Das Projekt "Aus der Atmosphäre in den Boden - wie Druckfluktuationen den Gastransport im Boden beeinflussen" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Institut für Geo- und Umweltnaturwissenschaften, Professur für Bodenökologie.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.
Das Projekt "Schwerpunktprogramm (SPP) 1685: Ecosystem nutrition: forest strategies for limited phosphorus resources; Ökosystemernährung: Forststrategien zum Umgang mit limitierten Phosphor-Ressourcen, Die Entschlüsselung von P Quellen mittels Kombination von bottom up und top down Ansätzen zur Modellierung der P Aufnahme" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Institut für Geo- und Umweltnaturwissenschaften, Professur für Bodenökologie.Die Bodenstruktur, das heißt die räumliche Anordnung verschiedener Bodenbestandteile, kontrolliert Größe und Form der Verbindungslinie zwischen P Sorptionsplätzen und den biologischen Akzeptoren bzw. Donatoren im Boden. Die Bildung von Bodenaggregaten kann bodenphysikalisch (Schrumpfen und Quellen) oder biologisch (Bioturbation, biogene Klebstoffe) induziert werden. Derzeit weiß man erst wenig darüber (1) welche Einflüsse die Bildung und die Eigenschaften von Aggregaten in Waldböden steuern, (2) welche Bedeutung die Aggregatbildung für die P-Verteilung im Aggregat hat und (3) welche Konsequenzen sich daraus für P-Verfügbarkeit und Mobilität ergeben. Unsere eigenen Voruntersuchungen deuten darauf hin, dass der Einschluss von P in Bodenaggregate die P Verfügbarkeit in Böden mit geringer biologischer Aktivität herabsetzt. Unser Ziel ist es Wechselwirkungen zwischen der P Ernährungsstrategie, der Aggregatbildung und der P-Verteilung im Aggregat zu untersuchen. Unsere Hypothese ist, dass Aggregat turnover, die P-Diffusion im Aggregat und der P Eintrag auf die Aggregatoberfläche die P Verteilung steuern. Aufgrund dieser Zusammenhänge erwarten wir die stärkste Anreicherung von P auf der Aggregatoberfläche auf Standorten mit mittlerer P-Verfügbarkeit.Um diese Hypothese zu prüfen, untersuchen wir Aggregateigenschaften, Aggregat turnover und die P-Verteilung im Aggregat auf den SPP Versuchsstandorten. Wir verwenden Mikrodialyse um P-Diffusion im Freiland messen zu können. Zusätzlich werden Perkolationsexperimente mit unterschiedlich stark gestörten Bodenaggregaten durchgeführt. Unser Projekt wird dazu beitragen, Standortbedingungen zu identifizieren unter denen die Bodenstruktur besonders wichtig ist für die P-Verfügbarkeit. Die Bedeutung ökologisch kontrollierter Bodenarchitektur für die P-Verfügbarkeit wird analysiert.
Das Projekt "Berechnungsverfahren zu seismischen Einwirkungen auf basisisolierte kerntechnische Gebäudestrukturen und Komponenten" wird/wurde ausgeführt durch: Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau, Fachgebiet Statik und Dynamik der Tragwerke.
Das Projekt "Quantification of small-scale physicochemical properties of intact macropore surfaces in structured soils" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e.V., Institut für Bodenlandschaftsforschung.In structured soils, the interaction of percolating water and reactive solutes with the soil matrix is mostly restricted to the surfaces of preferential flow paths. Flow paths, i.e., macropores, are formed by worm burrows, decayed root channels, cracks, and inter-aggregate spaces. While biopores are covered by earthworm casts and mucilage or by root residues, aggregates and cracks are often coated by soil organic matter (SOM), oxides, and clay minerals especially in the clay illuviation horizons of Luvisols. The SOM as well as the clay mineral composition and concentration strongly determine the wettability and sorption capacity of the coatings and thus control water and solute movement as well as the mass exchange between the preferential flow paths and the soil matrix. The objective of this proposal is the quantitative description of the small-scale distribution of physicochemical properties of intact structural surfaces and flow path surfaces and of their distribution in the soil volume. Samples of Bt horizons of Luvisols from Loess will be compared with those from glacial till. At intact structural surfaces prepared from soil clods, the spatial distribution (mm-scale) of SOM and clay mineral composition will be characterized with DRIFT (Diffuse reflectance infrared Fourier transform) spectroscopy using a self-developed mapping technique. For samples manually separated from coated surfaces and biopore walls, the contents of organic carbon (Corg) and the cation exchange capacity (CEC) will be analyzed and related to the intensities of specific signals in DRIFT spectra using Partial Least Square Regression (PLSR) analysis. The signal intensities of the DRIFT mapping spectra will be used to quantify the spatial distribution of Corg and CEC at these structural surfaces. The DRIFT mapping data will also be used for qualitatively characterizing the small scale distribution of the recalcitrance, humification, and microbial activity of the SOM from structural surfaces. The clay mineral composition of defined surface regions will be characterized by combining DRIFT spectroscopic with X-ray diffractometric analysis of manually separated samples. Subsequently, the spatial distribution of the clay mineral composition at structural surfaces will be determined from the intensities of clay mineral-specific signals in the DRIFT mapping spectra and exemplarily compared to scanning electron microscopic and infrared microscopic analysis of thin sections and thin polished micro-sections. The three-dimensional spatial distribution of the total structural surfaces in the volume of the Bt horizons will be quantified using X-ray computed tomography (CT) analysis of soil cores. The active preferential flow paths will be visualized and quantified by field tracer experiments. These CT and tracer data will be used to transfer the properties of the structural surfaces characterized by DRIFT mapping onto the active preferential flow paths in the Bt horizons.
Das Projekt "Mechanisierte Pflanzverfahren mit alternativen Bodenrestaurationstechniken in der Eifel und im Soonwald" wird/wurde gefördert durch: Forstliche Versuchsanstalt Rheinland-Pfalz. Es wird/wurde ausgeführt durch: Universität Trier, Fach Bodenkunde.Die Bodenbearbeitung im Wald - auch zur Kulturvorbereitung - ist heftig umstritten. Daher werden die boden- und pflanzenkundlichen Auswirkungen der nachfolgend genannten Verfahren untersucht: - Lochpflanzung mit Erdbohrer (mit und ohne Pflanzlochkalkung); - modifiziertes ENTENPFUHLER Baggerpflanzverfahren (Bearbeitung im winternassen Zustand); - PEIN-PLANT-Rotavator (Bearbeitung des sommertrockenen Bodens, eine Wintervariante war technisch nicht moeglich); - KROHN'sche Fraese (mehrere Bearbeitungsgaenge des abgetrockneten Bodens) - nur im Forstamt Salmtal. Erste Ergebnisse lassen folgende Einschaetzungen zu: Aus bodenphysikalischer Sicht verschlechtert die Baggerpflanzmethode die Bodenverhaeltnisse durch Verdichtungserscheinungen im Bearbeitungs- und in den Randbereichen. Sowohl die KROHN-Fraese als auch der PEIN-PLANT-Rotavator lockern das Bodenmaterial deutlich auf und erzeugen eine stark poroese Bodenstruktur mit niedriger Lagerungsdichte. Die bodenmechanischen Parameter weisen fuer saemtliche Bearbeitungseingriffe teilweise erhebliche Stabilitaetsverluste des Bodens nach. Anhand der Untersuchung einer falschen Zeitreihe konnte aufgezeigt werden, dass der Meliorationserfolg bei der KROHN'schen-Fraese nicht laenger als sechs Jahre anhaelt. Danach verschlechtert sich die Naehrstoff und Bioverfuegbarkeit der organischen Substanz. Nach dem 6. Jahr laesst die verschlechterte Ernaehrungsituation erwarten, dass auch die Leistungsfaehigkeit der jungen Pflanzen zeitverzoegert abnehmen wird. Durch die Bodenbearbeitung wird die Lagerungsdichte kurzfristig verringert und das Grobporenvolumen erhoeht, gleichzeitig wird aber die fuer ungestoerte Waldboeden typische Bodenstruktur mit einem vernetzten Grobporensystem zerstoert (Verlust der Porenkontinuitaet) mit negativen Folgen fuer Milben, Collembolen und Enchytraeiden). In den bearbeiteten Varianten dominieren die euedaphischen und hemiedaphischen Lebensformen, wobei die epedaphischen Lebensformen in den Tiergruppen der Milben und Collembolen kaum vertreten sind, was wiederum auf den Verlust der Auflage und die Einmischung des organischen Materials zurueckzufuehren ist.
Das Projekt "Bedeutung physikalischer Prozesse für die Konservierung organischer Verbindungen (Senkenfunktion) in strukturierten Böden" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Institut für Pflanzenernährung und Bodenkunde, Professur für Bodenkunde.Die Bedeutung der Aggregierungsprozesse für die CO2-Quellen- und Senkenfunktion der im Schwerpunktprogramm 1090 bearbeiteten Böden soll unter dem angegebenen Thema bearbeitet werden. Ziel der Untersuchungen ist es, die Immobilisierung und Mobilisierung sowie die Verteilung der organischen Substanz unter definierten physikalischen Randbedingungen (Hydraulik, Mechanik) zu quantifizieren. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die räumliche und zeitliche Dimension der Strukturbildung gelegt. Im Einzelnen sollen die Auswirkungen hydraulischer und mechanischer Prozesse und deren Wechselwirkung zueinander für die Festlegung von organischer Substanz im Boden analysiert werden. Dafür werden Zug- und Scherversuche durchgeführt, die Porenverteilung und -funktionen ebenso wie die Durchlüftung und der damit verbundenen potentiellen Abbaubarkeit der organischen Substanz auf den Skalen des strukturierten Gesamtbodens und des Einzelaggregates bestimmt. Durch Perkolationsversuche und der Analyse der räumlichen Verteilung der organischen Substanz wird die Frage der Erreichbarkeit bestimmter Prozeßräume erörtert. In enger Zusammenarbeit und in der Kombination mit den Ergebnissen der Forschungsvorhaben der Antragsteller: Grootes, Guggenberger, Bachmann können daher genauere Informationen über die physikalisch quantifizierbaren Randbedingungen der Strukturstabilität als Grundlage für die CO2 -Quellen- und Senkenfunktion von Böden erwartet werden.
Das Projekt "Kleinräumige Erhebung relevanter Bodenkennwerte durch ein verfahrenstechnisch integriertes Bodensensorsystem und die KI-basierte Datenauswertung als Basis für ein klimaresilientes, kleinräumigspezifisches Pflanzenbausystem, Teilprojekt D" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Amazonen-Werke H. Dreyer SE & Co. KG.Die Folgen des Klimawandels, z.B. Starkregenereignisse, Hitzeperioden, Trockenheit und Dürre haben negative Auswirkungen auf die Pflanzenproduktion. Es gilt diese negativen Folgen des Klimawandels bei der Pflanzenproduktion durch eine klima-angepasste Produktionsweise abzumildern. Für die Landwirt:innen gilt es Maßnahmen zu ergreifen, um den Pflanzenbau klimaresilient zu gestalten. Mögliche Maßnahmen sind variable Aussaattiefe, Aussaatstärke, Sortenwahl - trockenheitstolerante oder ertragreiche Sorten -, Düngeintensität, Pflanzenschutz-strategie oder alternative Nutzung auf Teilflächenbasis. Für die Umsetzung solcher Maßnahmen werden praxistauglich-aufbereitete, kleinräumige und pflanzenbauliche relevante Bodeninformationen benötigt, um den Pflanzenbauer bei einer Entscheidungsfindung für eine Klimanpassungsstrategien zu unterstützen. Für die Landwirt:innen besteht zur Zeit die Herausforderung diese entsprechenden kleinräumige und pflanzenbauliche-relevante Bodeninformationen für solche eine Nutzung zu erhalten bzw. anwenden zu können. In soil4climate werden kleinräumige Bodeninformationen erfasst und in praxis-relevante digitale Bodenkarten für die Bewirtschaftung ausgegeben. Dazu wird ein geoelektrisches Messsystem in einen handelsüblichen Grubber implementiert mit dem Ziel sehr kleinräumig Unterschiede im Prozess (und damit ohne Mehraufwand für den Landwirt) zu kartieren. Neben dieser Datenquelle werden weitere relevante Datenquellen (bspw. Schlepper-, Drohnen- und Satellitendaten) herangezogen, um homogene kleinräumige Strukturen im Boden zu identifizieren. Die Erstellung der Bodenkarten wird sowohl automatisch, KI-gestützt als auch manuell erfolgen, so dass eine Evaluierung der KI-gestützten Kartenerstellung möglich ist. Diese Evaluierung wird durch Feldtest und Laborversuche in Interaktion mit Praktikern und Experten im Projekt realisiert.
Das Projekt "Kleinräumige Erhebung relevanter Bodenkennwerte durch ein verfahrenstechnisch integriertes Bodensensorsystem und die KI-basierte Datenauswertung als Basis für ein klimaresilientes, kleinräumigspezifisches Pflanzenbausystem" wird/wurde ausgeführt durch: Julius Kühn-Institut, Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen, Institut für Pflanzenbau und Bodenkunde.Die Folgen des Klimawandels, z.B. Starkregenereignisse, Hitzeperioden, Trockenheit und Dürre haben negative Auswirkungen auf die Pflanzenproduktion. Es gilt diese negativen Folgen des Klimawandels bei der Pflanzenproduktion durch eine klima-angepasste Produktionsweise abzumildern. Für die Landwirt:innen gilt es Maßnahmen zu ergreifen, um den Pflanzenbau klimaresilient zu gestalten. Mögliche Maßnahmen sind variable Aussaattiefe, Aussaatstärke, Sortenwahl - trockenheitstolerante oder ertragreiche Sorten - , Düngeintensität, Pflanzenschutz-strategie oder alternative Nutzung auf Teilflächenbasis. Für die Umsetzung solcher Maßnahmen werden praxistauglich-aufbereitete, kleinräumige und pflanzenbauliche-relevante Bodeninformationen benötigt, um den Pflanzenbauer bei einer Entscheidungsfindung für eine Klimanpassungsstrategien zu unterstützen. Für die Landwirt:innen besteht zur Zeit die Herausforderung diese entsprechenden kleinräumige und pflanzenbauliche-relevante Bodeninformationen für solche eine Nutzung zu erhalten bzw. anwenden zu können. In soil4climate werden kleinräumige Bodeninformationen erfasst und in praxis-relevante digitale Bodenkarten für die Bewirtschaftung ausgegeben. Dazu wird ein geoelektrisches Messsystem in einen handelsüblichen Grubber implementiert mit dem Ziel sehr kleinräumig Unterschiede im Prozess (und damit ohne Mehraufwand für den Landwirt) zu kartieren. Neben dieser Datenquelle werden weitere relevante Datenquellen (bspw. Schlepper-, Drohnen- und Satellitendaten) herangezogen, um homogene kleinräumige Strukturen im Boden zu identifizieren. Die Erstellung der Bodenkarten wird sowohl automatisch, KI-gestützt als auch manuell erfolgen, so dass eine Evaluierung der KI-gestützten Kartenerstellung möglich ist. Diese Evaluierung wird durch Feldtest und Laborversuche in Interaktion mit Praktikern und Experten im Projekt realisiert.
Der Kartendienst (WMS-Gruppe) stellt die Geodaten aus dem Landschaftsprogramm Saarland die Themenkarte Wald und Landwirtschaft dar.:Zusammenhängende erosionsverdächtige Bereiche (> 40 ha) mit teilweise erkennbaren Erosionsereignissen werden als Schwerpunkträume aktueller Bodenerosion bezeichnet. Hier hat die Durchführung erosionsmindernder Maßnahmen oberste Priorität. Im Rahmen der kommunalen Landschaftsplanung sind die erosionsverdächtigen Bereiche räumlich weiter zu konkretisieren. Erosionsmindernde Maßnahmen sind in erster Linie in ackerbaulich genutzten Schwerpunkträumen aktueller Bodenerosion durchzuführen. Umfang und Art der Maßnahmen sind auf die jeweilige Problemsituation vor Ort und die Betriebsstrukturen abzustimmen. Maßnahmen, die auf eine Verringerung der Bodenerosion durch Wasser abzielen, müssen stets eine Verbesserung und Pflege der Bodenstruktur und damit des Wasseraufnahmevermögens des Bodens bewirken. Hierunter fallen Maßnahmen wie, z.B. das Belassen der Ernterückstände an der Ackeroberfläche, die Aufweitung der Fruchtfolge und bodenschonende Bearbeitungsverfahren. Gleichzeitig kann die erosionswirksame Hanglänge durch hangparallele lineare Strukturen reduziert werden, so dass auch die Anlage von Grünlandstreifen oder Hecken zentrale Maßnahmen für den Boden- schutz darstellen. Bei sehr stark erosionsgefährdeten Böden kann die Umwandlung der Ackerfläche in Dauergrünland als wirksamster Erosionsschutz erforderlich werden. (siehe auch Landschaftsprogramm Saarland, Kapitel 2.4.2)
Der Kartendienst (WMS-Gruppe) stellt die Geodaten aus dem Landschaftsprogramm Saarland dar-Themenkarte_Arten-Biotope und Lebensraumverbund:Zusammenhängende erosionsverdächtige Bereiche (> 40 ha) mit teilweise erkennbaren Erosionsereignissen werden als Schwerpunkträume aktueller Bodenerosion bezeichnet. Hier hat die Durchführung erosionsmindernder Maßnahmen oberste Priorität. Im Rahmen der kommunalen Landschaftsplanung sind die erosionsverdächtigen Bereiche räumlich weiter zu konkretisieren. Erosionsmindernde Maßnahmen sind in erster Linie in ackerbaulich genutzten Schwerpunkträumen aktueller Bodenerosion durchzuführen. Umfang und Art der Maßnahmen sind auf die jeweilige Problemsituation vor Ort und die Betriebsstrukturen abzustimmen. Maßnahmen, die auf eine Verringerung der Bodenerosion durch Wasser abzielen, müssen stets eine Verbesserung und Pflege der Bodenstruktur und damit des Wasseraufnahmevermögens des Bodens bewirken. Hierunter fallen Maßnahmen wie, z.B. das Belassen der Ernterückstände an der Ackeroberfläche, die Aufweitung der Fruchtfolge und bodenschonende Bearbeitungsverfahren. Gleichzeitig kann die erosionswirksame Hanglänge durch hangparallele lineare Strukturen reduziert werden, so dass auch die Anlage von Grünlandstreifen oder Hecken zentrale Maßnahmen für den Bodenschutz darstellen. Bei sehr stark erosionsgefährdeten Böden kann die Umwandlung der Ackerfläche in Dauergrünland als wirksamster Erosionsschutz erforderlich werden. (siehe auch Landschaftsprogramm Saarland, Kapitel 2.4.2)
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