Phosphor (P) ist einer von fünf essentiellen Makronährstoffen für Wachstum und Entwicklung von Pflanzen. Seine geringe Verfügbarkeit in vielen Waldböden macht eine effiziente Aufnahme, Verwendung und Verteilung erforderlich. Diese Prozesse müssen zudem an den sich während der Vegetationsperiode ändernden Bedarf angepasst werden. Ziel des vorliegenden Projekts ist es, die P Akquisition mykorrhizierter und nicht-mykorrhizierter Baumwurzeln zu charakterisieren (Km, vmax, Temperatur und pH Abhängigkeit) und die Regulation der P Akquisition durch externe und intrinsische Faktoren aufzuklären. Dabei stehen (a) die Interaktion der Aufnahme von Pi und Porg, (b) die Konkurrenz zwischen Altbestand und Naturverjüngung und (c) die Konkurrenz zwischen Wurzeln und Mikroben im Vordergrund von aufeinander abgestimmten Laborversuchen unter kontrollierten Bedingungen und Freilanduntersuchungen. Unter kontrollierten Bedingungen sollen Aufnahme und Xylembeladung radioaktiv markierter P Verbindungen an abgeschnittenen Wurzeln mit der Pitman-Kammertechnik analysiert werden; im Freiland soll die Aufnahme ausgegrabener Wurzeln über die Akkumulation von stabilen Isotopen oder über die 'Depletion'-Technik durch Inkubation in künstlichen Bodenlösungen bestimmt werden. Die Regulation der P Aufnahme durch externe und intrinsische Faktoren soll in 'flap-feeding' und 'split-root' Experimenten im Labor untersucht werden. Die Konkurrenz zwischen Altbestand und Naturverjüngung soll im Freiland durch vergleichende saisonale Analyse der P Aufnahme Kapazität, die Konkurrenz zwischen Wurzeln und Mikroben durch P-Fluss Analysen im Boden mit Hilde der Mikrodialyse bestimmt werden. Ein weiteres Ziel des Projekts ist die Charakterisierung von Prozessen der saisonalen P Speicherung und Mobilisierung. Dies umfasst die Aufklärung saisonaler Veränderungen des P-Metaboloms in Blättern, Wurzeln, Xylem und Phloem sowie die Zell- und Gewebe-spezifische Analyse der Orte von Speicherung und Mobilisierung in Zweigen mit nanoSIMS. Labor- und Freilandversuche sollen mit Buche und Pappel durchgeführt werden. Buche wurde als häufigste Laubbaumart Mitteleuropas ausgewählt und soll an je einem SPP-Standort mit hoher (Conventwald, saurer Boden; 'P acquiring system') und geringer (Tuttlingen, Kalkboden; 'P-recycling system') P Verfügbarkeit untersucht werden. Pappel wurde als Baumart gewählt, die für molekulare Untersuchungen von Prozessen herangezogen werden kann. Hierzu werden Proben zentraler Versuche dieses Projekt an andere Gruppen des SPP für Transkriptom Analysen weitergegeben. Aufgrund der unterschiedlichen Blatt- und Blüten-Entwicklungsstrategien kann von unterschiedlichen Strategien der P-Akquisition von Buchen und Pappeln ausgegangen werden. Deshalb sollen die mit den beiden Baumarten erzielten Ergebnisse in dieser Hinsicht verglichen werden.
For surface soils, the mechanisms controlling soil organic C turnover have been thoroughly investigated. The database on subsoil C dynamics, however, is scarce, although greater than 50 percent of SOC stocks are stored in deeper soil horizons. The transfer of results obtained from surface soil studies to deeper soil horizons is limited, because soil organic matter (SOM) in deeper soil layers is exposed to contrasting environmental conditions (e.g. more constant temperature and moisture regime, higher CO2 and lower O2 concentrations, increasing N and P limitation to C mineralization with soil depth) and differs in composition compared to SOM of the surface layer, which in turn entails differences in its decomposition. For a quantitative analysis of subsoil SOC dynamics, it is necessary to trace the origins of the soil organic compounds and the pathways of their transformations. Since SOM is composed of various C pools which turn over on different time scales, from hours to millennia, bulk measurements do not reflect the response of specific pools to both transient and long-term change and may significantly underestimate CO2 fluxes. More detailed information can be gained from the fractionation of subsoil SOM into different functional pools in combination with the use of stable and radioactive isotopes. Additionally, soil-respired CO2 isotopic signatures can be used to understand the role of environmental factors on the rate of SOM decomposition and the magnitude and source of CO2 fluxes. The aims of this study are to (i) determine CO2 production and subsoil C mineralization in situ, (ii) investigate the vertical distribution and origin of CO2 in the soil profile using 14CO2 and 13CO2 analyses in the Grinderwald, and to (iii) determine the effect of environmental controls (temperature, oxygen) on subsoil C turnover. We hypothesize that in-situ CO2 production in subsoils is mainly controlled by root distribution and activity and that CO2 produced in deeper soil depth derives to a large part from the mineralization of fresh root derived C inputs. Further, we hypothesize that a large part of the subsoil C is potentially degradable, but is mineralized slower compared with the surface soil due to possible temperature or oxygen limitation.
Atmospheric CO2 concentrations present a repetitive pattern of gradual decline and rapid increase during the last climate cycles, closely related to temperature and sea level change. During the Last Glacial Maximum (LGM; 23-19 kyr BP), when sea level was ca. 120 m below present, the ocean must have stored additionally about 750 Gt carbon. There is consensus that the Southern Ocean represents a key area governing past and present CO2 change. The latter is not only of high scientific but also of socio-economic and political concern since the Southern Ocean provides the potential for an efficient sink of anthropogenic carbon. However, the sensitivity of this carbon sink to climate-change induced reorganizations in wind patterns, ocean circulation, stratification, sea ice extent and biological production remains under debate. Models were not yet able to reproduce the necessary mechanisms involved, potentially due to a lack of the dynamic representation/resolution of atmospheric and oceanic circulation as well as missing carbon cycling. Data on past Southern Ocean hydrography and productivity are mainly from the Atlantic sector, thus do not adequately document conditions in the Pacific sector. This sector is not only the largest part of the Southern Ocean, but it also represents the main drainage area of the marine-based West Antarctic Ice Sheet (WAIS). In the proposed study we aim to generate paleo-data sets with a newly established proxy method from sediment core transects across the Pacific Southern Ocean. This will enhance the baselines for the understanding and modeling of the Southern Ocean's role in carbon cyling, i.e. ocean/atmosphere CO2 exchange and carbon sequestration. It will also allow insight into the response of the WAIS to past warmer than present conditions. Paired isotope measurements (oxygen, silicon) will be made on purified diatoms and radiolarians to describe glacial/interglacial contrasts in physical and nutrient properties at surface and subsurface water depth. This will be used to test (i) the impact of yet unconsidered dust-borne micronutrient deposition on the glacial South Pacific on shifts of primary productivity, Si-uptake rates and carbon export, (ii) the 'silicic-acid leakage' hypothesis (SALH) and (iii) the formation and extent of surface water stratification. Diatom and radiolarian oxygen isotopes will provide information on the timing of surface ocean salinity anomalies resulting from WAIS melt water. Climate model simulations using a complex coupled atmosphere ocean general circulation model (AOGCM) in combination with a sophisticated ocean biogeochemical model including Si-isotopes will be used for comparison with the paleo records. The analysis will cover spatial as well as temporal variability patterns of Southern Ocean hydrography, nutrient cycling and air-sea CO2-exchange. With the help of the climate model we aim to better separate and statistically analyse the individual impacts of ocean circulation and bio
Ziel des Vorhabens ist die Erfassung der Quecksilberbelastung von Waeldern und Baechen 3. Ordnung. Ueber die reine quantitative Erfassung des Quecksilbers hinaus wird geprueft, welche Folgen gleiche Hg-Vorkommen fuer Organismen gleicher trophischer Stufen haben. Da die bisherigen Arbeiten ausserordentliche Unterschiede in der Quecksilberspeicherung dieser Organismen ergeben haben, wird geprueft, welche Faktoren fuer die Speicherung bzw. Ausscheidung von Bedeutung sind. Allgemein konnte teilweise eine ausserordentlich hohe Hg-Belastung in Waldgebieten Norddeutschlands ermittelt werden.