstraßen durchzuführen. Die Laborversuche dienen der Auswahl geeigneter Fasern (Fraunhofer-Institut UMSICHT, FKuR Kunststoff GmbH, Trevira GmbH) und der Beurteilung des biologischen Abbaus (Fraunhofer-Institut UMSICHT), der technischen Eigenschaften (BAW) und der Durchwurzelbarkeit (BAW). Ergänzend wird ein Naturversuch am Rhein durchgeführt, um die Geotextilfilter als Teil naturnaher Ufersicherungen unter Wasserstraßenbedingungen zu testen (BAW, WSA Oberrhein).
Wurzeln zur Ufersicherung an Binnenwasserstraßen Berücksichtigung im Nachweis der lokalen Standsicherheit Pflanzen können mit ihren Wurzeln Uferböschungen befestigen. Diese stabilisierende Wirkung wird quantitativ untersucht, sodass sie beim lokalen Standsicherheitsnachweis berücksichtigt werden kann. Hierdurch soll der Anwendungsbereich technisch-biologischer Ufersicherungen an Binnenwassertraßen erweitert werden. Aufgabenstellung und Ziel Bei technisch-biologischen Ufersicherungen übernehmen Pflanzen bzw. eine Kombination aus Pflanzen und technischen Maßnahmen den Uferschutz. Dabei stabilisieren die Wurzeln der Pflanzen den Boden. Sie erhöhen die Scherfestigkeit und übernehmen Filterfunktionen. Diese positiven Effekte wurden bisher nicht soweit quantifiziert, dass sie in Bemessungsverfahren berücksichtigt werden konnten. Stattdessen wird aufgrund der bisherigen Erkenntnisse, u. a. aus dem BAW-Forschungsprojekt B3952.04.04.10151, ein Bemessungsverfahren empfohlen, das auf der sicheren Seite liegt. Bei diesem werden Wurzeln nicht zum Ansatz gebracht (Fleischer et al. 2021). Die stabilisierende Wirkung der Wurzeln auf Böschungen an Wasserstraßen soll quantitativ untersucht und anschließend in geeignete Berechnungsmodelle integriert werden. Ziel ist es, die Wirkung der Wurzeln bei der Bemessung technisch-biologischer Ufersicherungen zu berücksichtigen. Dadurch sollen deren Anwendungsbereiche erweitert werden. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Bei all ihren Tätigkeiten muss die WSV die Bedürfnisse der Wasserwirtschaft wahren. Hierzu zählt seit Einführung der europäischen Wasserrahmenrichtlinie im Jahr 2000, dass bei Ausbau und Unterhaltung der Wasserstraßen deren ökologischer Zustand verbessert werden soll, um das ökologische Potenzial der Binnenwasserstraßen auszuschöpfen. Der Ersatz eines herkömmlichen Uferdeckwerks durch eine technisch-biologische Ufersicherung bietet die Möglichkeit, die ökologischen Verhältnisse auch dort zu verbessern, wo auf einen Uferschutz nicht verzichtet werden kann. Aus diesem Grund sollen zukünftig vermehrt Pflanzen in Ufersicherungen eingesetzt werden, wenn dies die hydraulischen Belastungen erlauben. Kann die stabilisierende Wirkung der Wurzeln bei der Bemessung berücksichtigt werden, erweitert sich die Einsetzbarkeit technisch-biologischer Ufersicherungen, die kein signifikantes Flächengewicht aufweisen, wie z. B. Weidenspreitlagen oder Pflanzmatten. Hierdurch lässt sich das ökologische Potenzial an den Binnenwasserstraßen erhöhen. Untersuchungsmethoden Um Wurzeln in den Standsicherheitsnachweisen zu berücksichtigen, müssen deren Einflüsse quantifiziert werden. Hierfür sind verschiedene Labor-, Modell- und Naturversuche vorgesehen: - Aufzucht typischer, für technisch-biologische Ufersicherungen geeigneter Pflanzen, wie z. B. Weiden, Gräser oder Stauden unter definierten Bedingungen - Ermittlung der Wurzelparameter durch Wurzelaufgrabungen, Zug- und Scherfestigkeitsversuche - Ermittlung von Wurzelparametern in-situ in Uferböschungen für einen Vergleich mit den im Labor ermittelten Werten aus Pflanzversuchen, Modellergebnissen und Literaturangaben - Zusammenstellung der relevanten Wurzelparameter typischer Uferpflanzenarten für deren Integrierung in geeignete Berechnungsmodelle
Zielsetzung: Die global sich verändernden Klimabedingungen machen es verstärkt erforderlich, Kulturgüter vor den hydroklimatischen Auswirkungen des Klimawandels zu schützen und Verwitterung und Feuchteschäden zu vermeiden. Mauervegetation setzt in der Regel die Materialfeuchte herab und übt damit einen schützenden Einfluss gegenüber Durchfeuchtung und Feuchteschwankungen aus. An historischen Bauwerken bestehen jedoch häufig Vorbehalte gegen die Duldung oder das gezielte Anpflanzen von Vegetation, da schädliche Wirkungen von Flechten- und Moosüberzügen und von Pflanzenwurzeln befürchtet werden. VegProtect soll belastbare Daten zum Einfluss der Vegetation auf den Feuchtehaushalt liefern und dieses Wissen bei Entscheidungsträgern in der Denkmalpflege bekannt machen, um die Akzeptanz für ein Zulassen von Begrünung zu erhöhen. Die Untersuchungen fokussieren dabei auf die Beeinflussung von Mikroklima und Gesteinsfeuchte durch unterschiedliche Typen von Vegetation (Flechten, Moose, sommergrüne und immergrüne Rankenpflanzen, Krautvegetation). Die Kernfrage ist, welche Art von Pflanzenbewuchs eine besonders starke protektive Wirkung ausübt und dabei keine schädliche Verwitterungswirkung zeigt. Die Untersuchungen finden an drei Burgen und einem Gebäude in Franken statt. Ergänzend mit internationalen Partnern Versuche an Standorten in Antwerpen (Belgien) und Oxford (England) sowie an Freiland-Testmauern der Universitäten Bayreuth und Oxford durchgeführt. Die Ergebnisse sollen in einen Leitfaden einfließen, der die hydrologische Wirkung und das Verwitterungspotenzial von Pflanzenbewuchs aufzeigt und damit zu einer besseren Einschätzung der Chancen und Risiken von Begrünung an Kulturgütern beiträgt.
Im Zuge des Klimawandels steigt der Informationsbedarf zur Vitalitätsentwicklung von Wäldern und Baumarten und deren Reaktionen auf Störungsereignisse wie Sturm oder Kalamitäten. Da detaillierte Information häufig fehlen, sind die zahlreich verbreiteten Abschätzungen hierzu teils widersprüchlich und spekulativ. Parallel zur terrestrischen Waldzustandserfassung ist die forstliche Fernerkundung bemüht, diese Informationslücke zu schließen. Allerdings ist die Unterscheidung von Baumarten und deren Vitalitätszustand noch immer problematisch. Zur Erhebung dieser Messwerte fehlen belastbare baumphysiologisch belegte Zusammenhänge. Dafür bieten sich Verfahren der Fernerkundung an, wenn über eine rein empirische Erhebung hinaus die Ableitung baumphysiologischer Parameter gelingt. Mit dem aktuellen Forschungsvorhaben soll eine Brücke zwischen den modernen Möglichkeiten der forstlichen Fernerkundung und Gehölzphysiologie geschlagen werden. Ein im Wald installierter 40 m hoher Drehkran am GFZ TERENO-Forschungsstandort im Raum Demmin (MV) bietet dabei für FeMoPhys einzigartige Möglichkeiten. Das Vorhaben verfolgt folgende Ziele: 1. Untersuchung von Zusammenhängen zwischen stressbedingten, physiologischen Veränderungen in Baumkronen, Stamm und Wurzeln und deren Quantifizierbarkeit durch 'Messung von außen' 2. Verknüpfung des methodischen Knowhow der baumphysiologischen Diagnostik und den Verfahren der hyper-/multispektralen und thermalen Diagnostik von Baumkronen 3. Identifikation klimasensitiver Areale auf der Basis von Flächendaten und baumphysiologischen Untersuchungen speziell für Hauptbaumarten 4. Entwicklung eines einfach zugänglichen Informationsproduktes zum Waldzustand Das Projekt will einen Forest Vulnerability Index anvisieren, der Zielgrößen wie Anfälligkeit für Insektenbefall und Dürreschäden ausgibt. Dieser und weitere Indizes können kombiniert werden, und so helfen, Risikos für Kaskadeneffekte und die Überschreitung von Kipppunkten abzuschätzen.
Im Zuge des Klimawandels steigt der Informationsbedarf zur Vitalitätsentwicklung von Waldbeständen, zu Baumarten, zu Folgereaktionen von Störungsereignissen wie z.B. Sturm, Kalamitäten, Da detaillierte Information häufig fehlen, sind die zahlreich verbreiteten Abschätzungen hierzu widersprüchlich und spekulativ. Parallel zur terrestrischen Waldzustandserfassung ist die forstliche Fernerkundung seit mehreren Jahrzehnten bemüht, diese Informationslücke zu schließen. Allerdings ist die Unterscheidung von Baumarten bzw. -gattungen und deren Zustand noch immer problematisch. Zur Erhebung dieser Messwerte fehlen u.a. belastbare baumphysiologisch belegte Zusammenhänge. Dafür bieten sich Verfahren der Fernerkundung an, wenn über eine rein empirische Erhebung hinaus die Ableitung baumphysiologischer Parameter gelingt. Vor diesem Hintergrund soll mit dem aktuellen Forschungsvorhaben eine Brücke zwischen den modernen Möglichkeiten der forstlichen Fernerkundung und Gehölzphysiologie geschlagen werden. Ein im Wald installierter 40 m hoher Drehkran am GFZ TERENO-Forschungsstandort im Raum Demmin (Mecklenburg-Vorpommern) bietet dabei für FEMOPHYS einzigartige Möglichkeiten. Das Forschungsvorhaben verfolgt folgende Zielstellungen: 1. Untersuchung von Zusammenhängen zwischen stressbedingten, physiologischen Veränderungen in Baumkronen, Stamm und Wurzeln und deren Quantifizierbarkeit durch 'Messung von außen' 2. Verknüpfung des methodischen Knowhow der baumphysiologischen Diagnostik und den Verfahren der hyper-/multispektralen und thermalen Diagnostik von Baumkronen 3. Identifikation klimasensitiver Areale auf der Basis von Flächendaten und baumphysiologischen Untersuchungen speziell für Hauptbaumarten 4. Entwicklung eines einfach zugänglichen Informationsproduktes zum baumartenspezifischen Waldzustand Das Projekt will einen Forest Vulnerability Index anvisieren, der Zielgrößen wie z.B. Anfälligkeit für Insektenbefall und Dürre-Schäden ausgibt.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 2481 |
| Land | 722 |
| Wissenschaft | 88 |
| Zivilgesellschaft | 1 |
| Type | Count |
|---|---|
| Daten und Messstellen | 456 |
| Ereignis | 5 |
| Förderprogramm | 1402 |
| Lehrmaterial | 2 |
| Taxon | 1 |
| Text | 52 |
| unbekannt | 712 |
| License | Count |
|---|---|
| geschlossen | 470 |
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| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 2294 |
| Englisch | 935 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 18 |
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| Dokument | 27 |
| Keine | 1137 |
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| Boden | 1852 |
| Lebewesen und Lebensräume | 2630 |
| Luft | 1057 |
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| Weitere | 2620 |