Unter anoxischen Bedingungen wird Arsen (As) in Form von Arsenit vermeintlich vollständig über Schwefel(S)-Gruppen an natürliches organisches Material (NOM) gebunden. Laborexperimente zeigten, dass selbst unter oxischen Bedingungen die Halbwertszeit mehr als 300 Tage betrug, damit sogar größer war als die von Arsenit an Eisen(Fe)(III)-Oxyhydroxiden. Global betrachtet heißt das, dass z.B. Moore, die reich an Organik und Sulfid sind, wichtige quantitative As-Senken sind. Allerdings wurden alle mechanistischen Studien bisher so durchgeführt, dass Arsenit einem zuvor gebildeten S(-II)-NOM zugegeben wurde. In einem System, das As(III), S(-II) und NOM enthält, spielt aber auch die As(III)-S(-II)-Komplexierung in Lösung unter Bildung von Thioarseniten ((H2AsIIIS-IInO3-n)-, n=1-3) und Thioarsenaten ((HAsVS-IInO4-n)2-, n=1-4) eine Rolle. Unsere zentrale Hypothese ist, dass die Kinetik der Thioarsen-Spezies-Bildung in Lösung schneller ist als die Sorption von As(III) und S(-II) an NOM und dass daher Thioarsen-Spezies das Ausmaß und die Kinetik der As-Sorption an Organik bestimmen. Auch die kompetitive Sorption an gleichzeitig auftretenden (meta)stabilen Fe-Mineralen wird vom bekannten Verhalten von Arsenit abweichen. Aufgrund ihrer Instabilität und einem Mangel an reinen Standards, ist über das Sorptionsverhalten von Thioarseniten bislang nichts bekannt. Für Thioarsenate gibt es keine Information zum Bindungsverhalten an NOM, aber es ist bekannt, dass die Sorption an verschiedenen Fe(III)-Mineralen geringer ist als die von Arsenit. Wir postulieren, dass Thioarsenate weniger und langsamer als Arsenit an S(-II)-NOM binden, da kovalente S-Bindungen in Thioarsenaten die Affinität für S(-II)-NOM Komplexierung verringern. An Fe(III)-NOM sollte die Bindung geringer sein in Analogie zur bekannten geringeren Affinität für Fe(III)-Minerale. Wir postulieren weiter, dass die Sulfidierung eine schnellere und größere As-Mobilisierung bewirkt als die zuvor untersuchte Oxidation, da abiotische Oxidation langsam ist, die As-S-Komplexierung in Lösung aber spontan und so As-Bindungen an NOM und Fe-Minerale schwächt. Um unsere Hypothesen zu testen, werden wir Batch-Experimente durchführen mit Mono- and Trithioarsenat-Standards und einem Arsenit-Sulfid Mix (der Thioarsenite enthält) bei pH 5, 7 und 9 an zwei ausgewählten NOMs (Federseemoor Torf und Elliott Soil Huminsäure; jeweils unbehandelt, S(-II)- und Fe(III)-komplexiert). Wir werden Sorptionsaffinität und -kinetik, sowie mittels Röntgenabsorptionsspektroskopie Bindungsmechanismen bestimmen. Die Stabilität der (Thio)arsen-beladenen NOMs wird unter oxidierenden aber auch unter sulfidischen Bedingungen studiert und präferenzielle Bindung in binären Systemen (Kombinationen aus Fe-Oxyhydroxiden, Fe(III)-NOM, S(-II)-NOM und Fe-Sulfiden) untersucht. Ziel ist, As-Bindungsmechanismen in S(-II)-Fe(III)-NOM-Systemen besser zu verstehen, um vorhersagen zu können, unter welchen Bedingungen As Senken zu As Quellen werden können.
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.
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.
Die Forschung im Teilantrag P4 befasst sich mit den Einflüssen von Kulturpflanzen auf Prozesse und Raten der Denitrifikation in landwirtschaftlichen Böden. Diese Effekte konzentrieren sich auf Aktivitäten von Wurzeln, die erheblichen Einfluss auf die Bedingungen für Prozesse, Raten und Organismen der Denitrifikation ausüben. Die Wirkungen der Pflanzen werden systematisch nach vier Gruppen analysiert: Rhizodeposition, Stickstoffaufnahme durch Wurzeln, Wasseraufnahme und Wirkungen residualer Biomasse im Nach-Erntezeitraum. Da diese Wirkungen z.T. massive Verschiebungen in der Verfügbarkeit und im Verhältnis der Substrate verursachen, wird in die Stöchiometrie der Denitrifkationsprozesse eingegriffen, was u.a. zu Veränderungen im Verhältnis von N2O zu N2-Emissionen führt. Dies hat große Umweltrelevanz. In systematisch angelegten Mesokosmen-Versuchen mit Pflanzen sollen die genannten Wirkgruppen isoliert betrachtet werden. Neben der klassischen Online- und manuellen Spurengasanalytik werden 15N- und 13C-Markierungs- und Isotopomeransätze verwendet, um Gasflussraten und Produktstöchiometrie quantitativ zu erfassen und Pflanzenprozessen zuzuordnen. Angestrebt wird auch, die aus Isotopomeranalysen abgeleiteten Erkenntnisse zu verantwortlichen Organismen in Zusammenarbeit mit P2 zu verifizieren. Die Studien fließen in die Prozessparametrisierung der verschiedenen Modellebenen ein.
Gasaustausch findet in der Atmosphäre primär durch turbulenten und laminaren Fluss statt. Im Boden dagegen spielt advektiver Gastransport eine untergeordnete Rolle, stattdessen dominiert Diffusion die Transportprozesse. Trotz der Unterschiedlichkeit und scheinbaren Unabhängigkeit dieser Prozesse wurde während Freilanduntersuchungen ein Anstieg von Gastransportraten im Boden um mehrere 10 % während Phasen starken Windes beobachtet. Dieser Anstieg ist auf wind-induzierte Druckfluktuationen zurückzuführen, die sich in das luftgefüllte Porensystem des Bodens fortpflanzen und zu einem minimal oszillierenden Luftmassenfluss führen (Pressure-pumping Effekt). Durch den oszillierenden Charakter des Luftmassenflusses ist der direkte Beitrag zum Gastransport sehr gering. Die damit einhergehende Dispersion führt jedoch zu einem Anstieg der effektiven Gastransportrate entgegen des Konzentrationsgradienten. Wird der Pressure-pumping (PP) Effekt bei der Bestimmung von Gasflüssen mit der Gradienten- und Kammermethode nicht berücksichtigt, kann dies zu großen Unsicherheiten in der Bestimmung von Bodengasflüssen führen. Insbesondere für das langfristige Monitoring von treibhausrelevanten Gasflüssen stellen diese Unsicherheiten ein zentrales Problem dar. Wir stellen vier Hypothesen auf:(H1) Der PP-Effekt ist abhängig von Bodeneigenschaften.(H2) Die Ausprägung von Luftdruckfluktuationen ist abhängig von der Rauigkeit verschiedener Landnutzungen (Wald, Grasland, landwirtschaftliche Kulturen, Stadt)(H3) Kammermessungen werden durch Luftdruckfluktuationen beeinflusst.(H4) Der Austausch und Umsatz von Methan in Böden von Mittelgebirgswäldern wird durch den PP-Effekt verstärkt. Die Hypothesen 1, 3 und 4 werden mittels Laboruntersuchungen von Proben verschiedener Böden und Bodenfeuchtebedingungen überprüft. Die Hypothese 2 wird durch Freilandmessungen an verschiedenen Standorten überprüft. Ziele des Vorhabens sind: (Z1) Modelle zu entwickeln, die die Quantifizierung des Einflusses der Bodenstruktur auf den PP-Effekt ermöglichen, (Z2) den Effekt der Oberflächenrauigkeit auf Luftdruckschwankungen zu quantifizieren, (Z3) Schwellenwerte zu definieren, die die Bestimmung von Standorten mit ausgeprägtem PP-Effekt ermöglichen, (Z4) Faktoren für die Berücksichtigung des PP-Effekts für Kammermessungen zu entwickeln, (Z5) Faktoren für die Berücksichtigung des PP-Effekts für die Gradienten Methode zu entwickeln, (Z6) den Einfluss des PP-Effekts auf die Methanaufnahme von Böden in Mittelgebirgswäldern zu bestimmen. Ein besseres Verständnis des bisher nur unzureichend untersuchten PP-Effekts wird wesentlich dazu beitragen, die Verlässlichkeit und Präzision von Messungen von Bodengasflüssen zu steigern, die die Grundlage für weitergehende Forschung darstellen.
Landesrecht Bundesrecht Europarecht Internationales Recht Berliner Gesetz zur Ausführung des Bundes-Bodenschutzgesetzes (Berliner Bodenschutzgesetz – Bln BodSchG) Verordnung über Sachverständige und Untersuchungsstellen im Sinne von § 18 des Bundes-Bodenschutzgesetzes (Bln BodSUV) Gesetz zum Schutz vor schädlichen Bodenveränderungen und zur Sanierung von Altlasten (Bundes-Bodenschutzgesetz – BBodSchG) Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV) Auf europäischer Ebene gibt es einige nennenswerte Rechtsinstrumente, die den Boden indirekt schützen und auch im Land Berlin zur Rechtsanwendung kommen. EU-Verordnung 2024/1991 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 24. Juni 2024 über die Wiederherstellung der Natur und zur Änderung der Verordnung (EU) 2022/869 Die EU-Verordnung zur Wiederherstellung der Natur zielt in Bezug auf den Bodenschutz darauf ab, dass die EU-Mitgliedstaaten dafür Sorge zu tragen haben, dass in sogenannten städtischen Ökosystemgebieten gem. Art. 6 Abs. 1 der EU-Verordnung bis Ende 2030 kein Nettoverlust an der nationalen Gesamtfläche städtischer Grünflächen gegenüber dem Referenzjahr 2021 zu verzeichnen ist. Ferner stellen die EU-Mitgliedstaaten gem. Art. 6 Abs. 2 Satz 1 der EU-Verordnung sicher, dass die nationale Gesamtfläche städtischer Grünflächen in Städten sowie kleineren Städten und Vororten bis 2040 um mindestens 3 % und bis 2050 um mindestens 5 % gegenüber 2021 vergrößert wird. Bei der Vorschrift handelt sich damit um ein Instrument, dem Flächenverbrauch von unversiegelten Stadtböden entgegenzuwirken und Entsiegelungsmaßnahmen durchzuführen. EU-Verordnung 2023/839 des Europäischen Parlamentes und des Rates vom 19. April 2023 (LULUCF-Verordnung) Seit Mai 2023 ist die überarbeitete LULUCF-Verordnung in Kraft. Der Schutz und die Regeneration von Wäldern, Mooren sowie anderen natürlichen Ökosystemen sind unerlässlich auf dem Weg zur Erreichung der Treibhausgasneutralität bis 2050. Die Überarbeitung der EU-Verordnung für Landnutzung, Landnutzungsänderung und Forstwirtschaft (LULUCF) zielte darauf ab, bestimmte Landnutzungen als natürliche Kohlenstoffsenken in die EU-Klimaziele einzubeziehen. Der Entwurf einer Bodenschutzrahmenrichtlinie durch die EU-Kommission aus dem Jahr 2023 Die EU-Kommission hat im Juni 2023 einen Legislativvorschlag für ein sogenanntes Bodenüberwachungsgesetz veröffentlicht. Das EU-Parlament hat sich mit diesem Entwurf in 1. Lesung am 10. April 2024 mit Änderungen befasst. Der Rat der EU hat am 17. Juni 2024 in seiner Allgemeine Ausrichtung ebenfalls Änderungen an dem ursprünglichen Entwurf der EU-Kommission beschlossen. Das sich anschließende Trilog-Verfahren zwischen dem EU-Parlament, dem Rat der EU und der EU-Kommission wurde am 10. April 2025 mit einer Presseerklärung erfolgreich abgeschlossen. Der Rat der EU und das EU-Parlament haben eine vorläufige Einigung über eine Richtlinie zur Schaffung eines Rahmens für die Bodenüberwachung erzielt. Die vorläufige Einigung muss nun vom Rat und vom Parlament gebilligt werden. Nach Überarbeitung durch die Rechts- und Sprachsachverständigen wird sie dann von beiden EU-Organen förmlich angenommen. Am 04. Juni 2025 hat bereits der Umweltausschuss des EU-Parlamentes dem Ergebnis der Trilogverhandlungen zugestimmt. Der gesunde Zustand der weltweiten Böden ist ein entscheidender Faktor für die Klimaresilienz, Klimaneutralität und Biodiversität. Das Internationalen Recht weist bisher nur ein Abkommen auf, welches den Boden unmittelbar als Schutzgut zum Regelungsgegenstand hat: das im Jahr 1994 beschlossene und im Jahr 1996 in Kraft getretene Übereinkommen der Vereinten Nationen zur Bekämpfung der Desertifikation. Auf der Vertragsstaatenkonferenz der UNCCD (COP15) im Mai 2022 in Abidjan (Côte d’Ivoire) haben die Vertragsstaaten bekräftigt, dass sie den Schutz und die Wiederherstellung von Böden bis zum Jahr 2030 weltweit verstärken wollen. Mit der Agenda 2030 für Nachhaltige Entwicklung , die im Jahr 2015 auf einem UN-Gipfel in New York zwischen den Staats- und Regierungschefs vereinbart wurde, ist der Bodenschutz als globale Herausforderung explizit in Erscheinung getreten. Das 15. Nachhaltigkeitsziel der Agenda 2030 beschreibt den Bodenschutz als globale Aufgabe (u. a. den Schutz und die Wiederherstellung der Landökosysteme, die nachhaltige Bewirtschaftung der Wälder, die Beendigung der Bodendegradation sowie die Wahrung der biologischen Vielfalt). Die EU und ihre Mitgliedstaaten als Vertragsparteien des mit dem Beschluss 93/626/EWG des Rates geschlossenen Übereinkommens über die biologische Vielfalt von Rio de Janeiro aus dem Jahr 1992 haben auf der 15. Konferenz der Vertragsparteien im Jahr 2022 einer neuen globalen Vereinbarung zum Schutz der Natur zugestimmt: dem „ Globalen Biodiversitätsrahmen von Kunming-Montreal“ . Darin sind einige globale Ziele für 2030 umfasst, die für die Bodengesundheit von Bedeutung sind. Beispielsweise sollen bis zum Jahr 2030 mindestens 30 Prozent der weltweit geschädigten Ökosysteme an Land renaturiert werden. Dabei wurden gemeinsame Indikatoren entwickelt, sodass sich jeder Vertragsstaat dazu verpflichtet hat, in seiner nationalen Biodiversitätsstrategie darzustellen, wie er konkret zur Erreichung der festgelegten Ziele beiträgt.
Plant uptake of phosphate (P) in complex forest ecosystems relies to a great extent on microbial mineralization of P from organic and inorganic sources but the relative contributions of the microbial communities to P cycling and allocation in forest soils is not yet very well understood. Within this project we will focus on two interactions that could elucidate key processes of microbial P dynamics in forest sites. We want to clarify the importance of both fungal-fungal and bacterial-fungal interactions for P dynamics in forest soils that are transitioning from P acquiring (efficient mobilization of P from primary and secondary minerals) into P recycling systems (highly efficient cycling of P). We want to reveal furthermore the relative contributions of saprotrophic and ectomycorrhizal fungi to P cycling and allocation. Following a hierarchical approach we want to investigate: (I) the fungal-fungal interaction between saprotrophic and ectomycorrhizal fungi at the plot scale by a systematical exclusion of ectomycorrhizal fungi in the field; (II) elucidate the P dynamics in the mycosphere at the small scale (mm to cm scale) by the use of trenching experiments. (III) investigate the regulation of bacterial as well as fungal P cycling in a microcosm experiment and evaluate the particular microbial uptake, allocation and cycling of P in the mycosphere by the use of several chemical and microbiological approaches. The trenching experiments will be performed on the study sites: Bad Brückenau, Conventwald, Vessertal, Mitterfels and Lüss in close proximity to beech trees (Fagus sylvatica L.). The microcosm experiment will be performed under controlled conditions in the lab.
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.
Schwefel (S) ist ein essentielles Nährelement für Mikroorganismen und Pflanzen. Eine ausreichende S-Versorgung ist daher entscheidend für die Erhaltung von Ökosystemfunktionen und -produktivität. Ziel dieses Projekts ist es, zu testen, ob die Kombination aus Ökosystem (Grünland vs. Wald) und Landnutzungsintensität (d.h. Einträge und Export von S) mit unterschiedlichen Mechanismen des S-Recyclings in Böden gekoppelt ist, wodurch letztlich der Artenreichtum und die Artenzusammensetzung an den jeweiligen Standorten der Biodiversitäts-Exploratorien beeinflusst wird. Im Speziellen nehmen wir an, dass (i) die S-Vorräte und die S-Verfügbarkeit für jedes Ökosystem durch die Landnutzungsintensität und die S-Speicherkapazität innerhalb des Bodenprofils bestimmt werden; dass (ii) Ökosysteme mit geringer Landnutzungsintensität durch ein intensiveres S-Recycling und damit auch eine höhere S-Nutzungseffizienz im Vergleich zu Standorten mit intensiver Bewirtschaftung gekennzeichnet sind; und dass (iii) eine Abnahme der Landnutzungsintensität in Grünlandböden zu einem effizienteren S-Recycling führen wird. Da für die Biodiversitäts-Exploratorien bisher nur wenige Daten zu Schwefel erhoben wurden, werden in diesem Projekt zunächst die aktuellen S-Vorräte und die S-Verfügbarkeit im Bodenprofil entlang der Landnutzungsgradienten bestimmt. Anschließend werden wir das mikrobielle S-Recycling und die Enzymaktivität sowie Isotopenverhältnisse (delta 34S und delta 18O-SO4) analysieren, um standortspezifische Unterschiede in der S-Nutzungseffizienz und dem S-Recycling zu identifizieren. Über die Dauer des Projekts werden wir weiterhin beobachten, wie sich diese Indikatoren für S-Verfügbarkeit und S-Recycling nach einer Landnutzungsänderung in Grünland verändern. In Zusammenarbeit mit anderen Partnern aus diesem Schwerpunktprogramm wird das Projekt somit zu einem besseren Verständnis beitragen, welche Faktoren die Biodiverisität an den Standorten der Exploratorien beeinflussen.
Hydrologische Fließwege bilden die kritische Verbindung zwischen der Quelle der P Mobilisierung und des P Exports zu den Flüssen. Die Prozesse der P Mobilisierung auf der Standortskale ist vergleichsweise gut verstanden, jedoch ist die Kenntnis des P Transportes in Hängen und Einzugsgebieten durch die Komplexität der Transport-Skalen und Fließprozesse begrenzt. In Hängen können große P Flüsse zum dynamischen P Export beitragen, da P oft in schnellen Fließwegen transportiert wird, insbesondere in bewaldeten Systemen wo präferentielle Fließwege häufig auftreten. Ein adäquates Prozesswissen der Hanghydrologischen Dynamik ist daher wichtig um die P Transport Dynamik zu beurteilen und vorherzusagen. Jedoch wurden bisher solche Studien fast ausschließlich in Einzugsgebieten mit landwirtschaftlicher Nutzung durchgeführt. In dieser experimentellen und modellierungs-basierten Studie über hanghydrologische Prozesse und Phosphortransport werden wir die Auswirkungen der Abflussprozesse auf den P-Transport in bewaldeten Hängen entlang des grundlegenden Hypothesen des SPP untersuchen. Wir werden die Auswirkungen unterschiedlicher Fließwege und Verweilzeiten auf den P Transport und den damit verbundenen hydrologischen Bedingungen untersuchen. Die Hypothese wird getestet, dass die P-Signaturen im Abfluss im Zusammenhang stehen mit den bodenökologischen P-Gradienten und dass die P-Signaturen durch die Verweilzeiten des Wassers im Hang bestimmt werden, die insbesondere durch präferentielle Fließwege bei Niederschlagsereignissen dominiert werden. Diese Hypothesen werden an den vier SPP Standorte im Gebirge mit einem innovativen, kontinuierliche Monitoring-System für unterirdische Hangabflüsse und P-Transport bei hoher zeitlicher Auflösung untersucht. Event-basierte und kontinuierliche Probenahmen für die verschiedenen P Spezies, stabile Wasserisotope und andere geogene Tracer in Niederschlag, Abfluss und Grundwasser werden es uns ermöglichen, Verweilzeiten von Wasser mit den P Flüsse und P Transportprozessen zu verknüpften. Schließlich werden wir ein prozessorientierten hydrologischen Hang-Modell weiterentwickeln um die verschiedenen Fließ-und Transportwege zu simulieren, um die Dynamik von Abfluss und P Transport zwischen der Hang- und Einzugsgebietsskala zu verknüpfen. Die Modellierung wird sich darauf fokussieren die Altersverteilung von Wasser und die bevorzugte Fließwege die durch 'hot spots' bei der Infiltration und P Mobilisierung entstehen in bewaldeten Hängen adäquat darzustellen.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 141 |
| Land | 19 |
| Type | Count |
|---|---|
| Ereignis | 1 |
| Förderprogramm | 134 |
| Gesetzestext | 1 |
| Text | 15 |
| unbekannt | 8 |
| License | Count |
|---|---|
| geschlossen | 10 |
| offen | 148 |
| unbekannt | 1 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 97 |
| Englisch | 85 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Datei | 1 |
| Dokument | 14 |
| Keine | 99 |
| Unbekannt | 1 |
| Webseite | 56 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 159 |
| Lebewesen und Lebensräume | 159 |
| Luft | 107 |
| Mensch und Umwelt | 158 |
| Wasser | 109 |
| Weitere | 158 |