Im Rahmen des SFB 192 der Universität Kiel zur 'Optimierung pflanzenbaulicher Produktionssysteme im Hinblick auf Leistung und Ökologische Effekte' im Teilprojekt B1 wurden 9 Jahre hindurch die Wechselwirkungen zwischen Bodenorganismen (mikrobielle Biomasse, Enzymaktivitäten, Regenwurmabundanzen und -biomassen und Fraßaktivitäten der Bodenfauna) und ackerbaulichen Maßnahmen (Pflugdrillsaat gegenüber Fräßsohlensaat, variierte mineralische und organische Düngung, variierter Fungizideinsatz) in Ackerböden einer Jungmoränenlandschaft untersucht. Seitens Elnser, Bode und Seese/Frahm wurden die Bodenorganismen, seitens Frey die Luft- und Nährstoffdynamik und seitens VICTORINO die Gefügedynamik und die Eigenschaften der Humuskörper seitens Beyer und Köbbemann studiert. Ziel des Vorhabens ist es, durch eine integrierende, rechnergestützte Auswertung aller Untersuchungsergebnisse die längerfristige Wirkung unterschiedlicher Bodenbearbeitung, mineralischer und organischer Düngung sowie unterschiedlichen Fungizideinsatzes auf die Bodenorganismen statistisch abgesichert aufzuarbeiten und zu klären. Gleichzeitig soll die Bedeutung der Mikroorganismen und Bodentiere für die Eigenschaften des Bodenhumus, für die Gefügebildung und für die Nährstoffmobilisierung aus organischer Bindung herausgestellt werden und zwar unter Berücksichtigung einer starken Bodenvariabilität.
Die groesste Zahl chemischer Behandlungen (ca. 2/3) faellt im Obstbau auf die Zeit des Heranwachsens der Fruechte (Mai bis Oktober). Aus biologischen Gruenden und zum Schutze des Verbrauchers waere es wuenschenswert, die Bekaempfungsmassnahmen auf die Zeit vor Beginn des Fruchtansatzes zu konzentrieren. Mit vorliegendem Versuchsprogramm wird die Art der Ueberwinterung einiger der wichtigsten Schadpilze von Obstbaeumen und die Moeglichkeit der Bekaempfung der Ueberwinterungsherde naeher untersucht.
Die modernen Fruchtfolgeforschung am Institut hat sowohl die Schwaechen hackfruchtintensiver als auch getreidereicher Anbausysteme deutlich werden lassen. Bei intensiver mineralischer und organischer Duengung sowie entsprechender Bodenbearbeitung ist es in beiden Systemen moeglich, den Fruchtbarkeitszustand des Bodens auf ein hohes Niveau anzuheben. Die entsprechende Transformation in Leistung bzw. Ertrag bleibt vielfach aus, da sie durch tierische und pilzliche Schaderreger unterbrochen bzw. verhindert wird. Diesen Engpass zu vermeiden, werden in den Faellen, in denen eine Sanierung mit Acker- und Pflanzenbaulichen Massnahmen nicht moeglich ist, in den hackfruchtbetonten Fruchtfolgen Nematizide, in den Getreidefolgen systemische Fungizide in verschiedenen Konzentrationen eingesetzt. Der artspezifischen Verunkrautung wird durch Herbizide auf neuer Wirkstoffbasis begegnet.
Die Versorgung der Apfelfrüchte mit Ca2+ ist oft unzureichend, was zu physiologischen Erkrankungen, erhöhter Atmungsaktivität und zu Anfälligkeit gegen Krankheiten führen kann. Diese Probleme lassen sich nicht durch Maßnahmen im Bereich Wurzel/Boden lösen, so daß Applikation von Calciumchlorid oder Calciumnitratlösungen auf die Früchte weltweit praktiziert werden. Zahlreiche Spritzungen werden empfohlen, um den Ca-Gehalt der Früchte meßbar zu erhöhen, und das Auftreten der Stippigkeit zu reduzieren. Trotzdem ist die Wirkung oft unzureichend und deshalb werden außerhalb Europas die Früchte nach der Ernte mit CaCl2-Lösungen infiltriert. Dieses Verfahren ist außerordentlich effektiv, darf aber in Deutschland und anderen europäischen Ländern nicht angewandt werden. Damit bleibt die Applikation von Calciumsalzlösungen durch Spritzung auf die Früchte vor der Ernte die einzige Alternative. Obwohl es hunderte von Veröffentlichungen zum Thema Stippigkeit gibt, ist die Aufnahme in Früchte bisher nie systematisch untersucht worden. Um zu klären, wann und wie häufig gespritzt werden muß, sind solche Versuche aber unerläßlich. Im Wesentlichen geht es um die Beantwortung der folgenden Fragen: (1) Wie ändert sich die Geschwindigkeit der Aufnahme von CaCl2 im Verlauf der Fruchtentwicklung? Wie viele Behandlungen sind erforderlich und welche Zeitpunkte sind optimal? (2) Welchen Einfluß haben Schorffungizide auf die Calciumaufnahme? Die Literaturrecherche ergab, daß zu diesen Fragen bisher keine systematischen und quantitativen Untersuchungen durchgeführt worden sind. Eigene Vorversuche haben ergeben, daß viele Zusatzstoffe die Calciumaufnahme drastisch reduzieren.
Durch erhoehten Kohlendioxid- und verminderten Sauerstoffgehalt der Atmosphaere wird die Stoffwechselaktivitaet lebender Pflanzenteile reduziert: die Zellsubstanz und damit auch die natuerliche Widerstandsfaehigkeit des Pflanzenmaterials gegen Faeulniserreger werden dadurch besser erhalten; der prophylaktische Einsatz von fungiziden Chemikalien kann dadurch eingeschraenkt werden.
The impact of matter input from terrestrial sources on aquatic systems is well known. The reverse process, i.e. the transport from water (source) to land (sink) in aquatic-terrestrial metaecosystems, has received less attention. In SystemLink, we focus on the bottom-up and topdown mediated interactions in terrestrial ecosystems, which propagate from aquatic environments as a result of their exposure to anthropogenic stress. We consider micropollutants (fungicides and insecticides) and invasive species (riparian plants and invertebrates) as important manifestations of multiple stressors in disturbed aquatic ecosystems. We hypothesise that 1) invasive invertebrates and insecticide exposure and 2) invasive riparian plants and fungicide exposure cause top-down and bottom-up mediated responses in terrestrial ecosystems, respectively. We test these general and several more specific hypotheses through collaborative experiments in replicated outdoor aquatic-terrestrial mesocosms (site-scale) amended by joint pot experiments (batch-scale), field studies (landscape-scale), and modelling. All experimental setups will be derived from the landscape scale representing a multi-stress environment. Several scales will regularly be combined to overcome scale-specific restrictions and to ensure both cause-effect quantification as well as environmental relevance of the results. Ultimately, SystemLink thrives to increase our knowledge on effect translation across ecosystem boundaries. By integrating biogeochemical fluxes and biological subsidies we will be able to quantify their relative importance. Furthermore, we will closely combine the often-separated aquatic and terrestrial research areas. The qualification program comprises three pillars: First, research teams of two to four PhD students will work on related scientific problems; their cooperation will become evident through joint presentations and scientific publications. Second, the establishment of a fasttrack study will promote the scientific career of talented students from secondary school until the PhD phase. Third, each participating student will receive a documented and regularly updated Research and Study Profile tailoring their PhD program to their individual needs. The principal investigators of this proposal were specifically recruited to represent a variety of complementary disciplines. Their cooperation forms the basis for the interdisciplinary research focus on 'environment' as one of three central topics at the University Koblenz-Landau.
Leistungsfähiges Pflanzgut mit guter Boden- und Klimaanpassung bildet die Grundlage der einer umweltgerechten Pflanzenproduktion. Dies trifft in gleicher Weise auf den Weinbau zu. Neben der Globalisierung der Märkte gehört sicherlich die Klimaveränderung zu den größten Herausforderungen der Gegenwart. Das größte Problem sind in zunehmendem Maß eine wärmere Witterung kombiniert mit Starkregenereignisse während der Traubenreifung und die dadurch ausgelöste Traubenfäule. Wegen der besonderen Bedeutung von Weinlandschaften für Tourismus und Wirtschaft kommt dem Weinanbau hierbei eine besondere gesellschaftliche Bedeutung zu. Die Sicherung der Produktion von gesunden Trauben steht daher an erster Stelle. Ein lockerer Traubenaufbau durch längere Beerenstielchen und/oder kleinere Beeren sowie festere Beerenschale können den Fäulnisbefall stark reduzieren. Sie sind damit ein hervorragendes Resistenzmerkmal und können den Einsatz von Spezial-Botrytiziden erheblich vermindern. Solche Formen der apparenten Resistenz sind sehr stabil, da der Pathogen sie nur schwer überwinden kann und daher hervorragend für langlebige Kulturpflanzen, wie die Weinrebe geeignet. Das Fachgebiet entwickelt von den traditionell in Deutschland angebauten Rebsorten Klone mit lockerem Traubenaufbau und damit einhergehender hoher Resistenz gegen Traubenfäulen. Hierzu wird Zuchtmaterial, das im Rahmen dieses oder weiterer Projekte gesammelt wurde, auf seine Widerstandsfähigkeit gegen Traubenfäulen und weitere weinbaulich relevante Eigenschaften getestet. Ziel ist die Entwicklung von Klonen traditioneller Rebsorten mit hoher Traubenfäuleresistenz kombiniert mit einem stabilen Ertrag und hoher Trauben und Weinqualität, um deutschen Winzern entsprechendes Pflanzgut zur Verfügung zu stellen und damit einerseits die Applikation von Fungiziden zu reduzieren und gleichzeitig die Konkurrenzfähigkeit der heimischen Produktion an ihren traditionellen Standorten sichern zu helfen.
In der ersten Projektphase untersuchten wir die Auswirkungen von Fungiziden auf den Abbau organischen Materials in Bächen und fanden, dass der Fungizid-Toxizitätsgradient mit Änderungen in mikrobiellen Gemeinschaften und einem Rückgang des mikrobiellen Abbaus organischer Substanz assoziiert war. In der zweiten Projektphase werden die Wirkmechanismen von Fungiziden auf mikrobielle Gemeinschaften und die mögliche Effektfortpflanzung auf den Abbau organischen Materials näher beleuchtet. Darüber hinaus werden wir versuchen die Unterschiede in den Effektschwellen zwischen Felduntersuchungen und den wenigen Studien unter Laborbedingungen zu erklären. Im ersten Arbeitspaket werden die Wirkmechanismen von Fungiziden auf den mikrobiellen Blattabbau genauer betrachtet. Das Experiment setzt freilandrelevante Bedingungen ein wie wiederholte Schadstoffexposition, Fraßdruck durch wirbellose Zersetzer und mehrere Zyklen von mikrobieller Besiedelung und Zersetzung. Dieses Experiment wird an 6 Orten weltweit mit ortstypischen wirbellosen Zersetzern und Blättern (Konsortium von Labors aus Australien, Kanada, Deutschland, Dänemark, Costa Rica und Schweden) durchgeführt und verwendet eine Expositionsmuster mit Mischungen aus einer globalen Analyse von Fungizidkonzentrationen in Oberflächenwassern. Die gemessenen Endpunkte umfassen die Blattabbaurate, das Wachstum der Wirbellosen und die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft sowie deren Biomasse. Wir werden Effektschwellen für Fungizide ableiten und hypothetisieren, dass die Effekte über die Zeit kumulieren, und dass dies Unterschiede in den Effektschwellen von Labor- und Feldstudien erklären kann. Das zweite Arbeitspaket zielt darauf ab, die mögliche Kausalität des Zusammenhangs zwischen Fungizid-Toxizität und Veränderungen der mikrobiellen Gemeinschaften sowie dem Abbau organischen Materials näher zu untersuchen. Dabei wird eine Feldstudie in jeweils 6 Bächen mit hoher und niedriger Fungizidbelastung durchgeführt, in denen eine relativ unbelasteten Probestelle stromaufwärts (am Waldrand) und eine stromabwärts gelegene Probestelle ausgewählt werden (d.h. insgesamt 24 Stellen). Die Feldstudie umfasst den Zeitraum vor dem Fungizideinsatz bis zum Zeitraum mit dem höchsten Fungizideinsatz und beinhaltet den Vergleich der mikrobiellen Gemeinschaften und des mikrobiellen Abbaus zwischen Bachabschnitten stromaufwärts und stromabwärts. Blatttaschen die in relativ unbelasteten und belasteten Abschnitten mikrobiell besiedelt wurden werden eingesetzt, um (1) Unterschiede in der Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaften und im Blattabbau und deren Beziehung zum Fungizid-Anwendungszeitraum und zur Fungizidbelastung zu identifizieren, und (2) die Auswirkungen der Fungizidbelastung auf die mikrobielle Besiedelung zu untersuchen. Insgesamt wird dieses Folgeprojekt mechanistische Erklärungen liefern sowie weitere Belege für die Kausalität von Fungizid-Toxizität und ökologischen Endpunkten.
Die Wirkung von Fungiziden, Insektiziden und Wachstumsregulatoren auf den Abbau verschiedener Herbizide wird unter Labor- und Feldbedingungen untersucht. Die Wirkung dieser Pestizidkombination auf die mikrobielle Aktivitaet des Bodens wird ebenfalls untersucht.
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