In this project, we will investigate the spatial heterogeneity of soil phosphorus (concentration of total P, P speciation) in soils with different P status with modern analytical (synchrotron-based X-ray spectroscopy and spectromicroscopy) and geostatistical methods at different scales (soil aggregates: (sub)micron to mm scale; particular regions of soil profiles (e.g. root channels, surrounding of stones): mm to dm scale; entire soil profiles: dm to m scale; selected patches of the forest stand: m to 5m scale). We expect that our results will provide new insights about spatial heterogeneity patterns of soil P concentration and P speciation in forest soils and their relevance for P availability and P nutritional status of Norway spruce and European beech.
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.
Soil organic matter is considered to become an increasingly important source of bioavailable phosphorus (P) with depletion of inorganic P within primary minerals. Current concepts on P cycling and mobilization of organic P largely ignore the formation of mineral-organic associations. This project aims to link processes occurring at the nanoscale on mineral surfaces with the bioavailability of organic P, with particular focus on the influence of biodiversity and establishment of functional niches by microbial communities on P recycling in soils. Along a soil P availability gradient the proportion of mineral-associated P as well as its composition (31P NMR and X-ray absorption near edge structure spectroscopy) will be determined and related to mineralogical soil properties. Based on adsorption and desorption experiments using both, monomeric and polymeric P sources, the recycling potential of mineral-bound organic P by various biotic communities (plants, mycorrhiza, bacteria) will be determined in mesocosm and field experiments. We expect to assess the relevance of mineral-associated organic P for the P recycling of forest ecosystems and to identify the major controlling abiotic and biotic variables.
Pflanzen können zwischen 10 und 80% ihres P-Bedarfs aus Unterböden decken, aber in welchen Bindungsformen P im Unterboden von Wäldern vorliegt, wie gut es dort zugänglich ist und v.a. wie lange der Sauerstoff in den Unterboden-Phosphaten verweilt, ist nur wenig verstanden. Dieses Projekt hat zum Ziel, die Hypothese zu testen, dass mit zunehmendem P-Mangel im Oberboden die Pflanzen verstärkt auf P im Unterboden zugreifen. Als Grundlage hierfür werden wir in der ersten Phase des SPP aufklären, (i) wie hoch die P-Vorräte in den Unterboden der Versuchsstandorte sind, welche Bindungsformen dominieren und welche delta18O-Signaturen Bodenphosphate dort aufweisen, (ii) wie Pflanzenwurzeln die P-Gradienten im Unterboden verändern, (iii) wie gut die Phosphate im Unterboden für Mikroorganismen und damit 18Oisotopenaustauschreaktionen zugänglich sind, (iv) ob und wie abiotische, positionsabhängige isotopenaustauschreaktionen stattfinden können, anhand derer sich Informationen zur Verweilzeit der Phosphate im Unterboden ableiten lassen, und (v) welche Zusammenhänge zur Isotopensignatur in Phosphaten des Xylemsaftes bestehen. Die P-Bindungsformen und Konzentrationen werden mittels sequenziellen Fraktionierungsverfahren, NanoSIMS, XANES-und NMR-Spektroskopie erfasst. Isotopenbestimmungen und -austauschexperimente erfolgen mittels massenspektrometrischen und Raman-spektroskopischen Analysen unter Einbeziehung quantenchemischer Modellierungen.
Zielsetzung: Unser Wirtschaftssystem ist auch im 21. Jahrhundert noch stark an die Verfügbarkeit fossiler Rohstoffe gebunden, mit negativen Auswirkungen auf Umwelt und Klima. Deshalb ist es in Europa ein erklärtes Ziel, die biobasierten Wirtschaftszweige zu unterstützen und stetig auszubauen. Die Nutzung von Holz und Holzprodukten ist eine der zentralen Komponenten für eine biobasierte Wirtschaftsentwicklung, auch dank der umfangreichen Holzressourcen der Europäischen Union. Innerhalb dieses Szenarios fokussiert das Projekt READiStrength (Ressourceneffiziente und datengetriebene intelligente Festigkeitssortierung für Rund- und Schnittholz) auf Holzprodukte für die Bauwirtschaft, insbesondere auf Konstruktionsholz und Brettschichtholz. Bislang stützt sich die Baubranche vorwiegend auf Fichtenholz, mit kleineren Anteilen an Tanne, Kiefer und weiteren Nadel- und Laubhölzern. Der Klimawandel bringt es jedoch mit sich, dass sich die Wuchsbedingungen für Fichte insbesondere in Mitteleuropa in den nächsten Jahrzehnten deutlich verschlechtern werden, weshalb die Forstwirtschaft bereits verstärkt auf Mischwälder mit trockenheitsresistenteren Arten wie Tanne oder Douglasie sowie Laubhölzern setzt. Gleichzeitig werden laufend neue holzbasierte Produkte entwickelt, um die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen zu reduzieren, etwa Holzpellets oder Bioraffinerieprodukte. Dadurch verändert sich in großem Maßstab die Nutzung des Rohstoffes Holz, womit auch ein vermehrter Wettbewerb um die Ressourcen einhergeht. Dies reduziert die Verfügbarkeit von Holz für die Bauwirtschaft, was wiederum die Wirtschaftlichkeit und Konkurrenzfähigkeit des Holzbaus bedroht. Um die Bedeutung von Holz als Baumaterial zu erhalten und weiter auszubauen, sind folgende Maßnahmen notwendig, die somit die Motivation für das Projekt READiStrength sind: 1. Verbreiterung der Holznutzung auf andere Holzarten, die derzeit in den europäischen Wäldern an Bedeutung gewinnen, insbesondere Tanne und Douglasie; 2. Verbesserung der Ressourceneffizienz, so dass bei allen genutzten Holzarten eine hohe Ausbeute an hochfestem Bauholz erzielt werden kann; 3. Präzisierung der Qualitätsbeurteilung schon ab dem Rundholz, um die ungeplante Produktion minderwertigen bzw. ungeeigneten Bauholzes zu verhindern; 4. Verstärkung der Nachhaltigkeit im Holzbau durch vermehrten Fokus auf Produktion qualitativ hochwertigen Materials. Im Lauf der letzten Jahrzehnte hat sich die Holzwirtschaft zu einem technologieintensiven Wirtschaftszweig entwickelt, so dass der Einsatz präziser, hocheffizienter Maschinen und die Verfügbarkeit immer genauerer und umfangreicherer Daten zur Holzqualität Teil des Tagesgeschäfts geworden sind. (Text gekürzt)
Excessive nutrient input largely impacts community structure and functioning of stream ecosystems in Central Europe (eutrophication). Within this project, we aim to evaluate the eutrophication potential of stream ecosystems. As a first step to achieve this aim, main control mechanisms influencing stream eutrophication have to be identified. We will analyze the impact of soil nutritional status (especially phosphorus), soil storage capacity, and soil nutrient release as well as land use on periphyton-grazer interaction. Therefore, we will study the periphyton-grazer interaction in the running water of 4 small catchments that differ with respect to their nutritional status, speciation and release at a forest site and an pasture site. In the field survey we will study (1) The input of macro nutrients (P and N), (2) community structure and biomass of periphyton and grazers, (3) emergence and (4) complexity of the food web and compare the results among the catchments. The periphyton-grazer interaction along nutrient gradients will be studied in more detail using laboratory flumes. By the use of geostatistical and remote sensing techniques we will interpolate macro nutrient input, -speciation and seasonality for the different catchments and link this information to periphyton quantity and quality as well as to periphyton-grazer interaction.
Die Rekultivierung ausgebeuteter oder aufgelassener Rohstoff-Entnahmestellen muss, staerker als in der Vergangenheit geschehen, auf geowissenschaftlicher Basis durchgefuehrt werden. Landschaftspflegerische Massnahmen haben der oekonomischen Nachnutzung, d. h. der Abwehr drohender Gefaehrdung des Grundwassers, der Sicherung der Rohstoffreserven, der Bereitstellung von Baugrund fuer Wohn-, Industrie- und Verkehrsbauten oder von Deponiegelaende, der Erhaltung land- und forstwirtschaftlicher Nutzflaechen, der Einrichtung von Erholungs- und Biotopschutzgebieten u. a., Rechnung zu tragen. Konkurrierende Nutzungsansprueche und teilweise rigorose Sanierungsmassnahmen haben in den letzten Jahren mehrfach zur Vernichtung geologischer Naturdenkmale gefuehrt. Zur Abwendung weiterer Zerstoerungen wurde inzwischen eine geeignete Schutzformel in die Entwuerfe zu den regionalen Raumordnungsplaenen aufgenommen. Wie eine erste Bestandsaufnahme ergeben hat, stehen in Hessen gegenwaertig 139 geologische Naturdenkmale unter Schutz; daneben sind weitere 337 erhaltenswerte, aber naturschutzrechtlich noch ungeschuetzte Objekte vorhanden. Mit Unterstuetzung der Regionalen Planungsgemeinschaften und der Naturschutzbehoerden der Kreise sollen nach der Sicherstellung vermehrte Anstrengungen unternommen werden, die erdgeschichtlich bedeutsame Zeugnisse einer an geowissenschaftlichen Fragen zunehmend staerker interessierten Oeffentlichkeit als Anschauungsobjekte zu erschliessen.
Phosphorus (P) is an essential nutrient for living organisms. Whereas agriculture avoids P-limitation of primary production through continuous application of P fertilizers, forest ecosystems have developed highly efficient strategies to adapt to low P supply. A main hypothesis of the SPP 1685 is that P depletion of soils drives forest ecosystems from P acquiring system (efficient mobilization of P from the mineral phase) to P recycling systems (highly efficient cycling of P). Regarding P fluxes in soils and from soil to streamwater, this leads to the assumption that recycling systems may have developed strategies to minimize P losses. Further, not only the quantity but also the chemistry (P forms) of transported or accumulated P will differ between the ecosystems. In our project, we will therefore experimentally test the relevance of the two contrasting hypothetical nutritional strategies for P transport processes through the soil and into streamwater. As transport processes will occur especially during heavy rainfall events, when preferential flow pathways (PFPs) are connected, we will focus on identifying those subsurface transport paths. The chemical P fractionation in PFPs will be analyzed to draw conclusions on P accumulation and transport mechanism in soils differing in their availability of mineral bound P (SPP core sites). The second approach is an intensive streamwater monitoring to detect P losses from soil to water. The understanding of P transport processes and P fluxes at small catchment scale is fundamental for estimating the P exports of forest soils into streams. With a hydrological model we will simulate soil water fluxes and estimate P export fluxes for the different ecosystems based on these simulations.
Als Reaktion auf das Problem der Phosphorverknappung wurden eine Reihe von sogenannten Phosphorplattformen initiiert, welche die Aktivitäten auf dem Gebiet der Phosphorforschung bündeln und den Kenntnisstand zum Thema Phosphor (P) substantiell verbessern sollen. Ziel ist eine effiziente und nachhaltige Nutzung der verfügbaren Phosphorressourcen. In diesem Rahmen setzt das Schwerpunktprogramm (SPP) 1685 den Fokus auf diejenigen Prozesse, die den Phosphorkreislauf im Ökosystem Wald bestimmen. Das vorliegende Projekt soll die Anstrengungen innerhalb des SPPs methodisch und konzeptionell erweitern, in dem P-relevante Prozesse an Oberflächen mit Methoden der Computerchemie auf molekularer Ebene untersucht werden. Während die experimentellen Arbeiten darauf ausgerichtet sind, beispielsweise P-Verbindungen an den verschiedenen Testfeldern in ihrer Häufigkeit und Reaktivität zu charakterisieren, ergeben sich durch die Nutzung von computerchemischen Methoden Möglichkeiten, zum detaillierten Verständnis der experimentellen Daten beizutragen. Ziel dieses Projektes ist es, die grundlegenden Mechanismen bei der P-Bindung an Oberflächen im Boden zu bestimmen und beeinflussende Faktoren zu untersuchen. Dazu sollen molekulare Modelle für P-relevante Prozesse im Boden entwickelt und in numerischen Simulationsprotokollen implementiert werden. Dabei können wir auf bestehende Vorarbeiten zu agrarischen Ökosystemen aufbauen. In Kooperation mit experimentellen Partnern im SPP und an der Universität Rostock sollen folgende Fragen beantwortet werden: (i) Welche Bindungsmotive gibt es für organische und anorganische P-Verbindungen an Mineraloberflächen im Boden und was sind die Bindungsenergien? Wie werden diese Eigenschaften z.B. durch den pH-Wert beeinflusst? (ii) Wie hängt die Bindung von der Art und den Eigenschaften der Oberfläche ab, z.B. Vergleich alkalische (Ca) vs. saure (Al,Fe-Oxide) Oberflächen, wie sie für die verschiedenen Testfelder im SPP typisch sind. (iii) Welchen Einfluss hat die Bedeckung der Oberfläche mit für Waldböden typischen organischen Substanzen, die z.B. aus der Aktivität von Mikroben stammen. (iv) Welche Unterschiede/Gemeinsamkeiten gibt es zwischen der P-Bindung an Mineraloberflächen und an makromolekularen organischen Bodensubstanzen?
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 404 |
| Europa | 6 |
| Global | 1 |
| Kommune | 1 |
| Land | 37 |
| Weitere | 7 |
| Wirtschaft | 1 |
| Wissenschaft | 128 |
| Zivilgesellschaft | 9 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 376 |
| Text | 22 |
| Umweltprüfung | 18 |
| unbekannt | 18 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 56 |
| Offen | 376 |
| Unbekannt | 2 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 394 |
| Englisch | 86 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 2 |
| Datei | 4 |
| Dokument | 34 |
| Keine | 221 |
| Webseite | 188 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 394 |
| Lebewesen und Lebensräume | 379 |
| Luft | 208 |
| Mensch und Umwelt | 434 |
| Wasser | 162 |
| Weitere | 426 |