Das Projekt "CarboMais: C-Flüsse im Maisanbau" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung, Abteilung Grünland und Futterbau/Ökologischer Landbau durchgeführt. Die Nachhaltigkeit der Biogasproduktion im Hinblick auf die THG-Minderung wird entscheidend durch die Effekte des Substratanbaus auf die Veränderungen des organischen C-Gehaltes (Corg) des Bodens beeinflusst. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn im Rahmen von Landnutzungsänderungen mit einer Freisetzung großer CO2- und N2O-Mengen zu rechnen ist. Aber auch die Wahl der für die Substratproduktion eingesetzten Kulturart kann einen Effekt auf die Veränderung des Corg-Gehalt des Bodens haben. Trotz der immensen Bedeutung der Kohlenstoffflüsse im System Boden-Pflanze besteht noch erheblicher Forschungsbedarf was die Bewertung der Humuswirkung von Kulturpflanzenarten, insbesondere Mais, betrifft. Dies gilt speziell für Mais deshalb, weil die verfügbaren Daten zur Humusbilanz mehr als 30 Jahre alt sind und der Zuchtfortschritt der letzten Jahrzehnte damit nicht berücksichtigt ist. Das Ziel des Projektes besteht daher darin, in einem Feldexperiment die Effekte des in den letzten Jahrzehnten erfolgten Zuchtfortschritts von Mais auf dessen Wurzelmassenbildung, und damit auf die Humusreproduktionsleistung, erstmalig für nordwesteuropäisches Zuchtmaterial zu quantifizieren. In einem zweijährigen Feldversuch wird der Ertragsfortschritt von Wurzel- und Sprossmasse an einem Set von 10 mittelfrühen Silomaissorten geprüft, die in den letzten 40 Jahren zugelassen wurden. Hierzu wird mittels destruktiver und nicht-destruktiver Verfahren die Dynamik der Spross- und Wurzelmassenakkumulation quantifiziert. Ergänzende Erhebungen zu CO2-Flüssen (Gasaustausch, Bodenatmung) ermöglichen eine modellgestützte Ermittlung von sortenspezifischen C-Bilanzen.
Das Projekt "Reduced tillage and green manures for sustainable organic cropping systems" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Kassel, Lehr- und Forschungsgebiet Boden- und Pflanzenbauwissenschaften, Fachgebiet Ökologischer Land- und Pflanzenbau durchgeführt. Im ökologischen Landbau spielen die Erhaltung der Bodenfruchtbarkeit und somit auch die Bodenbearbeitung eine große Rolle. Über die Bodenbearbeitung sollen Prozesse wie z.B. die Nährstoffverfügbarkeit angeregt werden, welche die Produktivität steigern. Jedoch ist es nach wie vor schwierig die Nährstoffverfügbarkeit mit dem Nährstoffbedarf der Pflanzen in Einklang zu bringen und überschüssiges N zu binden. Da N für Ertrag und Qualität essentiell ist, müssen die Produktionsverfahren angepasst werden, um auch bei reduzierter Bodenbearbeitung N Verfügbarkeit zu garantieren, wobei auch Parameter wie Unkrautkonkurrenz und unterschiedlicher Wasserhaushalt unter diesen Bedingungen nicht außer Acht gelassen werden dürfen. Ziel dieses Projekts ist es insofern, die Nährstoffverfügbarkeit im Boden durch Einbringung von Gründüngung bei gleichzeitiger Reduzierung von externen Betriebsmitteln und geringerer Umweltbelastung zu erhöhen. Dabei soll vor allem die Wirkung unterschiedlicher Einarbeitungszeiten und -intensitäten verschiedener Gründüngungspflanzen auf den N und C Haushalt des Bodens untersucht werden.
Das Projekt "Vorhaben: Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität zu Köln, Institut für Geologie und Mineralogie durchgeführt. In TP3 (J. Rethemeyer, Uni Köln; G. Mollenhauer, AWI) des Verbundvorhabens erfolgt eine Bestimmung der Zusammensetzung und mikrobiellen Umsatzbarkeit des organischen Kohlenstoffs in Permafrostböden sowie des Kohlenstoffexports in limnische und marine Sedimente mithilfe von 14C als radioaktivem tracer. Schwerpunkte der Kölner Arbeitsgruppe sind 1) die Charakterisierung der Zusammensetzung der organischen Substanz in der Permafrostlandschaft und Identifizierung leicht abbaubarer und stabiler Kohlenstoffpools und 2) die Ermittlung des mikrobiellen Umsatzes fossiler und rezenter Permafrostablagerungen. Methodisch werden chemische und physikalische Fraktionierungsverfahren in Kombination mit Lipidanalytik und 14C-Datierung angewendet. Zu Projektbeginn erfolgt die Methodenentwicklung für die AMS 14C-Datierung von Lipiden und Gasen und die Planung der Expeditionen in 2014 und 2015. Schwerpunkt in 2014 ist die Auswahl geeigneter Standorte und nachfolgende 14C-Analyse des gesamten organischen Materials und physikalisch/chemisch separierter Fraktionen. In 2015-2016 erfolgt die Identifizierung und 14C-Datierung geeigneter pflanzlicher und mikrobieller Biomarker in den Permafrostablagerungen und in inkubierten Bohrkernproben (TP 5), die Gasprobenahme und anschließende 14C-Analyse sowie die Fortführung der chromatographischen Isolierung und 14C-Datierung mikrobieller Lipide. Es erfolgt eine kontinuierliche Datenauswertung und die Anfertigung von Publikationen.
Das Projekt "Einfluß reduzierter Stoffeinträge auf die C-Dynamik und C-Speicherung eines sauren Fichtenwaldbodens" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Göttingen, Büsgen-Institut, Abteilung Ökopedologie der Tropen und Subtropen durchgeführt. Temperate Wälder speichern große Mengen Kohlenstoff und gelten als wichtige Senke für atmosphärisches CO2. Der Anstieg der atmosphärischen CO2-Konzentration sowie die hohen atmosphärischen Stoffeinträge haben zu einem Anstieg der C-Speicherung in der Biomasse und möglicherweise im Boden geführt. Bisher ist unklar, wie sich eine drastische Reduzierung der Stickstoff- und Protoneneinträge auf den C-Umsatz und die C-Speicherung von N-eutrophierten und versauerten Waldböden auswirkt. Im Sollinger Dachprojekt wird das Szenario 'sauberer Regen' in einem Fichtenwald seit 1991 kontinuierlich verfolgt. Nach 9 Jahren 'sauberen Regens' nahm die Bodenrespiration signifikant um 24 Prozent zu. Diese Zunahme kann aus einem Anstieg der Wurzelrespiration oder einem erhöhten mikrobiellen Abbau der bodenorganischen Substanz resultieren. In dem Projekt soll der Einfluß des 'sauberen Regens' auf die C-Dynamik und C-Speicherung des Fichtenwaldbodens im Solling untersucht und modelliert werden. Das Ziel soll durch (1) wöchentliche Messung der Bodenrespiration und des CO2-Konzentrationsprofils im Boden, (2) Partitionierung der Bodenrespiration durch Bestimmung der 13CO2- und 14CO2-Gehalte, (3) Altersbestimmung und Berechnung der Umsatzzeiten der bodenorganischen C-Fraktionen und der Feinwurzeln erreicht werden.
Das Projekt "Räumliche und zeitliche Muster verschiedener Kohlenstofffraktionen in Böden - ein MIR-spektroskopischer Ansatz" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn, Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES), Bereich Bodenwissenschaften, Allgemeine Bodenkunde und Bodenökologie durchgeführt. The specific environmental conditions adjacent to potentially mineralizable organic matter, control the CO2 production in soil. This study aims at identifying spatiotemporal patterns of different soil carbon pools and to relate them to patterns of soil characteristics (clay, iron oxide, etc.), to soil microclimate, and to CO2 evolution. For the assessment of these soil properties we will utilize mid-infrared spectroscopy. This technique has recently been suggested for characterizing soils in Australia and the US, and should thus also provide high potential for the minimum-invasive quantification of soil properties in Western Europe.
Das Projekt "Der Faktor Mensch bei der Pedogenese und Akkumulation organischer Bodensubstanz in der oreotropischen Stufe der Anden in Süd-Peru" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Göttingen, Geographisches Institut, Abteilung Landschaftsökologie durchgeführt. Der menschliche Einfluss durch Landnutzung hat global zu starken Veränderungen in der Bodenentwicklung geführt und verursachte Verluste von Kohlenstoff aus terrestrischen Ökosystemen. Trotz relativ langsamer netto-Änderungen ist organische Bodensubstanz eine der wichtigsten Speichergrößen für Kohlenstoff. Der heutige Stand der Forschung zeigt dass die Größe der Quellen- oder Senkenfunktion von Böden für atmosphärisches Kohlenstoffdioxid von Bodeneigenschaften abhängt, die wiederum das Ergebnis pedogenetischer Prozesse sind. Bisher wurden allerdings Landnutzung und Kohlenstoffspeicherung kaum hinsichtlich ihrer Verbindung mit pedogenetischen Prozessen erforscht. Ein Grund ist sicherlich dass es kaum Referenzflächen gibt, die sicher als natürlich bezeichnet werden können aber trotzdem vergleichbare Bedingungen zu genutzten Flächen aufweisen. In der Region Cusco in den peruanischen Anden haben wir solche natürlichen Flächen identifizieren können. Sie liegen an abgelegenen Berghängen und sind nur mit Bergsteigerausrüstung zu erreichen, sind aber direkt mit Flächen benachbart die seit Jahrtausenden durch extensive Weidewirtschaft gekennzeichnet sind. Unsere Hypothesen lauten (a) Landnutzung und assoziierte Veränderungen in der Vegetation beeinflussten die Bodenentwicklung so stark dass sich in natürlichen und genutzten Böden unterschiedliche Klassifikationseinheiten entwickelten und (b) Landnutzung und veränderte Bodenentwicklung haben die relative Bedeutung von Mechanismen der Stabilisierung organischer Bodensubstanz verschoben. Um diese Hypothesen zu untersuchen werden Bodenklassifizierung und Indikatoren der Profilentwicklung genutzt und mit der Verteilung der organischen Bodensubstanz in Fraktionen unterschiedlicher Stabilisierungsmechanismen in Verbindung gebracht. Die Verbindung von Aspekten der Bodengenese mit der Stabilisierung der organischen Bodensubstanz wird das Verständnis des menschlichen Einfluss auf Kohlenstofffestlegung im Boden verbessern und kann somit helfen Strategien zu entwickeln die den Landnutzungsinduzierten Verlust von Kohlenstoff in die Atmosphäre verringern.
Das Projekt "Mikrobielle C/N-Stofftransformation im Boden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung e.V., Institut für Landschaftsstoffdynamik durchgeführt. Zielsetzung: Beitrag der Mikroorganismen und Bodenenzyme beim C/N-Umsatz in exemplarisch ausgewählten Böden; Ableitung eines bodenbiochemischen Indexes als Indikatorgröße zur funktionellen Bodengüte.
Das Projekt "Untersuchung von Mangan als Regulator beim Blattstreuabbau und als Wirkungsvariable des CO2 - Minderungspotenzials von deutschen Waldböden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Köln, Geographisches Institut, Arbeitsgruppe Bodengeographie,Bodenkunde durchgeführt. Als wichtige Kohlenstoffspeicher sind Wälder für den Klimawandel mit der daraus resultierenden Erderwärmung von großer Bedeutung. Eine bedeutende Rolle im Kohlenstoffkreislauf von Wäldern spielt die organische Auflage von Waldböden. Hier wird einerseits kontinuierlich Kohlenstoff über Streufall, insbesondere über Blattstreu, eingetragen, findet andererseits ein beständiger Abbau von Streu durch Bodenorganismen mit einhergehender Freisetzung von klimawirksamem Kohlendioxid (CO2) statt. Nur ein Teil des streubürtigen Kohlenstoffs wird in sehr stabile Kohlenstoffverbindungen (Humus) umgewandelt und so langfristig der Atmosphäre entzogen. Die Bilanz zwischen Streueintrag und Streuabbau entscheidet über die Kohlenstoffspeicherung in den organischen Auflagen von Wäldern. Somit übt das Ausmaß des Blattstreuabbaus eine zentrale Rolle im CO2-Minderungspotenzial von Waldökosystemen aus. Neuere Forschungen zeigen, dass zwischen dem Mangangehalt der Blattstreu und der Höhe des Streuabbaus ein signifikanter positiver Zusammenhang besteht. Ausgehend von den neuen Erkenntnissen postulieren wir, dass dem Mangan eine ähnlich regulatorische Rolle beim Streuabbau in deutschen Waldböden zukommt. Bisher liegen nach unserem Wissen dazu aber keinerlei Kenntnisse vor. Mit diesem Projekt möchten wir klären, ob die Mangangehalte in der Blattstreu und deren Entwicklung im Laufe der Zersetzung eine wichtige Wirkungsvariable für die Rate des Humusaufbaus und der Kohlenstoffspeicherung in deutschen Wäldern dar-stellen oder nicht. Um dieses Ziel zu erreichen, sollen Streuabbauversuche mit der Netzbeutelmethode ('litter bags' ) über einen Zeitraum von 30 Monaten an 18 repräsentativen Waldstandorten in sechs Bundesländern in situ durchgeführt werden. Wenn unsere Hypothese zutrifft, können baumart- und standortspezifische 'limit values' des Streuabbaus sowie deren Abhängigkeit von der Manganversorgung identifiziert werden und diese Werte in biogeochemische Kohlenstoff-Modelle einfließen.
Das Projekt "Bedeutung von Eisenoxiden und Tonmineralen für die Stabilisierung der organischen Substanz im Unterboden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt, Lehrstuhl für Bodenkunde durchgeführt. Das Wissen über die Menge, Zusammensetzung und Umsetzung der organischen Substanz in Böden der gemäßigten Breiten beschränkt sich bis auf wenige Ausnahmen auf die Oberböden (A-Horizonte und Auflagen) Hier finden sich die höchsten Konzentrationen der organischen Substanz. Jüngere Inventurarbeiten haben nun gezeigt, daß auch im Unterboden (B- und Cv-Horizonte) beträchtliche Mengen an organischer Substanz, allerdings in niedrigen Konzentrationen vorliegen. Ziel des geplanten Vorhabens ist es, (1) die Menge der organischen Substanz im Unterboden zu erfassen, (2) ihre Zusammensetzung und Herkunft zu bestimmen und (3) ihre Umsetzbarkeit zu erfassen. Daraus sollen Rückschlüsse auf die Stabilisierungsmechanismen der organischen Substanz im Unterboden gezogen werden. Nach einer Inventur der Bodenprofile an den SPP-Standorten (C-Gehalte, 14C-Alter) erfolgt die Erfassung der Zusammensetzung der organischen Substanz mittels Festkörper-13C-NMR-Spektroskopie. Die Zusammensetzung der Lipid-, Polysaccharid- und Ligninfraktion soll Hinweise auf die Herkunft der stabilisierten organischen Substanz differenziert nach oberirdischen, unterirdischen Pflanzenrückständen und mikrobiellen Resten geben. Abbauversuche unter kontrollierten Bedingungen im Labor und die Erfassung des 14C-Alters des freigesetzten CO2 sollen Aufschluß über die Umsetzbarkeit des 'jungen' und 'alten' C im Unterboden geben. Dabei werden jeweils die Profile über die gesamte Entwicklungstiefe untersucht, um die Ergebnisse der Unterbodenhorizonte in Bezug zu den Oberböden und zu den Ergebnissen anderer AG im SPP zu setzen. Darauf aufbauend können dann in den nächsten Phasen des SPP die Eigenschaften der organischen Substanz im Unterboden und die Regulation der C-Umsetzungen im Unterboden untersucht werden.
Das Projekt "Mechanismen und Regulation der Bildung von langfristig stabilem Humus aus pyrogenem und inkohltem Material" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn, Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES), Bereich Bodenwissenschaften, Allgemeine Bodenkunde und Bodenökologie durchgeführt. Neuere Untersuchungen zeigen, daß pyrogener Kohlenstoff (Cpyr) häufig eine wichtige Komponente von stabilem Humus zu sein scheint, was im Hinblick auf die Quellen- und Senkenfunktion von Böden vor CO2 von Bedeutung ist. So fanden Schmidt et al. (1999), Glaser (1999) und Zech et al. (unveröffentlicht) bis zu 50 Prozent Cpyr in der organischen Substanz humusreicher Böden. Da Dauerversuche gute Voraussetzungen bieten, um die Mechanismen der Humusstabilisierung zu studieren, beabsichtigen wir die Rolle von Cpyr bei der Bildung von stabilem Humus in mitteleuropäischen Schwarzerden (sie enthalten bis u 45 Prozent Cpyr; Schmidt et al., 1999) der Projektstandorte Halle und Bad Lauchstädt zu studieren. Dazu werden Wechselbeziehungen von Cpyr mit mineralischen Komponenten der Feinerde und ausgewählten Fraktionen (Textur-, Aggregat-, Dichtefraktionen) untersucht. Um langfristige oxidative Veränderungen von Cpyr festzustellen, werden archivierte Bodenproben untersucht. Ein Langzeit-Inkubationsversuch mit isotopenmarkiertem Material soll Auskunft darüber geben, wie schnell sich Cpyr chemisch verändert und welche Faktoren steuernd wirken.
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