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Natürliche Bodenfruchtbarkeit (WFS Dienst)

Die natürliche Bodenfruchtbarkeit bildet die Grundlage für die land- und forstwirtschaftliche Nutzung unserer Böden sowie für die Etablierung standortangepasster Vegetation. Das Bodenbewertungsinstrument Sachsen (2022) dient als methodische Grundlage für die Bewertung auf Basis der Bodenkarte Dresden (2024). Haupteingangsparameter ist die Menge des pflanzenverfügbaren Wassers (nFKWe) unter zusätzlicher Berücksichtigung von Hangneigung, Grundwassereinfluss, Bodentyp und kapillarer Aufstiegsrate.

Umgestaltung eines Wassereinzugsgebietes im Nationalpark Eifel von einem Fichtenwaldreinbestand zu einem standortgerechten Laubmischwald: Dynamik des Kohlenstoff- und Wasserhaushaltes; Heterogenität relevanter Standortfaktoren für die Waldentwicklung - Untersuchungen zum Wasser- und Stoffhaushalt kleiner bewaldeter Einzugsgebiete unter besonderer Berücksichtigung periglazialer Deckschichten (Natio

Hintergrund: Dieses Projekt begleitet die Umgestaltung eines Fichtenwald-Reinbestandes im Nationalpark Eifel vom derzeitigen Ist-Zustand über eine Baumentnahme hin zu einem standortgerechten Laubmischwald. Der Stoffhaushalt (Kohlenstoff, Lösungsfracht, Schwebfracht, Bachgeschiebe und Wasser) sowie die ihn beeinflussenden Faktoren (Klima, Boden, Vegetation, Landnutzung) werden genauer untersucht. Erstmalig werden für dieses Gebiet im Rahmen dieses Projektes CO2-Kreisläufe quantifiziert und Maßnahmen zur Kohlenstoffreduktion beschrieben (durch das Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre - Institut 4: Agrosphäre (ICG-4)). Zudem sollen zu erwartende Veränderungen auf Stoff- und Wasserkreisläufe erfasst werden. Bestehende Datenlücken für die Mittelgebirge werden damit geschlossen (durch den Lehrstuhl für Physische Geographie und Geoökologie (PGG)). Fragestellungen: Aufgabe des Projektes wird sein, präzise Informationen zum Stoff- (u.a. Kohlendioxid, Nitrat, Phosphat, Ammonium) und Wasserkreislauf zu erhalten sowie die Bedeutung standortrelevanter Parameter (Klima, Boden, Vegetation, Landnutzung) bei der Entstehung eines standorttypischen Laubmischwaldes zu erfassen. Während der Umwandlung eines Fichtenreinbestandes zu einem Laubwald - mit Vergleichsuntersuchungen im Freiland (Wiese) - sollen verschiedene Stadien der Umwandlung untersucht werden. Die Ergebnisse werden neue und vor allem quantifizierbare Erkenntnisse zum CO2-Haushalt sowie zum Wasser- und Stoffkreislauf im Ökosystem Wald liefern; Grundbausteine für eine nachhaltige Landnutzung und der Reduzierung atmosphärischen CO2. Von der Arbeitsgruppe PGG und dem ICG-4 bearbeitete Fragestellungen: - Wie wirken sich Landnutzungsänderungen auf Stoff- und Wasserhaushalt aus? - Welche Auswirkungen hat der Klimawandel auf Wasser, Boden und Vegetation? - Wie wirken sich Rückkopplungsprozesse auf terrestrische Systeme aus? - Wie wirken sich großräumige Eingriffe aus? Ziele: Ziele des Lehrstuhls für Physische Geographie und Geoökologie sind insbesondere, in Kooperation mit dem ICG-4 Veränderungen des Kohlenstoff- und Wasserhaushaltes sowie der Nährstoffkreisläufe in Erwartung des absehbaren Klimawandels und der Maßnahmen zur CO2-Reduktion zu erfassen. Gesicherte Erkenntnisse in Bezug auf den Wasserhaushalt und die ihn beeinflussenden Größen in Mittelgebirgsräumen liegen bisher kaum vor. Hier schließt das Projekt eine Datenlücke. Die Rolle der Vegetation sowie der Böden (insbesondere die bodenbildenden periglazialen Deckschichten) sind hier von Bedeutung, da Prozesse der Stoffakkumulation, -umwandlung und -transport von diesen Parametern stark abhängig sind. Deckschichten haben mit ihren Mächtigkeiten und Ausprägungen einen starken Einfluss auf Sickerwasser, Grundwasserneubildung, Retention und Oberflächenabfluss. Zudem ist für die Kooperation mit dem ICG-4 die Betrachtung des Bodenwasserhaushaltes unerlässlich, um den CO2-Vorrat im Boden zu analysieren. Die Retentionskapazitäten der Böden werden präzi

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.

Physikalische Stabilisierung der organischen Substanz durch Entstehung hydrophober Grenzflächen auf Aggregaten und Primärpartikeln

Die Literatur der letzten Jahre weist immer stärker darauf hin, dass Böden mit Benetzungshemmungen weiter als bisher angenommen weltweit verbreitet sind. Bereits geringe Anteile von organischer Substanz (SOM) können dabei in erheblicher Weise die Benetzbarkeit von Aggregaten oder Primärpartikeln von gut benetzbaren Oberflächen bis hin zu extremer Wasserabweisung verändern. Allgemein wird angenommen, dass Hydrophobie über mehrere Mechanismen die Abbaubarkeit von organischer Substanz und damit deren Stabilität beeinflussen kann. Daher kann der Grad der Hydrophobie als ein Indikatior der biologischer Abbaubarkeit von SOM verwendet werden. Weiterhin haben Benetzungshemmungen einen erheblichen Einfluß auf physikalische Prozesse in Böden. Extreme Benetzungshemmung führt häufig zu starkem Oberflächenabfluß und Erosion oder zu schnellem Auswaschen oberflächlich eingetragener Stoffe aus der Wurzelzone. Kenntnisse über das Benetzungsverhalten von Böden sind ebenfalls dann von Bedeutung, wenn generell das gleichzeitige Auftreten sehr feuchter und sehr trockener Zonen im Boden analysiert werden soll. Entsprechende Feuchtegradienten führen zu einem sehr unterschiedlichen physikalisch-chemischen Milieu in den entsprechenden Feuchte- und Trockenzonen, die wahrscheinlich erheblichen Einfluß auf die mikrobiellen Prozesse im Boden haben. Das Vorhaben beeinhaltet drei wesentliche Ziele: Erstens soll die Benetzbarkeit von Aggregatoberflächen und von Primarpartikeln der Böden des Schwerpunktprogramms bestimmt werden. Mittels Messung des Kontaktwinkels, der Oberflächenenergien und der Oberflächenladung soll eine möglichst vollständige Kennzeichnung erfolgen. In einem zweiten Abschnitt sollen Untersuchungen der Bodenlösung erfolgen. Es ist beabsichtigt, die Oberflächenspannung zu messen sowie den Einfluß der Bodenlösung auf die Grenzflächeneigenschaften von Bodenpartikeln und Modelloberflächen, etwa Quarzglasoberflächen, zu erfassen. Schließlich sollen die Ergebnisse zu den Oberflächeneigenschaften gemeinsam mit den Resultaten anderer Projektteilnehmer kombiniert oder ergänzt werden

Quantification of small-scale physicochemical properties of intact macropore surfaces in structured soils

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.

Natürliche Bodenfruchtbarkeit

Die natürliche Bodenfruchtbarkeit bildet die Grundlage für die land- und forstwirtschaftliche Nutzung unserer Böden sowie für die Etablierung standortangepasster Vegetation. Das Bodenbewertungsinstrument Sachsen (2022) dient als methodische Grundlage für die Bewertung auf Basis der Bodenkarte Dresden (2024). Haupteingangsparameter ist die Menge des pflanzenverfügbaren Wassers (nFKWe) unter zusätzlicher Berücksichtigung von Hangneigung, Grundwassereinfluss, Bodentyp und kapillarer Aufstiegsrate.

Natürliche Bodenfruchtbarkeit (WMS Dienst)

Die natürliche Bodenfruchtbarkeit bildet die Grundlage für die land- und forstwirtschaftliche Nutzung unserer Böden sowie für die Etablierung standortangepasster Vegetation. Das Bodenbewertungsinstrument Sachsen (2022) dient als methodische Grundlage für die Bewertung auf Basis der Bodenkarte Dresden (2024). Haupteingangsparameter ist die Menge des pflanzenverfügbaren Wassers (nFKWe) unter zusätzlicher Berücksichtigung von Hangneigung, Grundwassereinfluss, Bodentyp und kapillarer Aufstiegsrate.

Steigerung der Kohlenstoffsequestrierung in Waldböden durch gezieltes Totholzmanagement, Teilvorhaben 2: Teilvorhaben Kohlenstoffstabilisierung und Bodenstruktur

Viele Forstbetriebe und forstliche Zertifizierungssysteme streben eine Erhöhung des Totholzanteils in Wäldern an, ganz vordergründig mit dem Ziel, rechtlich besonders geschützte Arten sowie die Biodiversität insgesamt zu erhalten und zu fördern. Eine weitere positive 'Nebenwirkung' der Belassung von Totholz könnte die Förderung der Kohlenstoffspeicherung in Waldböden sein. Bisher wurden derartige positive, klimawirksame Effekte durch Totholz jedoch wenig untersucht. Insbesondere gibt es unzureichende Kenntnisse zur Standortsabhängigkeit und zu den Einflüssen des forstlichen Managements auf die Speicherung von totholzbürtigem Kohlenstoff im Boden. Diese Lücke möchte das hier skizzierte Forschungsvorhaben schließen. Ziel des Projektes ist es nachzuweisen, dass mit einem angepassten Totholzmanagement die Anreicherung organischer Substanz im Boden, aber auch andere Bodenfunktionen wie die Wasserretention oder der Nährstoffhaushalt, gezielt beeinflusst werden können und damit die Biomasseproduktion erhöht, die Bioturbation angeregt und so der Boden-C-Vorrat stabilisiert und nachhaltig erhöht wird. Damit kann der positive Mehrwert bestehender, in der Regel mit Naturschutzzielen motivierter Konzepte zur Totholzanreicherung in Wäldern quantifiziert werden. Hierfür werden die Kohlenstoffvorräte in den Waldböden Baden-Württembergs auf der Basis von bereits existierenden und neu zu erhebenden Daten quantifiziert und mit Totholzinventuren verknüpft. Weiterhin sollen auf ausgewählten Flächen die Kohlenstoffausträge mit der Bodenwasser- und Gasphase gemessen werden. Über die Analyse von Bodenaggregaten soll bewertet werden, wie stabil der in den Boden eingetragene Kohlenstoff gespeichert wird und ob dieser Prozess zusätzlich die Speicherung von Wasser und Nährstoffen erhöht. Auf der Basis der Totholzinventuren und multivariater Zusammenhangsanalysen kann der Beitrag von Totholz auf die Boden-C--Vorräte auch für Regionen außerhalb von Baden- Württemberg abgeschätzt werden.

Bodenaushagerung nach Einstellung der Stickstoffduengung auf verschieden geduengtem Wirtschaftsgruenland zur Ueberfuehrung in Extensivgruenland

Auf vorher mit 0, 180, 300, 420 und 660 kg N/ha N zT aus Handelsduenger, zT aus Guelle; die Guelle zT als Vollguelle, zT als verduennte Guelle und zT mit Nachregnen-geduengten Flaechen wird nicht mehr mit N geduengt. Alle Varianten werden 4mal geschnitten. Ermittelt werden Trockenmasseertrag und N-Gehalt im Aufwuchs sowie NO3-Konzentration im Bodenwasser (90 cm Tiefe), Nmin im Boden bei 100 cm Tiefe und Gesamt-N und Gesamt-C bis 40 cm Tiefe.

Modelling root uptake processes in heterogeneous soils at the plant scale with a specific attention to biopores and rhizosphere impact on nutrient acquisition

The pattern of plant nutrient uptake in a soil profile is the result of complex processes occurring at the cellular or sub-cellular levels but affecting the whole-plant behaviour in function of the plant environment that varies strongly in time and space. The plant nutrient acquisition depends on root architecture and growth, on soil properties and heterogeneity, and on the 3-D distribution of nutrients and water. Equally important is how these parameters interact, as for instance how the nutrient distribution and soil properties and heterogeneity impact root growth or how nutrient and water limitation affect assimilate allocation. Mathematical modelling using a spatial resolution that resolves the spatial structure of the root structure and the nutrient and water distribution is therefore needed to quantitatively account for these complex and interacting processes and to predict plant nutrient uptake behaviour under environmental constraints. The main goal of the project is to build a modelling platform able to describe 3-D flow and transport processes in the soil to individual roots of an entire root system (WP1). Model parameters will be derived from specific experiments performed at the plant scale in the research group (WP3) and stored in a specific data warehouse (WP2). The impact of different parameters, which describe root growth and nutrient uptake at the single root scale, on nutrient uptake at the soil profile scale, will be investigated based on scenario analyses (WP4). Data on water and nutrient uptake and root growth from plant and field scale experiments will be compared with model predictions to validate the model. Simulations with the 3-D root scale model will be used to validate hypotheses and parameterizations of larger scale 1-D models that do not describe processes at the scale of individual roots (WP5 and SP10).

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