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Transformation und Stabilisierung organischer Substanz durch Bodenarthropoden: Mikrobielle Aktivitäten und Funktion der alkalischen Abschnitte im Darm humusfressender Käfer- und Dipterenlarven

Die streu- und humusfressende Makrofauna spielt eine wichtige Rolle beim Abbau und bei der Stabilisierung organischer Substanz im Boden. Anhand ausgewählter Modellorganismen (Käfer- und Dipterenlarven) soll untersucht werden, welche Rolle den besonderen physikochemischen Verhältnissen in den Intestinaltrakten dieser Tiere, insbesondere den extrem alkalischen Darmabschnitten, sowie der ausgeprägten Darmmikrobiota bei den Stabilisierungsprozessen zukommt. Mit chromatographischen und spektro-skopischen Methoden sollen die chemische und mikrobielle Transformation der organischen Substanz und der mikrobiellen Biomasse des Bodens verfolgt werden. Weitere Schwerpunkte liegen bei der Rolle von Humin-stoffen als Mediatoren der mikrobiellen Reduktion von Eisenverbindungen sowie beim Beitrag der mikrobiellen Produk-tion des Darms zur refraktären organischen Substanz in den Ausscheidungen der Tiere. Die Untersuchungen beinhalten den Einsatz von Mikrosensoren, die Mikroinjektion von Radiotracern und Fütterungsexperimente mit Huminstoff-Modellverbindungen.

Wechselwirkungen zwischen Bodenorganismen und Maßnahmen ackerbaulicher Bodennutzung

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.

Schutzkulisse der Moor- und Anmoorböden

Die Schutzkulisse der Moor- und Anmoorböden dient zum Vollzug des Dauergrünlanderhaltungsgesetzes (DGLG) und zur Anwendung im Rahmen der Gemeinsamen Agrarpolitik (GAP) der Europäischen Union in Bezug auf den Standard GLÖZ 2 (Schutz von Feuchtgebieten und Mooren). Die Karte der Moor- und Anmoorböden zeigt Flächen nach DGLG § 3 Abs. 1, Satz 1, Nr. 6 und 7 sowie nach dem GLÖZ 2 Standard der GAP als orientierende Darstellung. Sie dient der Landwirtschaftsverwaltung beim Vollzug der Regelungen und gibt den Landwirtinnen und Landwirten Auskunft über die zur Prüfung der Anträge verwendeten Unterlagen. Für die Zugehörigkeit zur Kulisse der Moor- und Anmoorböden gelten folgende Mindestanforderungen: Im Boden bis 40cm unter Flur gibt es eine mindestens 10cm mächtige Schicht mit mindestens 15% Humus. Diese Prozentzahl entspricht den bodenkundlichen Kriterien für einen anmoorigen Boden, für Moorböden werden 30% Humus in einer Mächtigkeit von 30cm gefordert. Dabei ist zu beachten, dass sich die humusreiche Schicht entsprechend der Definition nicht zwingend an der Geländeoberfläche befinden muss. Die Karte wurde aus vorhandenen Informationsgrundlagen abgeleitet und durch Beprobung und Laboranalytik abgesichert. Es wird nicht nach Anmoor und Moor und auch nicht nach der Mächtigkeit der humosen Schichten differenziert. Es werden zusammenhängende Flächen >2 ha dargestellt. Ausnahmen gelten für inhaltlich zusammengehörige Flächen, die durch topographische Elemente wie Straßen und Fließgewässer voneinander getrennt vorliegen. Bei ihnen muss die Summe der Einzelflächen >2 ha sein. Die Karte ist nicht auf die landwirtschaftlich genutzte Fläche beschränkt sondern zeigt die Moore und Anmoore über alle Nutzungsarten.

Bodenempfindlichkeit: Erodierbarkeit durch Wind

Die Anfälligkeit eines Standortes für die Erosion durch Wind ergibt sich aus der Erodierbarkeit der Böden und nimmt mit der Erosivität des Windes am Standort zu (zunehmendes Jahresmittel der Windgeschwindigkeit, DIN 19706). Die Erodierbarkeit der Böden durch Wind nimmt vom Anteil an Ton über Lehm und Schluff zu Sand an der Bodenmatrix zu und wird zusätzlich von der organischen Substanz beeinflusst.

INSPIRE: Organic Matter Content of Top-Soils in Germany 1:1,000,000 (BUEK1000-HUMUS-OB)

The map ”Organic Matter Content of Top-Soils in Germany 1:1,000,000 (INSPIRE)” highlights the results of a Germany-wide compilation of typical soil organic matter contents in top-soils differentiated according to groups of soil parent material, four climatic areas and the main land use. The evaluation is based on more than 9000 soil data profiles with information about Soil Organic Matter (SOM) from a period of about 20 years. The report 'The Organic Matter Content of Top-Soils in Germany', BGR Archive, No. 0127036 (in German) documents the methodology. To transform the organic matter content (of the original dataset HUMUS1000OB) into INSPIRE-relevant organic carbon content (CORG1000OB), we applied the van Bemmelen factor (1.724). According to the “Data Specification on Soil“ (D2.8.III.3_v3.0) and the “Guidelines for the use of Observations & Measurements and Sensor Web Enablement-related standards in INSPIRE“ (D2.9_v3.0) the content of the map “Organic Matter Content of Top-Soils in Germany 1:1,000,000“ is stored in a single INSPIRE-compliant GML file: buek1000-humus-ob_SoilDerivedObject.gml. The data has been transformed into the following INSPIRE-Feature Types (Spatial Object Types): “SoilDerivedObject“, “OM_Observation“ and “OM_Process“. The GML file together with a Readme.txt file is provided in ZIP format (BUEK1000-HUMUS-OB-INSPIRE.zip). The Readme.text file (German/English) contains detailed information on the GML file content. Data transformation was proceeded by using the INSPIRE Solution Pack for FME according to the INSPIRE requirements.

Ausbau und Weiterentwicklung bodenbezogener Indikatoren für die nationale und EU weite Berichterstattung zur Klimaanpassung und zum Klimaschutz

Indikatoren sind Grundlage, um das Ausmaß der Bodendegradation in der zeitlichen Entwicklung bewerten und die Umsetzung politischer Strategien zu ⁠ Klimaschutz ⁠ und zur Klimaanpassung im Hinblick auf ihren Erfolg zu prüfen und weiter vorantreiben zu können. Der Bericht dokumentiert das Spektrum an Bodenindikatoren auf nationaler und auf EU-Ebene. Darüber hinaus wurden im Projekt Vorschläge für zwei weitere Bodenindikatoren erarbeitet, welche thematisch bestehende Lücken bei der Berichterstattung auf nationaler Ebene zur Bodenbiologie und der organischen Bodensubstanz schließen sollen. Sie knüpfen an die bereits etablierten national sowie international abgestimmten Indikatoren an und ergänzen diese. Veröffentlicht in Texte | 75/2025.

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.

Linking nutrient cycles, land use and biodiversity along an elevation gradient on Mt. Kilimanjaro

To understand impacts of climate and land use changes on biodiversity and accompanying ecosystem stability and services at the Mt. Kilimanjaro, detailed understanding and description of the current biotic and abiotic controls on ecosystem C and nutrient fluxes are needed. Therefore, cycles of main nutrients and typomorph elements (C, N, P, K, Ca, Mg, S, Si) will be quantitatively described on pedon and stand level scale depending on climate (altitude gradient) and land use (natural vs. agricultural ecosystems). Total and available pools of the elements will be quantified in litter and soils for 6 dominant (agro)ecosystems and related to soil greenhouse gas emissions (CO2, N2O, CH4). 13C and 15N tracers will be used at small plots for exact quantification of C and N fluxes by decomposition of plant residues (SP7), mineralization, nitrification, denitrification and incorporation into soil organic matter pools with various stability. 13C compound-specific isotope analyses in microbial biomarkers (13C-PLFA) will evaluate the changes of key biota as dependent on climate and land use. Greenhouse gas (GHG) emissions and leaching losses of nutrients from the (agro)ecosystems and the increase of the losses by conversion of natural ecosystems to agriculture will be evaluated and linked with changing vegetation diversity (SP4), vegetation biomass (SP2), decomposers community (SP7) and plant functional traits (SP5). Nutrient pools, turnover and fluxes will be linked with water cycle (SP2), CO2 and H2O vegetation exchange (SP2) allowing to describe ecosystem specific nutrient and water characteristics including the derivation of full GHG balances. Based on 60 plots screening stand level scale biogeochemical models will be tested, adapted and applied for simulation of key ecosystem processes along climate (SP1) and land use gradients.

Global distribution of deltaD values in C-bonded hydrogen of soil organic matter

Stable isotope ratios of various elements including H ((D), C, N, and S have been related to origin and turnover of soil organic matter (OM), because incomplete (bio)chemical reactions fractionate stable isotopes. On a global scale, the (D values in precipitation are related to the number of rain events that water vapor undergoes on its way to the poles, across mountains or towards inland because of evaporation/condensation-related isotope fractionation. As plants rely on local water sources that reflect the global distribution of (D values in precipitation for biosynthesis, C-bonded H in soil OM might show a geographically ordered distribution of (D values on a global scale. However, C-bonded (D values in soil OM might locally be modified by organic matter turnover. Our objectives are to 1) establish a method for the analysis of (D values of C-bonded H in soil, 2) determine the relationship between (D values in precipitation and in C-bonded H of soil OM on a global scale, 3) quantify the effect of decomposition on C-bonded (D values in soil OM with laboratory incubations and by assessing the vertical distribution of (D values in C-bonded H of soil OM in different climates (litter to subsoil). The proposed project adds a novel quantitative tool in Physical Geography to improve our understanding of C sequestration and turnover at the global scale.

Flugstaubeintrag und seine Wirkung auf die Bodenbildung im waldfreien Karst der Nördlichen Kalkalpen

Die Untersuchungsgebiete liegen in den alpinen bis nivalen Höhenstufen der Nördlichen Kalkalpen. Dort existieren auf verkarsteten Kalken (CaCO3-Gehalte größer 96 Prozent) unterschiedliche Entwicklungsstufen der humusreichen Rendzina (A-C-bzw. O-C Profile) sowie verbraunte und braune Bodentypen (A-B-C-Profile). Alle Böden, besonders die braunen Varianten, weisen allochthone Glimmer, Silikate und Schwerminerale auf. So wird der Einfluß von Flugstäuben auf die Solumbildung evident. Aus diesem Sachverhalt resultieren als Forschungsschwerpunkte die rezente Flugstaubdynamik und die dadurch beeinflußte Bodengenese auf Kalkstein. Im Rahmen des geplanten Projekts ergeben sich folgende Kernfragen: 1. Wie sind die Flugstäube durch die beeinflußten Böden in den einzelnen Höhenstufen verbreitet? Welche Geofaktoren steuern die räumliche Verteilung? 2. Wieviel Flugstaub wird rezent (Größenordnung, (mm/a) eingetragen? Welche Hauptliefergebiete gibt es? Wie korrelieren Staubmenge und Solummächtigkeit? 3. Wie verändern die Stäube die Böden? Welchen Anteil haben autochthone Terrae fuscae, allochthone Braunerden und Mischformen? Welche Divergenzen und Konvergenzen der Bodenbildung gibt es in den einzelnen Untersuchungsgebieten? Gibt es Anhaltspunkte für mögliche Bildungszeiträume eine Alterseinstufung der Böden?

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