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Bodengefährdung - potentielle Verdichtungsempfindlichkeit unter Ackerbau (Oktober - April)

Verdichtungsempfindlichkeit des Unterboden unter typischen Bedingungen des Ackerbaus im Winter, d.h. im langjährigen Durchschnitt (1975-2005) für den Zeitraum Oktober bis April. Die Klassifikation reicht von sehr geringer bis sehr hoher Verdichtungsempfindlichkeit. Bodenverdichtungen sind bereits seit längerem ein Problem des Bodenschutzes, das durch den Einsatz von immer schwereren Maschinen vor allem in der Landwirtschaft und in der Bauwirtschaft verschärft wird. Diese Karten können als Instrument des vorsorgenden Bodenschutzes z. B. die Frage beantworten, ob ein Erntetransport, der im Juli/August relativ risikolos war, im Oktober bereits ein hohes Risiko für Bodenschadverdichtungen birgt. Um möglichst viele Fragestellungen mit verschiedenem räumlichen Bezug zu bedienen, stehen Karten in sechs verschiedene Maßstabsebenen bereit: 1 : 2.000 für die konkrete Landbewirtschaftung oder Bauausführung vor Ort oder für eine hochaufgelöste Planung 1 : 10.000 für eine parzellenscharfe Planung 1 : 25.000 für Planungen auf Gemeindeebene 1 : 100.000 für Planungen in größeren Regionen 1 : 250.000 für eine landesweit differenzierte Planung 1 : 1000.000 für eine landesweite bis bundesweite Planung Weitere Kartenserien zur potentielle Verdichtungsempfindlichkeit existieren für den Zeitraum Oktober- April sowie für die Grünlandnutzung.

Bodengefährdung - potentielle Verdichtungsempfindlichkeit unter Ackerbau (Mai - September)

In der Kartenserie wird die Verdichtungsempfindlichkeit des Unterboden unter typischen Bedingungen des Ackerbaus im Sommer, d.h. im langjährigen Durchschnitt (1975-2005) für den Zeitraum Mai bis September abgebildet. Die Klassifikation reicht von sehr geringer bis sehr hoher Verdichtungsempfindlichkeit. Bodenverdichtungen sind bereits seit längerem ein Problem des Bodenschutzes, das durch den Einsatz von immer schwereren Maschinen vor allem in der Landwirtschaft und in der Bauwirtschaft verschärft wird. Diese Karten können als Instrument des vorsorgenden Bodenschutzes z. B. die Frage beantworten, ob ein Erntetransport, der im Juli/August relativ risikolos war, im Oktober bereits ein hohes Risiko für Bodenschadverdichtungen birgt. Um möglichst viele Fragestellungen mit verschiedenem räumlichen Bezug zu bedienen, stehen Karten in sechs verschiedene Maßstabsebenen bereit: 1 : 2.000 für die konkrete Landbewirtschaftung oder Bauausführung vor Ort oder für eine hochaufgelöste Planung 1 : 10.000 für eine parzellenscharfe Planung 1 : 25.000 für Planungen auf Gemeindeebene 1 : 100.000 für Planungen in größeren Regionen 1 : 250.000 für eine landesweit differenzierte Planung 1 : 1000.000 für eine landesweite bis bundesweite Planung Weitere Kartenserien zur potentielle Verdichtungsempfindlichkeit existieren für den Zeitraum Oktober- April sowie für die Grünlandnutzung.

Bodengefährdung - potentielle Verdichtungsempfindlichkeit unter Grünland (Oktober - April)

In der Kartenserie wird die Verdichtungsempfindlichkeit des Unterboden unter typischen Bedingungen der Grünlandbewirtschaftung im Winter, d.h. im langjährigen Durchschnitt (1975-2005) für den Zeitraum Oktober bis April abgebildet. Die Klassifikation reicht von sehr geringer bis sehr hoher Verdichtungsempfindlichkeit. Bodenverdichtungen sind bereits seit längerem ein Problem des Bodenschutzes, das durch den Einsatz von immer schwereren Maschinen vor allem in der Landwirtschaft und in der Bauwirtschaft verschärft wird. Diese Karten können als Instrument des vorsorgenden Bodenschutzes z. B. die Frage beantworten, ob ein Erntetransport, der im Juli/August relativ risikolos war, im Oktober bereits ein hohes Risiko für Bodenschadverdichtungen birgt. Um möglichst viele Fragestellungen mit verschiedenem räumlichen Bezug zu bedienen, stehen Karten in sechs verschiedene Maßstabsebenen bereit: 1 : 2.000 für die konkrete Landbewirtschaftung oder Bauausführung vor Ort oder für eine hochaufgelöste Planung 1 : 10.000 für eine parzellenscharfe Planung 1 : 25.000 für Planungen auf Gemeindeebene 1 : 100.000 für Planungen in größeren Regionen 1 : 250.000 für eine landesweit differenzierte Planung 1 : 1000.000 für eine landesweite bis bundesweite Planung Weitere Kartenserien zur potentielle Verdichtungsempfindlichkeit existieren für den Zeitraum Oktober- April sowie für die Grünlandnutzung.

Bodengefährdung - potentielle Verdichtungsempfindlichkeit unter Grünland (Mai - September)

In der Kartenserie wird die Verdichtungsempfindlichkeit des Unterboden unter typischen Bedingungen der Grünlandbewirtschaftung im Sommer, d.h. im langjährigen Durchschnitt (1975-2005) für den Zeitraum Mai bis September abgebildet. Die Klassifikation reicht von sehr geringer bis sehr hoher Verdichtungsempfindlichkeit. Bodenverdichtungen sind bereits seit längerem ein Problem des Bodenschutzes, das durch den Einsatz von immer schwereren Maschinen vor allem in der Landwirtschaft und in der Bauwirtschaft verschärft wird. Diese Karten können als Instrument des vorsorgenden Bodenschutzes z. B. die Frage beantworten, ob ein Erntetransport, der im Juli/August relativ risikolos war, im Oktober bereits ein hohes Risiko für Bodenschadverdichtungen birgt. Um möglichst viele Fragestellungen mit verschiedenem räumlichen Bezug zu bedienen, stehen Karten in sechs verschiedene Maßstabsebenen bereit: 1 : 2.000 für die konkrete Landbewirtschaftung oder Bauausführung vor Ort oder für eine hochaufgelöste Planung 1 : 10.000 für eine parzellenscharfe Planung 1 : 25.000 für Planungen auf Gemeindeebene 1 : 100.000 für Planungen in größeren Regionen 1 : 250.000 für eine landesweit differenzierte Planung 1 : 1000.000 für eine landesweite bis bundesweite Planung Weitere Kartenserien zur potentielle Verdichtungsempfindlichkeit existieren für den Zeitraum Oktober- April sowie für die Grünlandnutzung.

Zusammensetzung und Umsetzung der organischen Substanz in Unterböden unter besonderer Berücksichtigung der Interaktion zwischen Mineralen und organischer Substanz

Das Wissen über die Menge, Zusammensetzung und Umsetzung der organischen Substanz in Böden der gemäßigten Breiten beschränkt sich bis auf wenige Ausnahmen auf die Oberböden (A-Horizonte und Auflagen) Hier finden sich die höchsten Konzentrationen der organischen Substanz. Jüngere Inventurarbeiten haben nun gezeigt, dass auch im Unterboden (B- und Cv-Horizonte) beträchtliche Mengen an organischer Substanz, allerdings in niedrigen Konzentrationen vorliegen. Ziel des geplanten Vorhabens ist es, (1) die Menge der organischen Substanz im Unterboden zu erfassen, (2) ihre Zusammensetzung und Herkunft zu bestimmen und (3) ihre Umsetzbarkeit zu erfassen. Daraus sollen Rückschlüsse auf die Stabilisierungsmechanismen der organischen Substanz im Unterboden gezogen werden. Nach einer Inventur der Bodenprofile an den SPP-Standorten (C-Gehalte, 14C-Alter) erfolgt die Erfassung der Zusammensetzung der organischen Substanz mittels Festkörper-13C-NMR-Spektroskopie. Die Zusammensetzung der Lipid-, Polysaccharid- und Ligninfraktion soll Hinweise auf die Herkunft der stabilisierten organischen Substanz differenziert nach oberirdischen, unterirdischen Pflanzenrückständen und mikrobiellen Resten geben. Abbauversuche unter kontrollierten Bedingungen im Labor und die Erfassung des 14C-Alters des freigesetzten CO2 sollen Aufschluss über die Umsetzbarkeit des 'jungen' und 'alten' C im Unterboden geben. Dabei werden jeweils die Profile über die gesamte Entwicklungstiefe untersucht, um die Ergebnisse der Unterbodenhorizonte in Bezug zu den Oberböden und zu den Ergebnissen anderer AG im SPP zu setzen. Darauf aufbauend können dann in den nächsten Phasen des SPP die Eigenschaften der organischen Substanz im Unterboden und die Regulation der C-Umsetzungen im Unterboden untersucht werden.

Maßnahmen zur Minderung direkt und indirekt klimawirksamer Emissionen, die durch Denitrifikation in landwirtschaftlich genutzten Böden verursacht werden

Das Verbundvorhaben adressiert die Themen der Minderung der Lachgasemission und Verbesserung der Stickstoffeffizienz durch Modellierung, der Bewertung möglicher Minderungsmaßnahmen und der standortdifferenzierenden Bewertung der Denitrifikation. Gasförmige Emissionen aus der Denitrifikation verursachen pflanzenbaulich relevante N-Verluste und verursachen direkte N2O-Emissionen des Pflanzenbaus. Pflanzenbauliche Klimaschutzmaßnahmen im Bereich der Düngung, Bodenbearbeitung, Fruchtfolge sind im Hinblick auf die Rolle der Denitrifikation kaum erforscht. Ein pflanzenbauliches Management welches N-Effizienz optimiert und gleichzeitig N-Emissionen minimiert ist daher bisher nicht verlässlich definiert. Übergeordnetes Ziel des vorliegenden Antrags ist es, pflanzenbaulich praktikable Minderungsmaßnahmen im Hinblick auf N2 und N2O-Emissionen der Denitrifikation für Ackerbausysteme in Deutschland zu identifizieren, indem der Kenntnisstand zu denitrifikativen N-Verlusten durch Feld- und Laborstudien verbessert und zur Parametrisierung, Validierung und Anwendung von Simulationsmodellen eingesetzt wird. Unsere Teilziele sind wie folgt: 1. Regionalisierung der N-Verluste durch Denitrifikation in Deutschland auf Basis vorhandener Modelle 2. Bestimmung der Wirkung von pflanzenbaulichen Klimaschutzmaßnahmen auf N2- und N2O-Verluste 3. Prüfung von Minderungsoptionen auf der Modell-, Labor- und Feldskala unter Berücksichtigung des Oberbodens und des durchwurzelten Unterbodens für verschiedene Böden 4. Weiterentwicklung von Denitrifikationsmodellen, um die Abbildung von Minderungsmaßnahmen zu verbessern anhand vorhandener und neuer Messdaten 5. Prüfung der Minderungsoptionen für Deutschland anhand der verbesserten Modelle unter Berücksichtigung von Ertrag, Wirtschaftlichkeit, Technologiebedarf, N2O-Emission, N-Effizienz, Düngerbedarf, NH3-Emisissionen und Nitratauswaschung.

Micro-scaled hydraulic heterogeneity in subsoils

Nutrient and water supply for organisms in soil is strongly affected by the physical and physico-chemical properties of the microenvironment, i.e. pore space topology (pore size, tortuosity, connectivity) and pore surface properties (surface charge, surface energy). Spatial decoupling of biological processes through the physical (spatial) separation of SOM, microorganisms and extracellular enzyme activity is apparently one of the most important factors leading to the protection and stabilization of soil organic matter (SOM) in subsoils. However, it is largely unknown, if physical constraints can explain the very low turnover rates of organic carbon in subsoils. Hence, the objective of P4 is to combine the information from the physical structure of the soil (local bulk density, macropore structure, aggregation, texture gradients) with surface properties of particles or aggregate surfaces to obtain a comprehensive set of physical important parameters. It is the goal to determine how relevant these physical factors in the subsoil are to enforce the hydraulic heterogeneity of the subsoil flow system during wetting and drying. Our hypothesis is that increasing water repellency enforces the moisture pattern heterogeneity caused already by geometrical factors. Pore space heterogeneity will be assessed by the bulk density patterns via x-ray radiography. Local pattern of soil moisture is evaluated by the difference of X-ray signals of dry and wet soil (project partner H.J. Vogel, UFZ Halle). With the innovative combination of three methods (high resolution X-ray radiography, small scale contact angle mapping, both applied to a flow cell shaped sample with undisturbed soil) it will be determined if the impact of water repellency leads to an increase in the hydraulic flow field heterogeneity of the unsaturated sample, i.e. during infiltration events and the following redistribution phase. An interdisciplinary cooperation within the research program is the important link which is realized by using the same flow cell samples to match the spatial patterns of physical, chemical, and biological factors in undisturbed subsoil. This cooperation with respect to spatial pattern analysis will include the analysis of enzyme activities within and outside of flow paths and the spatial distribution of key soil properties (texture, organic carbon, iron oxide content) evaluated by IR mapping. To study dissolved organic matter (DOM) sorption in soils of varying mineral composition and the selective association of DOM with mineral surfaces in context with recognized flow field pattern, we will conduct a central DOM leaching experiment and the coating of iron oxides which are placed inside the flow cell during percolation with marked DOM solution. Overall objective is to elucidate if spatial separation of degrading organisms and enzymes from the substrates may be interconnected with defined physical features of the soil matrix thus explaining subsoil SOM stability and -dynami

Linking soil architecture formation with changing permafrost regime to carbon turnover in high latitude soils at multiple spatial scales

Most soils develop distinct soil architecture during pedogenesis and soil organic carbon (SOC) is sequestered within a hierarchical system of mineral-organic associations and aggregates. Permafrost soils store large amounts of carbon due to their permanently frozen subsoil and a lack of oxygen in the active layer, but they lack complex soil structure. With permafrost thaw more oxidative conditions and increasing soil temperature presumably enhance the build-up of more complex units of soil architecture and may counterbalance, at least partly, SOC mineralization. We aim to explore the development of mineral-organic associations and aggregates under different permafrost impact with respect to SOC stabilization. This information will be linked to environmental control factors relevant for SOC turnover at the pedon and stand scale to bridge processes occurring at the aggregate scale to larger spatial dimensions. We will combine in situ spectroscopic techniques with fractionation approaches and identify mechanisms relevant for SOC turnover at different scales by multivariate statistics and variogram analyses. From this we expect a deeper knowledge about soil architecture formation in the transition of permafrost soils to terrestrial soils and a scale-spanning mechanistic understanding of SOC cycling in permafrost regions.

Origin and fate of dissolved organic matter in the subsoil

Dissolved organic matter (DOM) is one major source of subsoil organic matter (OM). P5 aims at quantifying the impact of DOM input, transport, and transformation to the OC storage in the subsoil environment. The central hypotheses of this proposal are that in matric soil the increasing 14C age of organic carbon (OC) with soil depth is due to a cascade effect, thus, leading to old OC in young subsoil, whereas within preferential flowpaths sorptive stabilization is weak, and young and bioa-vailable DOM is translocated to the subsoil at high quantities. These hypotheses will be tested by a combination of DOC flux measurements with the comparative analysis of the composition and the turnover of DOM and mineral-associated OM. The work programme utilizes a DOM monitoring at the Grinderwald subsoil observatory, supplemented by defined experiments under field and labora-tory conditions, and laboratory DOM leaching experiments on soils of regional variability. A central aspect of the experiments is the link of a 13C-leaf litter labelling experiment to the 14C age of DOM and OM. With that P5 contributes to the grand goal of the research unit and addresses the general hypotheses that subsoil OM largely consists of displaced and old OM from overlying horizons, the sorption capacity of DOM and the pool size of mineral-associated OM are controlled by interaction with minerals, and that preferential flowpaths represent 'hot spots' of high substrate availability.

Vertical partitioning and sources of CO2 production and effects of temperature, oxygen and root location within the soil profile on C turnover

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.

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