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Mathematische Modellierung der biogeochemischen Prozesse im Wattenmeersediment

In diesem Vorhaben soll ein mathematisches Modell entwickelt werden, das die wichtigsten interagierenden Prozesse nachbildet. Dabei handelt es sich um die konkurrierenden Prozesse der Detritusdegradierung in den verschiedenen Schichten des Sedimentes mit unterschiedlichen Oxidationspotentialen, um die abiotischen und mikrobiologisch ablaufenden Redoxprozesse, um die physikalischen und biologisch induzierten Transportprozesse und um das microbial foodweb . Die Kreisläufe der Elemente C, 0, N, P, Si, S, Fe und Mn sollen mit ihren Massenbilanzen dargestellt werden. Das Modell besteht aus einer Reihe von partiellen Differentialgleichungen (Diffusions-Reaktionsgleichungen) für die Konzentrationen der beteiligten Stoffkomponenten. Dabei werden wir uns auf die vertikale Dimension (bis 30 cm) beschränken. Als Antrieb werden Annahmen über die zeitlich veränderlichen Oberflächenrandbedingungen (Konzentrationen im überstehenden Wasser, Eintrag durch Sedimentation usw.) benutzt. Die Arbeit synthetisiert frühere und gegenwärtig laufende Forschungsaktivitäten zu einem Gesamtbild. Es ist zu erwarten, dass dabei durchaus erhebliche Fortschritte im Verständnis auch der Einzelprozess erreicht werden, weil der Zwang zur konzeptionellen Klarheit in einem mathematischen Modell Wissenslücken und Konsistenzprobleme aufdeckt. Ein wesentliches Nebenprodukt wird die Erarbeitung einer Modellversion herausragend gut verständlicher graphischer Darstellung der Ergebnisse und einfachster Bedienung sein.

Stickstoffdynamik eines Gruenlandstandortes mit Abwasserverrieselung

Internationale Versuchsreihe zur Erforschung der Bodenfruchtbarkeit

Erstmalig wird im Rahmen einer internationalen Arbeitsgemeinschaft fuer Bodenfruchtbarkeit der Internationalen Bodenkundlichen Gesellschaft eine vergleichende Versuchsreihe mit einer Fruchtfolge sowie mit Kombination von organischer Duengung und mineralischer Duengung bei Abstufung der Stickstoffduengung in 6 Stufen durchgefuehrt. Parallel laufen Bodenuntersuchungen sowie Pflanzenuntersuchungen und die Erfassung der Witterungsdaten. Besondere Arbeitsgruppen befassen sich mit: dem Stickstoffhaushalt im Boden, den Ertragsanalysen einschliesslich Entwicklungsphysiologie, der Qualitaetsuntersuchung sowie der biometrischen Auswertung. Zur Zeit sind 23 Standorte in 9 Laendern Europas beteiligt.

Erhoehung der Primaerproduktion im Negev-Hochland (Israel) durch Nutzung des Oberflaechenabflusses in bepflanzten Hang-Minicatchments

Messungen des Oberflaechenabflusses in verschiedenen hydrologischen Plots an Kalksteinhaengen. Bestimmung der oberirdischen Phytomassenproduktion der natuerlichen Vegetationsdecke an hang-Transekten im Vergleich zur oberirdischen Produktion gepflanzter Baeume in den Hang-Minicatchments. Ebenfalls Erfassung der Wurzelmassen und Vergleich mit Wurzelmassenproduktion in Minicatchments. Bilanzierung des Stickstoffhaushalts an naturbelassenen Haengen im Vergleich zu Minicatchments. Untersuchungen des Bodenwasserhaushalts natuerlicher Hanglagen im Vergleich zu Minicatchments und Hanglagen unterhalb der Minicatchments. Rolle der Tiere in diesen Hang-Oekosystemen. Entwicklung einer Technologie zur Selbsthilfe in Entwicklungslaendern aehnlicher morphologisch-geologisch-bodenkundlich strukturierter Gebiete.

Stimulation des mikrobiellen Stickstoffkreislaufs in aquatischen Sedimenten durch bioturbierende Makroinvertebraten

Bioturbierende Makroinvertebraten können den mikrobiellen Stickstoffkreislauf in aquatischen Sedimenten vermutlich erheblich stimulieren. Vor dem Hintergrund der hohen Belastung limnischer und brackiger Ökosysteme mit Nitrat und Ammonium kommt diesem Phänomen eine überaus wichtige ökosystemare Funktion als Senke für anorganische Stickstoffverbindungen zu. Der eigentliche Ort der stimulierten mikrobiellen Stoffumsetzungen, das Ökosystemkompartiment 'Wohnröhre' (gemeinsames Habitat von Makroinvertebraten und Mikroorganismen) ist in bisherigen Studien fast immer ausgeklammert worden, so dass keine Details über das quantitative Ausmaß der dort stattfindenden Prozesse bekannt sind. Daher soll die mikrobielle Lebensgemeinschaft der Wohnröhren bioturbierender Makroinvertebraten erstmals mit moderner Methodik auf (1) struktureller Ebene (Fluoreszuenzin-situ-Hybridisierung und Mikroautoradiografie) und (2) funktioneller Ebene (Mikrosensorentechnik) in Labor- und Freilandexperimenten untersucht werden.

Stickstoff-Flächenbilanzsalden aus der Landwirtschaft auf Gemeindeebene – Basis-Emissionsmonitoring 2023

Stickstoff-Flächenbilanzsalden (N-Bilanzen) sind ein Instrument, um die Stickstoffemissionen (Stickstoffüberschüsse) aus der Landwirtschaft zu quantifizieren. Sie sind ein Indikator für die Effizienz des Stickstoffeinsatzes landwirtschaftlicher Betriebe. Zur Berechnung der N-Bilanzen wird die N-Zufuhr auf die landwirtschaftlich genutzte Fläche der N-Abfuhr über die Ernte gegenübergestellt: N-Zufuhr – N-Abfuhr = N-Flächenbilanzsaldo Das Ergebnis sind Stickstoff-Flächenbilanzsalden auf Gemeindeebene, sie werden in kg N pro Hektar und Jahr bezogen auf die landwirtschaftlich genutzte Fläche ausgegeben. Da sämtliche Daten nach dem Betriebssitzprinzip erhoben wurden, liegen für die gemeindefreien Gebiete keine N-Bilanzen vor. Die hier dargestellten N-Flächenbilanzsalden beziehen sich auf das Kalenderjahr 2023. Sie sind eine wichtige Grundlage zur Berechnung der potenziellen Nitratkonzentration im Sickerwasser. Die potenzielle Nitratkonzentration dient der Abschätzung der Sickerwassergüte an der Untergrenze des Wurzelraumes in ca. 2 m Tiefe. Detaillierte Methodenbeschreibung siehe: Erläuterung_Basisemissionsmonitoring_LBEG_2023.pdf

Stickstoff-Flächenbilanzsaldo aus der Landwirtschaft auf Gemeindeebene (2019)

Stickstoffbilanzen (N-Bilanzen) sind ein wichtiges Instrument, um die Stickstoffemissionen (Stickstoffüberschüsse) aus der Landwirtschaft zu quantifizieren. Zur Berechnung des N-Flächenbilanzsaldos wird der N-Zufuhr (auf die landwirtschaftlich genutzte Fläche) die N-Abfuhr gegenübergestellt: N-Zufuhr – N-Abfuhr = N-Saldo Im Rahmen des landesweiten Basis-Emissionsmonitorings wird ein N-Flächenbilanz-Modell verwendet, welches am Johann Heinrich von Thünen-Institut entwickelt und an die regionalen Bedingungen in Niedersachsen angepasst wurde. Das Ergebnis sind auf Basis der Agrarstatistik berechnete Stickstoff-Flächenbilanzen auf Gemeindeebene, die mit jedem Erscheinen der Landwirtschaftszählung bzw. Agrarstrukturerhebung neu berechnet werden können (alle 3 bis 4 Jahre). Der berechnete N-Flächenbilanzsaldo wird in [kg N/ha*a] bezogen auf die landwirtschaftlich genutzte Fläche (ohne Stilllegungsflächen) ausgegeben. Die dargestellten N-Flächenbilanzsalden2016 sind eine wichtige Grundlage zur Berechnung der potenziellen Nitratkonzentration im Sickerwasser. Die potenzielle Nitratkonzentration dient der Abschätzung der Sickerwassergüte an der Untergrenze des Wurzelraumes. Zu beachten ist, dass die in die N-Flächenbilanzsalden eingeflossenen Daten der Agrarstatistik zu Tierzahlen und Flächennutzung nach dem Betriebssitzprinzip erhoben wurden und somit räumliche Verschiebungen möglich sind. Detaillierte Methodenbeschreibung siehe: Methodik_Basis_Emissionsmonitoring_LBEG.pdf

Wechselwirkungen zwischen der Douglasie (Pseudotsuga menziesii) und dem Nährstoffhaushalt des Standorts

Aufgrund des Klimawandels gestaltet sich die Wahl der geeigneten Baumartenmischung auf einigen Standorten zunehmend schwierig. Durch ihre hohe Trockenheitstoleranz sowie der Möglichkeit einer erfolgreichen Mischung mit Buche eignet sich die Douglasie in Deutschland potentiell als Baumart im sich ändernden Klima. Die Standortsansprüche der Douglasie wurden in der Vergangenheit häufiger untersucht, es bestehen aber nach wie vor Defizite in der differenzierten Beurteilung speziell der Nährstoffansprüche dieser Baumart. Vor allem der Phosphorbedarf der Douglasie ist hoch, was standortsabhängig zu Mangelzuständen führen kann. Über die Auswirkungen des Douglasienanbaus auf den Standort bzw. den Nährstoffhaushalt gibt es widersprüchliche Forschungsergebnisse. Verschiedene Arbeiten liefern Hinweise auf einen deutlich veränderten Stickstoffhaushalt in Douglasienbeständen. Dies kann langfristige Auswirkungen auf die Vitalität, Nährstoffgleichgewichte, den Stickstoffaustrag ins Grundwasser, auf die Mykorrhizen-Gemeinschaft, sowie auf Treibhausgasemissionen haben. Gesamtziel des Projektes ist es, Aufschluss sowohl über die Auswirkungen des Standortes auf die Vitalität der Douglasie, als auch die Auswirkungen des Douglasienanbaus auf den Standort zu erlangen. Im Mittelpunkt des Projektes steht der Nährstoffhaushalt, der eine wichtige Rolle für die Vitalität und Stabilität von Wäldern spielt. Durch verbessertes Wissen über die Nährstoffansprüche der Douglasie und die Risikofaktoren einer Veränderung des Standorts durch die Douglasie kann der Anbau auf eine bessere ökologische Grundlage gestellt und standortsspezifische Entscheidungsgrundlagen bereit gestellt werden.

Differenziertes Feldfuttermanagement - Systemvergleich auf Fruchtfolgeebene

Der überjährige Anbau von feinsamigen Leguminosen wie Luzerne und Rotklee ist eine der wichtigsten Säule im ökologischen Landbau in Bezug auf die Stickstoffversorgung und den Erhalt der Bodenfruchtbarkeit. Dies gilt sowohl für viehhaltenden als auch für viehlosen Betriebe. Bleibt der Anbau der Leguminosen oder -gemenge aus, lässt sich in Konsequenz häufig eine Abnahme in der Leistungsfähigkeit der Böden beobachten. Der Ansaatzeitpunkt, die Artenzusammensetzungen und der Umbruchtermin der Bestände sind dabei zentrale Stellschrauben für die erfolgreiche Etablierung der Bestände sowie für die potentiell positiven Auswirkungen für die nachfolgenden Kulturen. Ein Konsortium aus einem ökologisch und einem konventionell wirtschaftenden Betrieb sowie aus einer interdisziplinären Gruppe aus den Agrarwissenschaften haben sich daher zum Ziel gesetzt, die agronomische Optimierung und ökonomische Tragweite verschiedener Verfahren der Luzerneetablierung, der Bestandszusammensetzung incl. der möglichen Vorteile einer Integration von Spitzwegerich für den Futterwert und den betrieblichen Stickstoffhaushalt zu untersuchen. Neben der Bewertung der Futterqualität wird zusätzlich die Ermittlung von Ertrag und Bestandszusammensetzung mittels fernerkundlicher State-of the-Art Methoden für die praktische Umsetzungen auf betrieblicher Ebene erprobt.

Untersuchungen ueber den Einfluss von Standort, Witterung und Bewirtschaftungsmassnahmen auf den Stickstoffhaushalt von Obstanlagen

Der Stickstoff-(N)-Haushalt weist in Obstanlagen grosse Unterschiede auf je nach Art der Standortsverhaeltnisse, der Witterung und der Bewirtschaftungsmassnahmen. Diese Unterschiede an Beispielen zu erfassen und auszuwerten als Grundlage fuer die Bemessung einer den Forderungen nach hohen Ertraegen, hoher Qualitaet und verminderter Gewaesserkontamination Rechnung tragenden Duengungspraxis, ist das Ziel des Vorhabens. Dazu werden in langfristigen Untersuchungen auf verschiedenen Standorten bei unterschiedlicher Bodenpflege und Duengung N-Vorrate, N-Nachlieferungsraten und N-Gehalte des Draenwassers ermittelt. Das Schwergewicht liegt dabei auf der Ermittlung der N-Nachlieferung durch den Brutversuch. Die Untersuchungen werden ergaenzt durch Bestimmungen des N-Gehaltes der Obstbaumblaetter und des Grasunterwuchses.

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