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Schwerpunktprogramm (SPP) 1374: Biodiversitäts-Exploratorien; Exploratories for Long-Term and Large-Scale Biodiversity Research (Biodiversity Exploratories), Teilprojekt: Biodiversität Nitrate-Reduzierender Mikroben in Grünlandböden erfasst durch Hochdurchsatz-Kultivierung und Genomik (Akronym: BE-Cult)

Das Projekt BE-Cult wird sich mit der Biodiversität von nitratammonifizierenden (syn. Dissimilatorischen Nitrat-zu-Ammoniumreduzierenden, DNRA) Bakterien in Böden von wenig und intensiv genutzten Grünländern der Biodiversitätsexploratorien (BEs) an allen Grünland-VIPs (very intensively studied plots) beschäftigen. Die Funktion Stickstoff (N) durch DNRA-Bakterien im Boden zu halten, wurde lange Zeit nur wenig wahrgenommen und die quantitative Rolle bei der Lachgas-Freisetzung aus Böden nicht untersucht. Aus diesem Grund gibt es umfassende Informationen zur Biodiversität und Ökophysiologie von denitrifizierenden aber nicht zu DNRA-Boden- Mikroorganismen. Die Konsequenz dieser historischen Entwicklung ist, dass heute wenig über die Ökophysiologie und Bedeutung der DNRA Bakterien im N-Kreislauf terrestrischer Ökosysteme bekannt ist. Im Gegensatz zu den DNRA-Bakterien, bilden Dentrifikanten N-haltige Gase als Endprodukt ihres Stoffwechsels, die substantiell zum N-Verlust in Böden beitragen. Dahingegen reduzieren DNRA Bakterien Nitrat hauptsächlich zu Ammonium, das im Boden verbleibt und als wichtiger Pflanzennährstoff dient. Beide Bakteriengrupppen bilden das potente Treibhausgas Lachgas und tragen damit zur globalen Erwärmung bei. Das Hauptanliegen des Projektes BE-Cult ist es den Einfluss der Landnutzungsintensität auf diese wichtigen Mikroorganismen im N-Kreislauf von Böden zu untersuchen. In einem Hochdurchsatz-Kultivierungs-Ansatz (einschl. MALDI TOF MS für eine schnelle Stammidentifikation und verschiedene Tests zur physiologischen Charakterisierung des Nitrat- Stoffwechsels) werden über 10.000 Reinkulturen charakterisiert und entsprechend ihrer Phylogenie und Nitrat-Physiologie gruppiert. Aus dieser Stammsammlung werden 100 Isolate genom-sequenziert. Basierend auf den genomischen Informationen werden PCR-Primer funktioneller Genmarker entwickelt und verbessert um dann die funktionellen Genmarker in DNA-Extrakten der Grünland-VIPs zu quantifizieren. Zusammen mit Partnern in den BEs wird die relative Bedeutung der DNRA-Bakterien (insbesondere ihrer relativen Aktivität im Vergleich zu Denitrifikanten) in Meta-Transkriptom Datensätzen evaluiert. Letztendlich werden die so gewonnen Daten in multivariaten Analysen bestehend aus funktionellen Genmarker-Abundanzen, physiologischen 'traits' und auch abiotischen wie biotischen Parametern verwendet um die Verteilungsmuster von DNRA Bakterien in Böden zu erklären und ihre ökologischen Nischen besser definieren zu können.

Erschließung von Unterbodenressourcen durch Zwischenfruchtanbau und Lebendmulchsysteme, Teilprojekt B

Ambitious GHG mitigation opportunities and challenges in the agriculture sector

Climate change is a major threat to ecosystems and livelihoods, requiring urgent cuts in greenhouse gas emissions. Food systems, including crop and livestock production, contribute significantly to global emissions. Monocultures and intense farming worsen biodiversity loss, pollution, and water stress. Transitioning to plant-based diets and adopting better farming practices is essential to meet the Paris Agreement goals. This report shares findings from the project “Ambitious GHG Reduction in Agriculture: Analysis of Sustainable Potentials in Selected Priority Countries" (FKZ 3720 41 504 0) which identifies key options for reducing emissions in agriculture, implementation barriers, and solutions. It emphasizes the importance of tailored approaches and the role of agriculture in climate targets, sustainable development, and food security. Veröffentlicht in Climate Change | 38/2025.

Synthesis data on plant community composition, plant traits and ecosystem properties from the Jena Main experiment

Data on plant communities (biomass and relative cover of all target species), plant traits (41 different traits, measured on 59 species), and 42 ecosystem properties/functions, measured between 2003 and 2012 in the Jena Main Biodiversity experiment. In floodplain grasslands of the Saale river, near Jena (Germany) 78 20x20 m grassland plots were set up, in which combinations of 1, 2, 4, 8 or 16 species were sown, from a species pool of 60. Thereby, the aim was to create a gradient in plant species richness and functional composition. In each year from 2003-2012, relative cover (in %) of each target species was estimated within 3x3 m subplots. In addition, plant biomass was measured in both spring and summer. In addition, we compiled trait data for 59 of the 60 sown species, based on a combination of existing literature, pot experiments and measurements in the Jena Main Biodiversity experiment monoculture (1-species) plots. Data on 41 traits was collected. Finally, we measured in 41 different ecosystem functions in the Jena Main Biodiversity experiment. Each ecosystem function was measured in at least 3 different years between 2003 and 2012. The "R2.model.random.text[x]" (where x is a number from 1 to 40) are secondary data files, and the outcome of statistical models. In these, 100 times a random subset of 1 to 40 (out of the 41) plant traits were analysed as predictors of the 42 ecosystem functions, in order to assess how the proportion of variance in ecosystem functioning explained by traits (R2 values) depends on the number of traits analysed.

Einfluss der Heterogenitaet von Pflanzenbestaenden auf den Befall von Pflanzen durch tierische Schaedlinge

Von Pflanzenbestaenden, die nur eine Pflanzenart enthalten, wird oft ein staerkerer Befall durch tierische Schaedlinge vermutet. Durch Laborversuche mit verschiedenen Arten phytophager Insekten wird geprueft, ob das Aufsuchen der Wirtspflanzen in Reinbestaenden gegenueber Mischbestaenden erleichtert ist.

Wirkungen des Anbaues von Kulturpflanzen in Monokultur und Massnahmen der Kompensation

Untersucht wird der Daueranbau von Winter- und Sommerweizen im Hinblick auf die Ertragsbildung und die Bedeutung von Massnahmen zur Kompensation von ertragsbeeintraechtigenden Wirkungen.

Getreidemonokultur auf extrem leichten Boeden

Wirkungen einer Gertreidemonokultur auf extrem leichten Boeden im Hinblick auf die Ertragsbildung und das Auftreten von Krankheiten.

Maismonokultur auf extrem leichten Boeden

Duengungsmassnahmen zur Kompensation von Ertragsdepressionen bei Maismonokulturen auf leichten Boeden. Erhoehung der N-Gaben in bezug auf die Bestandsentwicklung, Ertragsbildung und Gesundheit der Maismonokulturen.

Gestaltungsmoeglichkeiten fuer Sozialbrachflaechen

Durch minimale Bodenbearbeitung sollen Ernten erzielt werden, die es gestatten, dass die Sozialbrachflaechen konkurrenzfaehig bleiben. Gleichzeitig soll die relative Vorzueglichkeit von Roggen monokultur und Winterweizen - Wintergerste - Hafer - Fruchtwchsel ermittelt werden. Pflugarbeit ist eingestellt, Duengung erfolgt nur nach Bodenuntersuchung. Es werden versch. Duengungsvarianten auf ihren Stickstoff-Austrag getestet.

Oekologische Analyse eines Naturschutzgebietes

Das Schweinsberger Moor (Naturschutzgebiet) liegt in einer Senke inmitten landwirtschaftlicher Flaeche. Es werden Pflegemassnahmen diskutiert, die zu einer Erhoehung seines Wertes als Naturschutzgebiet beitragen sollen. Kenntnisse ueber das Moor gibt es aber nicht. Wir machen: Wasserhaushalt ueber mehrere Jahre; Aenderungen der Vegetation (Ausbreitung Seggenwiesen, Schilfguertel, Weidenzone, Gewaesser) im Laufe der Jahre; Analyse der Tierwelt (insbesondere in der natuerlichen Monokultur der Phragmites-Zone) von wasserbewohnenden Wirbellosen ueber Insekten bis zu Saeugern und hoffen so eine Basis fuer Planungsunterlagen zu erhalten. Dazu versuchen wir, den Einfluss der umliegenden Landwirtschaft zu analysieren (Eutrophierung?).

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