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Einfluß der Mikro- und Makrobioturbation durch Bodentiere auf die Stabilisierung der organischen Substanz in Ackerböden

Ziel des Projektes ist es, den Einfluß der Makro- und Mikrobioturbation durch sog. soil engineers (Lumbriciden, Enchytraeiden, Collembolen) auf die Stabilisierung der organischen Substanz in Ackerböden zu untersuchen. Dafür sollen Freiland- und Laborexperimente mit Böden aus dem Dauerdüngungsversuch in Halle durchgeführt werden. Methodische Grundlage ist die Analyse der natürlichen 13C-Verteilung im Vergleich von Kohlenstoff aus C3- und aus C4-Pflanzen. Dadurch wird eine Differentialanalyse der Wirkung von Bodentieren auf die Stabilität von C-Komponenten unterschiedlichen Alters möglich. Düngungsvarianten sollen genutzt werden, um die Abhängigkeit der Wirkung der Tiere vom Nährstoffstatus des Bodens zu quantifizieren. Zusätzlich sollen Feldexperimente zur gezielten Steuerung der Bodenfauna durch Managementmaßnahmen durchgeführt werden. Neben Grobfraktionierungen werden chemische und physikalische Feinfraktionierungen vorgenommen. Durch die Bestimmung der 13CVerteilung ermöglichen die bodenmikrobiologischen Parameter 'Biomasse' und 'Mineralisationsleistung' eine Quantifizierung der mikrobiellen Nutzung unterschiedlicher C-Quellen. Weitere Parameter sind: Funktionelle Diversität der Bakterien, Nematoden Maturity Index, Mikroarthropoden. Langfristig ist die Einbeziehung von bodenzoologischen Steuergrößen in ein Modell zum Umsatz der organischen Bodensubstanz geplant.

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.

Zostera marina seedling emergence count in field experiments, Kiel, Germany (2023)

Seed-based seagrass restoration is expanding globally, to speed up the slow natural recolonization success of Zostera marina meadows. This study aimed to find practical guidelines to enhance seed-based restoration efforts in the German Baltic Sea, and other regions. To this end, parallel field and laboratory experiments were conducted, to examine the effects of six biotic and abiotic factors on seedling emergence (germination) over time. Seeds were collected by snorkelers from two sites (Falckenstein, Kiekut) in Schleswig-Holstein, Germany between July and August 2022. In the field, located in Kiel, Germany, 62 plots (50 x 50 cm) were sown with 100 seeds each of different seed coat colours (mixed from both sites) at three sowing time points (February, March, April 2023). Seedling and Arenicola marina mounds were counted biweekly from April until August 2023. Kiel Fjord temperature and salinity were taken from (Hiebenthal et. al., 2023).

Zostera marina seedling emergence count in laboratory experiments, Kiel, Germany (2023)

Seed-based seagrass restoration is expanding globally, to speed up the slow natural recolonization success of Zostera marina meadows. This study aimed to find practical guidelines to enhance seed-based restoration efforts in the German Baltic Sea, and other regions. To this end, parallel field and laboratory experiments were conducted, to examine the effects of six biotic and abiotic factors on seedling emergence (germination) over time. Seeds were collected by snorkelers from two sites (Falckenstein, Kiekut) in Schleswig-Holstein, Germany between July and August 2022. In the laboratory, 12 aquaria containing six boxes each, were sown with 100 seeds of one of three seed coat colours (grey, dark, light ) from both seed origin sites. Aquaria were subjected to one of four treatments: two temperatures (5 ºC , 10 ºC ) and two salinities (5 psu , 18-20 psu). Seedling counts and aquaria salinity and temperature were monitored five days a week from March 8th, to June 1st 2023.

Zostera marina seedling emergence count under varying salinity, temperature, seed colour, sowing time & Arenicola marina bioturbation in field & lab experiments, Kiel, Germany (2023)

Seed-based seagrass restoration is expanding globally, to speed up the slow natural recolonization success of Zostera marina meadows. This study aimed to find practical guidelines to enhance seed-based restoration efforts in the German Baltic Sea, and other regions. To this end, parallel field and laboratory experiments were conducted, to examine the effects of six biotic and abiotic factors on seedling emergence (germination) over time. Seeds were collected by snorkelers from two sites (Falckenstein, Kiekut) in Schleswig-Holstein, Germany between July and August 2022. In the laboratory, 12 aquaria containing six boxes each, were sown with 100 seeds of one of three seed coat colours (grey, dark, light ) from both seed origin sites. Aquaria were subjected to one of four treatments: two temperatures (5 ºC , 10 ºC ) and two salinities (5 psu , 18-20 psu). Seedling counts and aquaria salinity and temperature were monitored five days a week from March 8th, to June 1st 2023. In the field, located in Kiel, Germany, 62 plots (50 x 50 cm) were sown with 100 seeds each of different seed coat colours (mixed from both sites) at three sowing time points (February, March, April 2023). Seedling and Arenicola marina mounds were counted biweekly from April until August 2023. Kiel Fjord temperature and salinity were taken from (Hiebenthal et. al., 2023).

Waldbodenkalkung als Maßnahme zur Erhöhung der Anpassungsfähigkeit der Wälder an den Klimawandel und zur Sicherung und Erhöhung der CO2-Speicher- und Senkenfunktion der Wälder (KalKo), Waldbodenkalkung als Maßnahme zur Erhöhung der Anpassungsfähigkeit der Wälder an den Klimawandel und zur Sicherung und Erhöhung der CO2-Speicher- und Senkenfunktion der Wälder (KalKo)

Ziel des Vorhabens ist es, Grundlagen für Handlungsempfehlungen zum Schutz der Wälder unter sich ändernden Klimabedingungen und zur nachhaltigen Stärkung ihrer Ökosystemdienstleistungen zu schaffen. Dafür sind die Wirkungen der Kalkung auf die C-Sequestrierung in Waldökosystemen, die Bodenstruktur, die Vertiefung der Wurzelsysteme, die klimarelevanten Spurengasflüsse, den Wasserhaushalt, die Waldernährung und das Baumwachstum als Folge der Bodenentsauerung von besonderer Bedeutung. Es geht um den Nachweis, dass mit der Bodenschutzkalkung parallel zur Entsauerung des Bodens die Bioturbation, Aggregatbildung und -stabilität und damit der Gasaustausch als Grundlage für eine verstärkte Tiefendurchwurzelung gefördert werden. Von einer besseren Tiefendurchwurzelung ist ein wichtiger Beitrag zur Anpassungsfähigkeit der Wälder an den Klimawandel zu erwarten. Im Fokus des Arbeitspakets 1 an der NW-FVA steht die Stabilisierung der C-Sequestrierung in der ober- und unterirdischen Biomasse. Es werden einerseits die Kohlenstoffpools in der unterirdischen Biomasse quantifiziert, andererseits Bestandesdaten ertragskundlich ausgewertet und Vegetationsaufnahmen durchgeführt, um die Kohlenstoffpools in der oberirdischen Biomasse zu ermitteln. Die Quantifizierung der unterirdischen Biomasse stellt bisher ein methodisches Problem dar. Ein wichtiges Ziel dieses Arbeitspakets ist es, ein elektrisches Verfahren zur Quantifizierung von Feinwurzelbiomassen weiterzuentwickeln und für die Anwendung im Wald zu optimieren. Eine erfolgreiche Methodenentwicklung käme der angewandten forstlichen Forschung sehr zu Gute. Neben den inhaltlichen Arbeiten im Rahmen des AP 1 hat die NW-FVA die Koordination des gesamten KalKo-Projektes inne. Dazu gehören zum einen die Kommunikation mit der projektbegleitenden Arbeitsgruppe und die Organisation regelmäßiger Treffen, zum anderen die Organisation des Abschlusskolloquiums und der Informationsveranstaltungen für die forstliche Praxis.

Macrofauna abundance and biomass of four stations from the German Bight towards the Dogger Bank from 1990 to 2017

Bioturbation potential of characteristic trait-groups of four stations from the German Bight towards the Dogger Bank from 1990 to 2017

Macrofauna data along a transect of four stations from the German Bight towards the Dogger Bank from 1990 to 2017

Current research revealed distinct changes in ecosystem functions, and thus in ecosystem stability and resilience, caused by changes in community structure and diversity loss. Even if benthic species play an important role in benthic-pelagic coupling e.g. through the remineralization of deposited organic material, the long-term variability of traits and functions is largely unknown. By using abundance and bioturbation potential of macrofauna samples, taken along a transect from the German Bight towards the Dogger Bank annually in May in 1990 and from 1995 to 2017, we analysed the taxonomic and trait-based macrofauna long-term community variability and diversity. Taxonomic and trait-based diversity remained stable over time, while three different regimes were found, characterised by changes in taxonomic and trait-based community structure. Min/max autocorrelation factor analysis revealed climatic variables, nitrite, and epibenthic abundance as most important environmental drivers for taxonomic and trait-based changes.

Nadelholzalternativen zur nachhaltigen Entwicklung von Standortpotentialen fichtendominierter Altbestände

Von Seiten der Sägewerksindustrie wird derzeit vermehrt die Sorge über die Gefährdung der Nadelrohholzversorgung geäußert. Gleichzeitig versucht man jedoch seit mehr als drei Jahrzehnten, Fichtenreinbestände in Buchenwälder umzuwandeln. Waldbauliche Untersuchungen deuten an, dass sowohl die Einbringung der Tanne als auch der Douglasie in Fichtenreinbestände eine Lösung für die Konkurrenz zwischen nachhaltigem Bodenschutz und der Bereitstellung von Nadelrohholz bieten könnte. Wir wollen mit dem geplanten Forschungsprojekt prüfen, ob und an welchen Standorten die in der Ausschreibung adressierte 'Sicherung der Nadelrohholzversorgung' im Widerspruch oder in Übereinstimmung zur ebenfalls angesprochenen 'Erhaltung der Standortpotenziale' steht. Aus dem Stand der Forschung leiten wir Hypothesen dazu ab, welche Baumart auf den Standorttypen 'sauer', 'staunass' und 'karbonathaltig' am besten in der Lage ist standörtliche Limitierungen aufzuheben. Zur Prüfung dieser Hypothesen wollen wir Untersuchungen auf 20 Standorten je Standorttyp mit durchschnittlich drei verschiedenen Baumarten im Voranbau (Bu, Ta) unter Fichtenaltbestand bzw. Anbau in Bestandeslücken (Dgl) oder Fi-Naturverjüngung unter Altbestand durchführen. Die Standorte werden mit regionalen Partnern aus den Bundesländern Baden-Württemberg, Bayern und Rheinland-Pfalz ausgewählt. An den Standorten werden bodenphysikalische, chemische und biologische sowie waldernährungskundliche Parameter erhoben. Mit unseren Untersuchungen stellen wir bodenökologische Grundlage zum multifunktionalen und nachhaltigen Waldmanagement in Süddeutschland bereit. AP wie Balkenplan: 1) Auswahl der Standorte 2) Beprobung der Freilandstandorte 3) Chemische und physikalische Bodenanalysen 4) Nadel- und Blattanalysen 5) Quantifizierung der Bioturbation über 137Cs Aktivität 6) Datenmanagement und Datenbankpflege 7) Explorative Datenanalyse und statistische Modellierung 8) Publikations- und Vortragstätigkeit.

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