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Possible effects of transgenic plants on soil organisms

Soil is the first component of the environment that can be effected by GM plants, because they do not only consume the nutritive substances from the soil, but also release there different compounds during a growing period, and leave in the soil their remains. If the plants are modified to increase their resistance to plant pathogens, particularly bacteria, they can also affect the other microorganisms important for plant development. Also there are no considerable data about possible effect of GM plants on soil organic matter and chemical processes in soil. For the experiment it is planned to use transgenic potato plants (Solanum tuberosum L. cv. Desiree) expressing a chimerical gene for T4 lysozyme for protection against bacterial infections; - obtaining and short-term growing of GM plants in laboratory conditions; - extraction and collection of root exudates and microbial metabolites from rhizosphere; - analysis of these exudates by Pyrolysis-Field Ionisation Mass Spectrometry (Py-FIMS) in comparison with the exudates of wild-type plants and transgenic controls not harbouring the lysozyme gene, and with dissolved organic matter from non-cropped soil; - creation of 'fingerprints' for each new transgenic line in combination with certain soil on the basis of marker signals. Expected impacts: - New highly cost-effective express testing system for the risk assessment of genetically modified plants at the earliest stages of their introduction; - The conclusion about safety/danger of GM plants for the soil ecosystems; - Model for prediction of possible risk caused by GM plants.

Anbau heimischer Wildpflanzen als Nutzpflanzen in semi-ariden Gebieten

Es gibt in der suedlichen Kalahari eine Reihe von Wildpflanzen, die von Einheimischen zur Ernaehrung von Tier und Mensch genutzt werden. Ueber den gezielten und kontrollierten Anbau und die damit moegliche Ertragssteigerung durch flankierende Massnahmen ist bisher nichts bekannt. Auf der Farm Avontuur 120 km nordoestlich von Kuruman soll der Anbau von Tylosema esculentum und Vigna lobatifolia erprobt werden. In den letzten Jahren hat der Farmer eine spezielle Technik zur Speicherung von Bodenwasser entwickelt, dessen Eignung fuer den Anbau dieser Pflanzen geprueft werden soll. Tylosema esculentum ist eine ausdauernde Leguminose, deren Samen genutzt werden. Vigna lobatifolia ist eine einjaehrige Leguminose, deren Wurzelknollen gemessen werden.

Wiederansiedlung von Ackerbegleitflora (Rote-Liste-Arten)

Ziel: Wiederansiedlung verschollener Ackerbegleitflora. Hypothese: Naehrstoffauslagerung und verringerte Saatdichte der Kulturpflanzen ist die Voraussetzung fuer die Existenz vieler Ackerbegleitkraeuter. Initialeinsaat vorher vermehrter Ackerbegleitflora soll sich unter oben angegebenen Voraussetzungen ueber Samenbildung erhalten. Arbeitshypothese nur teilweise bestaetigt, da zu viel Samen mit Maehdruschernte als Potential verloren gehen.

Regionale Wildpflanzen für artenreiches Grünland, Umsetzung in Schleswig-Holstein

Wissenschaftliche Untersuchungen in Bannwäldern

Ziel der Bannwaldforschung ist die langfristige Beobachtung der Entwicklung des Waldbestandes und seiner Fauna und Flora. Zur Dokumentation dient die Anlage eines systematischen Stichprobenrasters in den einzelnen Bannwäldern, das vermessen und dauerhaft vermarkt wird. An den Rasterpunkten erfolgen terrestrische Aufnahmen der Waldstrukturen und der Vegetation. Auch faunistische Untersuchungen können hier eingehängt und mit Strukturdaten korreliert werden. Die Einzeldaten werden ausgewertet und zu Zeitreihen der Bestandesentwicklung zusammengefasst.

Demonstrationsbetriebe Integrierter Pflanzenbau, Demonstrationsbetriebe Integrierter Pflanzenbau, Modellregion Sachsen-Anhalt

Das MuD soll sich nach Möglichkeit auf drei Modellregionen Sachsen-Anhalts (Querfurter Platte, Köthener Ackerland, Südöstliche Altmark) konzentrieren, die durch die Verhältnisse des Mitteldeutschen Trockengebietes geprägt werden und somit durch den Klimawandel vor besonderen Herausforderungen stehen. Die Modellregionen repräsentieren darüber hinaus unterschiedliche Ackerbauregionen Sachsen-Anhalts (Schwarzerdegebiet, Übergangslagen, sandiges Ackerbaugebiet). Insgesamt sollen in den Demonstrationsbetrieben handlungsfeldübergreifende wie auch spezielle, handlungsfeldbezogene Zielstellungen umgesetzt werden: - Demonstration von Maßnahmen zur Klimaanpassung im Ackerbau - Reduzierung des Pflanzenschutzmitteleinsatzes - Stärkung des Integrierten Pflanzenschutzes - Reduzierung unerwünschter Umweltwirkungen - Erhöhung der Biodiversität in der Agrarlandschaft - Erhöhung der Kulturpflanzenvielfalt - Verbreitung von praktikablen neuen Technologien und Verfahren - Schutz des Bodens/der Bodenfruchtbarkeit - Verringerung von Nährstoffüberschüssen. Im Mittelpunkt des Vorhabens stehen im Praxisbetrieb vergleichsweise einfach umzusetzende Verfahren und Konzepte, die bei einer hohen Wirkung letztlich und a. für einen verbesserten Ressourcen- und Umweltschutz sowie eine höhere Vielfalt im Ackerbau sorgen könnten: AP 1: Handlungsfeld Pflanzenschutz/Digitalisierung Optimierung der Entscheidungsfindung für eine nachhaltige Reduzierung des Pflanzenschutzmitteleinsatzes durch digitale Vernetzung von betrieblichen Daten mit Entscheidungshilfesystemen und Warndienstinformationen im Trockengebiet AP 2: Handlungsfeld Biodiversität Rand- und Blühstreifenkonzepte unter besonderer Berücksichtigung von regionalen Wildpflanzen im Trockengebiet AP 3: Handlungsfeld Kulturpflanzenvielfalt und Fruchtfolge Verstärkte Integration von Zwischenfrüchten im Trockengebiet.

In-situ-Erhaltung von Wildpflanzen für Ernährung und Landwirtschaft mittels Schirmarten

Ozon - Einhaltung von Zielwerten zum Schutz der Pflanzen

<p>Bodennahes Ozon kann Pflanzen schädigen. Wirkungsschwellenwerte (Critical Levels, CL) markieren, welche Ozonbelastung nicht überschritten werden darf, um Schäden an Kultur- und Wildpflanzen zu vermeiden. Die Zielwerte zum Schutz der Vegetation nach EU-Richtlinie 2024/2881 werden in Deutschland vielerorts überschritten. Neue Bewertungsmethoden führen zu einer noch präziseren Risikobewertung.</p><p>Wirkungen von bodennahem Ozon auf Pflanzen</p><p>Pflanzen, die zu viel Ozon durch ihre Spaltöffnungen aufnehmen, tragen oft Schäden davon. Als sichtbare Anzeichen treten Verfärbungen und abgestorbene Blattteile auf (siehe Foto „Sichtbare Blattschäden bei Kartoffelpflanzen“). Diese und andere, nicht sichtbare Stoffwechselveränderungen in den Pflanzen, führen bei Kulturpflanzen zu Ertrags- und Qualitätsverlusten. Bäume werden ebenfalls geschwächt. Experimente belegen langfristig verminderte Zuwachsraten und eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber anderen Stressfaktoren (siehe Foto „Zuwachsminderung bei jungen Eichen durch die Einwirkung von Ozon“). Es gibt auch deutliche Hinweise darauf, dass sich bodennahes Ozon auf die biologische Vielfalt und die Ökosystemfunktionen auswirken kann (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/assessment-of-the-impacts-of-ozone-on-biodiversity">Bergmann 2015)</a>.</p><p>Hier mehr zur <a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/luft/ozon-belastung">Entstehung von bodennahem Ozon.</a></p><p>Critical Levels für Ozon – Schutzwerte für Pflanzen</p><p>„Critical Levels“ sind Wirkungsschwellenwerte zum Schutz der Vegetation, die im Internationalen Kooperativprogramm zur Bewertung von Luftverunreinigungen auf die Vegetation (<a href="http://icpvegetation.ceh.ac.uk/">ICP Vegetation</a>) im Rahmen der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/luft/regelungen-strategien/internationale-uebereinkommen">Genfer Luftreinhaltekonvention</a> definiert wurden. Wie hoch das Risiko durch bodennahes Ozon für Pflanzen ist, hängt neben den Ozonkonzentrationen auch vom Witterungsverlauf im entscheidenden Zeitabschnitt ab. Zwei unterschiedliche Herangehensweisen in der Risikobewertung sind zu unterscheiden: <br><br><strong>⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/a?tag=AOT40#alphabar">AOT40</a>⁠:</strong> Die Abkürzung AOT kommt aus dem Englischen und bedeutet <strong>„Accumulation Over a Threshold“</strong>. Bei dieser Methodik werden alle Überschreitungen eines Stundenmittels der Ozonkonzentration von 40 Teilen pro Milliarde (parts per billion, ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=ppb#alphabar">ppb</a>⁠) − das entspricht 80 Mikrogramm pro Kubikmeter während der Tageslichtstunden − über die Zeitspannen mit intensivem Wachstum summiert (Critical Levels als AOT40: siehe Tab. „Konzentrationsbasierte Critical Levels für Ozon“). In dieser Zeit reagieren Pflanzen besonders empfindlich auf Ozon.</p><p><strong>Phytotoxische Ozondosis (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=POD#alphabar">POD</a>⁠):</strong> Eine weiterentwickelte Methodik, die das tatsächliche Risiko wesentlich präziser abbildet, bezieht sich auf den Ozonfluss aus der ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/a?tag=Atmosphre#alphabar">Atmosphäre</a>⁠ über die Spaltöffnungen in die Pflanzen. Sie berücksichtigt, dass sich die Spaltöffnungen unter bestimmten Witterungsbedingungen schließen und dadurch der Ozonfluss unterbunden ist. Die Berechnung erfolgt spezifisch für verschiedene Pflanzenarten. Es ist zu erwarten, dass sich dieser Risikoindikator zum Schutz der Pflanzen sowohl international als auch in Deutschland durchsetzen wird (Critical Levels als POD-Werte: siehe Tab. „Critical Levels für Ozon bezogen auf kritische Ozonflüsse in die Pflanzen, standortbezogene Risikobewertung“).</p><p>Einzelheiten zu diesen und weiteren Methoden der Critical Levels-Berechnung stehen im Kapitel 3 des <a href="https://www.umweltbundesamt.de/manual-on-methodologies-criteria-for-modelling-2024">Methodenhandbuchs</a> der Genfer Luftreinhaltekonvention (Manual on Methodologies and Criteria for Modelling and Mapping Critical Loads and Levels and Air Pollution Effects, Risks, and Trends).</p><p>Zielwerte der Europäischen Union zum Schutz der Vegetation</p><p>Nach der <a href="https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/?uri=CELEX:32024L2881">EU-Richtlinie 2024/2881</a> gilt als Zielwert für den Schutz der Vegetation nach wie vor der Expositionsindex ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/a?tag=AOT40#alphabar">AOT40</a>⁠ von 18.000 Mikrogramm pro Kubikmeter und Stunde (µg/m³*h), gemittelt über fünf Jahre. Dieser soll seit 2010 an jeder ländlichen Hintergrundstation eingehalten werden (siehe Abb. „Ozon AOT40 – gleitende 5-Jahres-Mittelwerte, gemittelt über alle ländlichen Hintergrundstationen“). Langfristig soll flächendeckend ein niedrigerer Zielwert von 6.000 µg/m³*h zum Schutz der Vegetation eingehalten werden (siehe Abb. „Ozon AOT40-Mittelwerte (Schutz der Vegetation) für Einzeljahre, gemittelt über alle ländlichen Hintergrundstationen“). Dieser langfristige Zielwert entspricht dem Critical Level für Ozon als AOT40 für landwirtschaftliche Nutzpflanzen (Weizen) (siehe Tab. „Konzentrationsbasierte Critical Levels für Ozon“).</p><p>Die im Dezember 2016 überarbeitete <a href="https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/ALL/?uri=CELEX:32016L2284">EU-Richtlinie 2016/2284</a> über die Reduktion der nationalen Emissionen bestimmter Luftschadstoffe, empfiehlt bereits ozonflussbasierte Indikatoren und Critical Levels zur langfristigen Beobachtung und Bewertung der Wirkungen von bodennahem Ozon auf die Vegetation. Die konkreten Anforderungen für die Umsetzung dieses Wirkungsmonitorings werden in einer internationalen Expertengruppe abgestimmt.</p><p>Entwicklung und Ziele bei der Ozonbelastung</p><p>Sowohl konzentrationsbasierte als auch flussbasierte Critical Levels (CL) für Ozon werden in Europa und auch in Deutschland großflächig überschritten. Seit 2009 wird die Ozonbelastung für Pflanzen in Deutschland im Rahmen der Berichtspflichten neben dem ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/a?tag=AOT40#alphabar">AOT40</a>⁠-Ansatz auch mit dem flussbasierten ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=POD#alphabar">POD</a>⁠-Ansatz erfasst, der neben der Ozonkonzentration auch meteorologische Einflüsse und die physiologische Aktivität der Pflanzen berücksichtigt und pflanzenspezifisch ist. Die Auswertungen bis 2021 zeigen, dass die CL für Weizen und Buche in allen Jahren und Regionen deutlich überschritten wurden. Während Weizen eine stärkere zeitliche und räumliche Variabilität aufweist, liegen die Werte bei Buche konstant auf hohem Niveau. Besonders hohe Belastungen traten in warmen, trockenen Jahren wie 2010 und 2018 auf. Selbst bei sinkenden Ozonkonzentrationen kann sich durch längere Vegetationsperioden die aufgenommene Ozondosis erhöhen. Ziel ist es, die Emissionen der Vorläuferstoffe Stickoxide und flüchtige organische Verbindungen weiter zu senken, um Vegetationsbestände und Ökosysteme langfristig zu schützen (<a href="https://doi.org/10.37544/0949-8036-2024-05-06-17">Wallek 2024</a>).</p><p>Die Abbildung “Ozon AOT40-5-Jahres-Mittelwerte, gemittelt über alle ländlichen Hintergrundstationen“ zeigt die über fünf Jahre gemittelten Werte für alle ländlichen Hintergrundstationen; für die Berechnung werden im gesamten Zeitraum die Werte von durchschnittlich 65 Stationen pro Jahr herangezogen. &nbsp;&nbsp;Die Mittelung über 5 Jahre dient dazu, witterungsbedingte Schwankungen auszugleichen. Die Situation kann an einzelnen Stationen deutlich besser oder schlechter sein als der Durchschnitt der Stationen, wie die Abbildung „Ozon AOT40 - Einhaltung des Zielwertes zum Schutz der Vegetation (nur ländlicher Hintergrund)“ zeigt. Ziel der Europäischen Union ist es, neben dem seit 2010 einzuhaltenden Zielwert auch den langfristigen Zielwert bis zum 1. Januar 2050 immer an allen ländlichen Hintergrundstationen einzuhalten (siehe Abb. „Ozon AOT40-Mittelwerte (Schutz der Vegetation) für Einzeljahre, gemittelt über alle ländlichen Hintergrundstationen“).</p><p>Die scheinbar deutliche Senkung der 5-Jahres-Mittelwerte für den Zeitraum 2007 bis 2016 ist vor allem darauf zurückzuführen, dass das Jahr 2006, welches besonders hohe Ozonkonzentrationen aufwies (siehe Abb. „Ozon AOT40-Mittelwerte (Schutz der Vegetation) für Einzeljahre, gemittelt über alle ländlichen Hintergrundstationen“), aus dem Berechnungszeitraum herausfiel. 2018 war erneut ein Jahr mit sehr hoher Ozonbildung. Der erste 5-Jahres-Durchschnittswert, bei dem dieses Jahr einbezogen ist, liegt deshalb wieder deutlich höher, wenn auch unterhalb des Zielwertes.</p><p>Im Gegensatz zum Zielwert ab 2010 gilt der langfristige Zielwert zum Schutz der Vegetation für jedes einzelne Jahr. Die AOT40-Jahreswerte lagen von 1995 bis 2024 auch im Mittel der ländlichen Messstationen weit über dem langfristigen Zielwert und zeigten keinen eindeutigen Trend (siehe Abb. “Ozon AOT40 – Mittelwerte für Einzeljahre zum Schutz der Vegetation (nur ländlicher Hintergrund)“). Den starken Einfluss meteorologischer Verhältnisse auf die Ozonbelastung veranschaulichen vor allem die Werte der Jahre 1995, 2003, 2006 und 2018. In diesen Jahren traten während der ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/v?tag=Vegetationsperiode#alphabar">Vegetationsperiode</a>⁠ sehr hohe Temperaturen und Strahlungsintensitäten und somit für die Ozonbildung besonders günstige Bedingungen auf.</p>

Nachhaltige Weidewirtschaft mit einheimischen Pflanzen in semi-ariden Gebieten

In gross angelegten Feldversuchen soll der Einfluss des Ueberweidens auf die Diversitaet der Graeser untersucht werden. Hierzu werden Parzellen unterschiedlicher Zusammensetzung guter Futtergraeser in ihrer Entwicklung verfolgt. Insbesondere soll die Anfaelligkeit der Verbuschung untersucht werden. Ziel der Arbeit ist die nachhaltige Sicherung der natuerlichen Ressourcen bei gleichzeitiger Beweidung.

Ermittlung des Pilzbefalles der Wurzeln von Fichten- und Tannenjungpflanzen in gesunden und umweltgeschaedigten Forstoekosystemen

Die Beobachtung und Untersuchung von Krankheitssymptomen an oberirdischen Pflanzenteilen allein genuegt nicht, um eine Pathogenese zufriedenstellend zu erklaeren. Diese Tatsache ergibt sich aus der Vielzahl von Hypothesen zum Waldsterben, die sich fast ausschliesslich mit oberirdischen Sprossteilen befassen. Der Gesundheitszustand des Wurzelwerks -der unterirdische Wald- ist in eine Diagnose und Prognose ebenso wie bei der Abwehr des Baumsterbens gleichgewichtig mit dem Kronenzustand zu beachten. Diese Aspekte wurden bisher in der Diskussion um das Waldsterben ungenuegend beruecksichtigt. Da die Feinwurzeln unmittelbar nach der Samenkeimung mit den Mikroorganismen des Bodens in Beruehrung kommen, liegen auch hier die Anfaenge einer foerdernden und einer negativen pilzlichen Beeinflussung. Wann eine unguenstige Pilzbeeinflussung an Jungpflanzen von Fichten und Tannensaemlingen beginnt, ist Gegenstand vorliegenden Programms. Die Untersuchungsorte liegen in der Naehe einer Umweltstation des suedlichen Schwarzwaldes in exponierter und in mehr geschuetzter Lage. Der Pilzbefall und seine Wirkung auf die Gesundheit der Pflanzen wird an den beiden unterschiedlichen Standorten (in Bezug auf Umweltbeeinflussung durch Immissionen) untersucht.

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