Das Wasserspeichervermögen gilt als wichtiges Kriterium für die Beurteilung von Böden als Bestandteil des Wasserkreislaufes. Auf Basis des Bodenbewertungsinstrumentes Sachsen (2022) wurde Bodenkarte Dresden (2024) abgeleitet. Hauptparameter ist die nutzbare Feldkapazität des potenziellen Wurzelraumes (nFKWp) unter zusätzlicher Berücksichtigung der Hangneigung.
The pattern of plant nutrient uptake in a soil profile is the result of complex processes occurring at the cellular or sub-cellular levels but affecting the whole-plant behaviour in function of the plant environment that varies strongly in time and space. The plant nutrient acquisition depends on root architecture and growth, on soil properties and heterogeneity, and on the 3-D distribution of nutrients and water. Equally important is how these parameters interact, as for instance how the nutrient distribution and soil properties and heterogeneity impact root growth or how nutrient and water limitation affect assimilate allocation. Mathematical modelling using a spatial resolution that resolves the spatial structure of the root structure and the nutrient and water distribution is therefore needed to quantitatively account for these complex and interacting processes and to predict plant nutrient uptake behaviour under environmental constraints. The main goal of the project is to build a modelling platform able to describe 3-D flow and transport processes in the soil to individual roots of an entire root system (WP1). Model parameters will be derived from specific experiments performed at the plant scale in the research group (WP3) and stored in a specific data warehouse (WP2). The impact of different parameters, which describe root growth and nutrient uptake at the single root scale, on nutrient uptake at the soil profile scale, will be investigated based on scenario analyses (WP4). Data on water and nutrient uptake and root growth from plant and field scale experiments will be compared with model predictions to validate the model. Simulations with the 3-D root scale model will be used to validate hypotheses and parameterizations of larger scale 1-D models that do not describe processes at the scale of individual roots (WP5 and SP10).
A06 beschäftigt sich im SFB 1357 mit den Auswirkungen von chemisch komplexen und umweltrelevanten Mikroplastik (MP)-Partikel im System Boden-Mikroben-Pflanze mit speziellem Fokus auf Änderungen der Bodenaggregation, der Bodenchemie und der Bodenmikrobiologie in der Rhizosphäre von Nutzpflanzen. Aufbauend auf die 1. Förderperiode (FP) adressiert das Teilprojekt die Frage, welche Eigenschaften von umweltrelevantem MP zu Veränderungen in der Rhizosphäre führen und wie sich diese auf die entsprechenden Pflanzen wie Mais und Erdbeeren auswirken. Dabei legt das Teilprojekt verstärkt Wert auf den Vergleich von konventionellem MP mit bioabbaubaren Kunststoffen, deren Wirkung auf die Bodenchemie und die Bodenmikrobiologie erheblich größer sein könnten. Aus der 2. FP werden zudem Erkenntnisse erwartet, die zur ökotoxikologischen Bewertung von MP für Mikroorganismen in Böden und daher indirekt für Pflanzen beitragen. In einem SFB-übergreifendem Bodenmesokosmen-Experiment werden Fragestellungen aus den Projektbereichen A, B und C im Rahmen der Querschnittsthemen „Migration-Expositionswahrscheinlichkeit“ und „Effekte-Alterung“ an der Schnittstelle Boden untersucht.
In der nächsten Phase der Biodiversitäts Exploratorien sollen Experimente dabei helfen die Effekte verschiedener Landnutzungskomponenten auf Ökosysteme zu ermitteln. 'Common garden' Experimente werden genutzt, um die Umweltheterogenität zu minimieren, die ansonsten interessante Effekte verschleiert. Wir planen Grasnarben, die von n = 42 Plots der Biodiversitäts Exploratorien entnommen werden, in einem 'common garden' auszubringen wo die Intensität der Mahd und der Düngung manipuliert werden soll. In den nächsten drei bis 15 Jahren werden die Veränderungen in den Pflanzen- und Bakteriengemeinschaften auf den Grasnarben verfolgt. Hierfür wird die Zusammensetzung und Diversität der Pflanzen und Bakterien (next-generation 16S rRNA gene amplicon sequencing) ermittelt. Zusätzlich werden noch 3D-Modelle der Pflanzengemeinschaften, die durch multispektrale Information ergänzt werden, erstellt (PlantEye F500, Phenospex, Heerlen, The Netherlands). Diese Modelle erlauben die Errechnung von Parametern, die ganze Pflanzengemeinschaften charakterisieren. Änderungen in den Pflanzen- und Bakteriengemeinschaften werden mit der Landnutzung der Plots in den vergangenen Jahren ins Verhältnis gesetzt. Wir erwarten, dass Gemeinschaften, die aus verschiedenen Plots stammen, aber die gleiche Landnutzung erfahren in Ihrer Zusammensetzung und Diversität konvergieren; Gemeinschaften aus den gleichen Plots, die aber unterschiedliche Landnutzung erfahren, sollten divergieren. Das Projekt nutzt das Vorwissen zu den einzelnen Plots in Bezug auf Landnutzung und Artenzusammensetzung, liefert neuartige Daten für die Biodiversitäts Exploratorien, und stellt einen unabhängigen und neuartigen Beitrag zu der Frage, wie Landnutzug Ökosysteme beeinflusst, dar.
Die Carboxylat-Exsudation ist ein wichtiger Prozess für Pflanzen, um eine ausreichende Nährstoffaufnahme, insbesondere in Böden mit Phosphor-Mangel, sicherzustellen. Die Gewinnung von Carboxylatproben von im Boden gewachsenen Wurzeln ist aufgrund der geringen Konzentrationen von Carboxylaten in der Bodenlösung und ihrer schnellen Mineralisierung durch Mikroben sehr anspruchsvoll. Deshalb wurden die meisten Studien bisher mit künstlichen Wachstumssystemen (z. B. Hydroponik) durchgeführt, von denen viele die Zusammensetzung und Menge der Wurzelexsudate beeinflussen können. Wegen dieser erheblichen technischen Lücke besteht immer noch eine große Wissenslücke hinsichtlich der räumlichen Verteilung von Carboxylat-Exsudaten in der Rhizosphäre, sowie hinsichtlich des zeitlichen Verlaufs der Exsudation über die Vegetationsperiode von Kulturpflanzen. Wir haben kürzlich eine niedrig-invasive Citrat-Exsudat-Probenahmemethode entwickelt, die auf der “Diffusive Gradients in Thin Films” Methode (DGT) basiert. Diese Methode stellt eine signifikante Verbesserung gegenüber bestehenden Techniken dar. In diesem Projekt werden wir (1) unsere DGT-Citrat-Probenahmemethode weiterentwickeln, um weitere wichtige Carboxylat-Exsudat-Verbindungen einzubeziehen, (2) die DGT-Chemical-Imaging-Funktion nutzen, um Carboxylat-Exsudations-Bildgebungs-Workflows mit mm- und sub-mm-Auflösung zu entwickeln, (3) die entwickelten DGT-Carboxylat-Probenahmemethoden hinsichtlich ihrer Möglichkeiten und Einschränkungen charakterisieren und (4) die DGT-Carboxylat-Probenahme anwenden, um die Rolle der Carboxylat-Exsudation bei der Phosphoraufnahmeeffizienz von Hartweizen-Genotypen über ihre Vegetationsperiode und mit hoher räumlicher Auflösung zu untersuchen. Ausgewählte Anionenaustauscherharze werden auf ihre Carboxylatbindungseigenschaften charakterisiert. Räumliche Carboxylatverteilungen werden durch Schneiden der DGT-Gele und durch hochauflösende Massenspektrometrie (LDI-FTICR-MS) visualisiert. Die Probenahmeeffizienz der neuen Methode wird unter Verwendung von Mikrodialyse (künstliche Wurzelsonden) in Kombination mit C-14-markierten Carboxylatverbindungen quantifiziert. Die numerische Simulation der Probenahme und der experimentelle Vergleich mit herkömmlichen Methoden werden die Möglichkeiten und Grenzen der DGT-Carboxylat-Probenahme demonstrieren. Die neu entwickelte Probenahmetechnik wird die Probenahme von ganzen Wurzelsystemen und Wurzelsystemteilen, die Kartierung mit einer Auflösung im mm-Maßstab, die Abbildung von Exsudatgradienten im Mikrometer-Maßstab, und die wiederholte Probenahme über die gesamte Vegetationsperiode ermöglichen. Mit dieser neuartigen Methodik werden beispiellose Daten zu Carboxylat-Exsudationsmustern in Wurzelsystemen von Hartweizen gesammelt werden. Diese Methode wird eine wichtige technische Lücke schließen und zur Entwicklung/Auswahl von Kultursorten mit hoher Phosphoraufnahmeeffizienz beitragen.
Der Koordinationsantrag für das SPP 2089 Raum-zeitliche Organisation der Rhizosphäre - der Schlüssel zum Verständnis von Rhizosphärenfunktionen - Phase 2 bietet eine kurze Einführung in das Konzept und die Hypothesen des SPP (Abschnitt 1.1), gibt einen kurzen Überblick über die experimentellen Plattformen und die gemeinsamen Probenahmestrategien (Abschnitt 1.2) und umfasst die Zusammenfassung der Forschungsergebnisse aus Phase 1 (Abschnitt 1.3.1 - 1.3.6). Diese Zusammenfassung enthält auch die von der Koordination durchgeführten feldbezogenen Messungen, die nicht an anderer Stelle dargestellt werden können. Die Datenintegration und die Initiierung gemeinsamer Manuskripte wurden adressiert (Abschnitt 1.3.7) und die Ziele des SPP in Phase 2 werden abgeleitet (Abschnitt 1.4), einschließlich der Forschungsfragen und der damit verbundenen gemeinsamen Experimente für Phase 2. Eine besondere Herausforderung ist die Integration von Daten aus verschiedenen Skalen und Disziplinen (Abschnitt 1.5). Dies führt zu den spezifischen Aufgaben der Koordination (Kommunikation, PP-Datenbank BExIS, Soil-Plot-Experiment, Organisation von Treffen/Workshops, Röntgencomputertomographie-Service, Öffentlichkeitsarbeit), die alle darauf abzielen, eine Datensynthese zu ermöglichen (Abschnitt 1.6). Erste Beispiele für integrierte Arbeiten sind in der Bibliographie aufgeführt (Abschnitt 1.7). In Anbetracht des begrenzten Platzes ist die Beschreibung der Forschungsergebnisse sehr kurz und zielt darauf ab, die Ergebnisse in einer integrierten Weise zu präsentieren. Gleiches gilt für die Beschreibung neuer gemeinsamer Experimente, auch hier finden sich die Details in den jeweiligen Einzelanträgen.
Während der Vegetation können bis zu 20 Prozent der Netto-CO2-Assimilation durch Pflanzenwurzeln wieder an den Boden freigesetzt werden. Diese Rhizodeposition ist von beträchtlicher bodenökologischer Relevanz. Sie beeinflußt die pflanzliche Nährstoffaneignung ebenso wie die mikrobielle Besiedlung der Wurzeln. Demgegenüber ist der Umsatz dieser freigesetzten Verbindungen im Boden und insbesondere deren Beitrag zur Bildung und Stabilisierung der organischen Bodensubstanz (OBS) weitgehend unklar. Das vorliegende Teilprojekt soll einen Beitrag zur Klärung leisten. In Modellzeitreihenversuchen mit Boden aus ausgewählten Varianten der Hallenser und Bad Lauchstädter Dauerversuche sollen in sog. Doppelkompartimentgefäßen Pflanzensprosse simultan mit 14CO2 und 15NH3 begast und danach der 14C- bzw. 15N-Netto-Einbau in die verschiedenen physikalischen und chemischen OBS-Fraktionen verfolgt werden. Die Untersuchungen sollen Aufschluß über den Mengenanteil und den zeitlichen Verlauf der Umwandlung der Rhizodeposition in die OBS ermöglichen und ordnen sich daher in die Teilaspekte 4 (Umsatz verschiedener C-Pools) sowie 2 (Wechselwirkungen mit der Mineralphase) und 3 (Stabilisierung durch physikalische Trennung) ein.
Gesunde und leistungsfähige Wurzelsysteme der angebauten Kulturen sind unabdingbare Voraussetzungen für sichere und hohe Erträge. Im Projekt sollen Ertrag und Ertragsstabilität Schmalblättriger Lupinen (Lupinus angustifolius) durch Selektion auf Wurzelmerkmale maßgeblich verbessert werden. Neben der Erfassung der Wurzelarchitektur und der Wurzelwachstumsgeschwindigkeit in Rhizotronen soll insbesondere der Wurzelchemotyp (Wurzelexsudate und Rhizodeposite) und dessen Einfluss auf die Rhizosphäre, Knöllchenbildung und Phosphataufschluss mittels GC/MS erfasst werden. Die genetischen Grundlagen sollen mittels differenzieller Expressionsprofile über RNA-Seq-Vergleiche und quantitative PCR mit mRNA analysiert werden. Die Daten werden züchterisch genutzt, um die wurzelbezogenen Merkmale aus bitteren Formen in alkaloidarme Formen der Schmalblättrigen Lupine zu überführen und dort mit wichtigen Domestikations- und Qualitätsmerkmalen zu kombinieren. Dabei sollen die Domestikationsmerkmale (z.B. Platzfestigkeit, Weichschaligkeit) über molekulare Marker verfolgt und selektiert werden. Die Qualitätsmerkmale Protein- und Alkaloidgehalt werden über GC/MS und Einzelkorn NIRS erfasst und in die Selektion einbezogen. Darüber hinaus sollen agronomische Eigenschaften, wie Hochwüchsigkeit, Standfestigkeit und Spätreife berücksichtigt werden, die sich positiv auf zukünftige Anbauformen wie z.B. Mischanbau auswirken können. Das Projekt zielt darauf ab, neuartige Sorten der Schmalblättrigen Lupine zur Verfügung zu stellen, die über leistungsfähige Wurzelsysteme mit neuartigen Eigenschaften neue Anbaugebiete erschließen und deutlich verbesserte Kornerträge und Ertragsstabilitäten liefern können. Die dem beantragenden Konsortium vorliegenden genetischen Ressourcen aus vorangegangenen Projekten und die darin gefundenen Merkmalsausprägungen für z.B. Boden-pH-Toleranz, Pflanzenarchitektur und Hülsenansatz sind hierzu hervorragend geeignet.
The exchange of water between atmosphere, biosphere, and hydrosphere is a result of complex interactions and feedback mechanisms, where soil moisture acts as the key state variable. Novel approaches are required to handle the related scale dependency of water fluxes. Corresponding state-of-the-art methods for observing soil moisture range from continuous point-scale measurements, via field-scale temporal snapshots to remote sensing products on the basin scale and beyond. Cosmic-ray neutron sensing (CRNS) constitutes a considerable advancement in this context by inferring soil moisture from changes in ambient neutron density above the ground, allowing for the integration across hundreds of meters. In this proposal we report on the activities and achievements of the Cosmic Sense research unit (RU) in its first phase, and give an outline of the objectives and the work program for the second phase. The overarching goal remains the development of a quantitative, adaptable, and transferable approach for observing root-zone soil moisture on the field scale while accounting for other dynamic water pools, such as biomass. New to phase II is the addition of snow water pools and the focus on the regional scale by soil moisture mapping with sensor clusters, mobile detectors, remote sensing, and modeling. Cosmic Sense continues to constitute a driving force in the field of soil moisture measurements via CRNS and will strengthen an engaged and innovative community. Our team will advance the understanding of field-scale and regional water storage and fluxes in the soil-vegetation-atmosphere continuum by bundling the expertise of distinguished partners in complementary research modules and joint activities. Working together towards joint research objectives requires intensive interaction in the team as well as overarching coordination and support. The coordination project “Z” acts as a central nexus for the objectives, resources, and outreach activities that are related to the RU as a whole. The key personal resources required are a position for the coordination of meetings, workshops, and general RU matters, and a field technician to support the joint field- and cross-cutting activities. Furthermore, Z strives to support young researchers – particularly those with children – in their work and career, and to enhance gender equality. Z will also promote the outcomes of the RU in a closing workshop, inviting external keynote speakers and supporting attendance via discounts and scholarships. The current and designated Mercator Fellow, Prof. Marek Zreda, will interact with all research modules, he will actively participate in the cross-cutting activities and promote the achievements of Cosmic Sense to the scientific community worldwide. Accordingly, all of the tasks planned in Z will support and interact with the involved research modules of the RU, thus helping to promote the collaboration within the RU and of the dissemination of its outcomes beyond it.
In the frame of the project microbial turnover processes of phosphorous shall be investigated in forest soils and drivers for the corresponding populations as well as their activity pattern shall be described. Furthermore microbial transport and uptake systems for phosphorous should be characterized to understand the competition between plants and microbes for phosphorous in more detail, in relation to the availability of phosphorous and other nutrients. Therefore it is planned to investigate different soil compartments with different nutrient amounts (litter layer - rhizosphere - bulk soil). To reach the described goal molecular metagenomic methods will be used to characterize the structure and function of microbial communities as well as to describe the regulation of selected important pathways. In addition quantitative real time PCR and enzymatic measurements will be used to describe the abundance and activity of the corresponding populations and to describe their relevance for P turnover in the different soil compartments under investigation. With this we hope to reconstruct mainly the microbial phosphorous cycle and give important data to improve the model development of P dynamics in forest soils.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 871 |
| Europa | 45 |
| Kommune | 24 |
| Land | 300 |
| Weitere | 11 |
| Wirtschaft | 1 |
| Wissenschaft | 414 |
| Zivilgesellschaft | 17 |
| Type | Count |
|---|---|
| Daten und Messstellen | 12 |
| Ereignis | 1 |
| Förderprogramm | 775 |
| Hochwertiger Datensatz | 29 |
| Kartendienst | 3 |
| Text | 73 |
| Umweltprüfung | 5 |
| unbekannt | 152 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 63 |
| Offen | 978 |
| Unbekannt | 8 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 941 |
| Englisch | 271 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 22 |
| Bild | 9 |
| Datei | 26 |
| Dokument | 51 |
| Keine | 601 |
| Multimedia | 1 |
| Webdienst | 121 |
| Webseite | 402 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 1049 |
| Lebewesen und Lebensräume | 1019 |
| Luft | 567 |
| Mensch und Umwelt | 1049 |
| Wasser | 692 |
| Weitere | 1032 |