In aquatischen Ökosystemen ist der Nährstoffkreislauf eine entscheidende Ökosystemfunktion. Sowohl Stickstoff (N) als auch Phosphor (P) sind essentielle Nährstoffe für aquatische Lebensformen, doch im Übermaß verursachen Stickstoff und Phosphor Eutrophierung. Eutrophierung ist eine globale Beeinträchtigung des Ökosystems, bei der ein Überschuss an Nährstoffen die Struktur und Funktion von Süßwasserökosystemen verändert. Die wichtigsten Auswirkungen der Eutrophierung sind eine übermäßige Zunahme der Algenbiomasse und -produktivität, eine Beeinträchtigung der physikalisch-chemischen Wasserqualität (d. h. Zunahme von Farbe, Geruch und Trübung), anoxische Gewässer, Fischsterben und Einschränkungen der Wassernutzung für Erholungszwecke. Die Eutrophierung ist seit den späten 1980er Jahren in ganz Europa als erhebliches Umweltproblem erkannt worden und stellt auch heute noch eine Herausforderung dar. Um ein gesundes Ökosystem zu erhalten, sollte der Phosphorgehalt im Wasser kontrolliert werden. Phosphor wird nicht vollständig aus dem aquatischen Ökosystem entfernt, sondern von einem Kompartiment (d. h. Wasser) in ein anderes (d. h. Flussbettsubstrate und/oder Biota) immobilisiert. Bei dieser P-Immobilisierung spielen mikrobielle Biofilme eine Schlüsselrolle, indem sie gelösten Phosphor aus dem Wasser einschließen. Dieser Einschluss kann in zwei verschiedenen Pools erfolgen (d. h. intrazellulär oder extrazellulär). Das Wissen über die biologischen Mechanismen des Biofilm-P-Einschlusses in aquatischen Ökosystemen ist jedoch nach wie vor begrenzt. Außerdem kann die Fähigkeit von Biofilmen, P einzuschließen, von ihren Stoffwechselprofilen abhängen. Genauer gesagt bestimmt der C-bezogene Stoffwechsel die Fähigkeit von Biofilmen, organische Verbindungen zu mineralisieren und für ihr Wachstum zu nutzen, und der P-bezogene Stoffwechsel ist mit ihrer Fähigkeit verbunden, verschiedene P-Quellen aufzunehmen. Aus diesem Grund erwarte ich, dass die Fähigkeit aquatischer Ökosysteme, P aus aquatischen Ökosystemen aufzunehmen, von der Struktur und Aktivität der Biofilme abhängt. Das Hauptziel dieses Projekts ist es, zu verstehen, wie Energiequellen in Flussökosystemen die Wege der P-Einlagerung innerhalb von Biofilmen beeinflussen. Insbesondere soll (i) geklärt werden, wie die Kombination von autotrophen und heterotrophen Energiequellen (d. h., (ii) die Auswirkung autotropher und heterotropher Energiequellen auf den C- und P-Stoffwechsel in Biofilmen und ihre Verbindung zu den P-Einlagerungspools zu testen und (iii) die Muster der intrazellulären P- und extrazellulären P-Einlagerungswege in Biofilmen und die Stoffwechselprofile mit den Längsgradienten des Lichts und der Qualität des gelösten Sauerstoffs in Flussökosystemen zu verknüpfen.
<p> <p>Nährstoffe können über Flüsse und Direkteinleiter in die Ostsee eingetragen werden. Über deutsche Flüsse gelangten im Jahr 2023 ca. 15.000 t Stickstoff und ca. 550 t Phosphor in die Ostsee. Weitere 770 t Stickstoff und 22 t Phosphor trugen Kläranlagen und Industrieanlagen als Direkteinleiter bei.</p> </p><p>Nährstoffe können über Flüsse und Direkteinleiter in die Ostsee eingetragen werden. Über deutsche Flüsse gelangten im Jahr 2023 ca. 15.000 t Stickstoff und ca. 550 t Phosphor in die Ostsee. Weitere 770 t Stickstoff und 22 t Phosphor trugen Kläranlagen und Industrieanlagen als Direkteinleiter bei.</p><p> Zustandsbewertung der Ostsee <p>Die neun Vertragsstaaten des Helsinki-Übereinkommens zum Schutz der Meeresumwelt der Ostsee (HELCOM) bewerten alle sechs Jahre den <a href="http://stateofthebalticsea.helcom.fi/">Zustand der Ostsee</a> (siehe Abbildung „<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/einzugsgebiet">Einzugsgebiet</a> Ostsee unterteilt nach den HELCOM-Vertragsstaaten“) und veröffentlichen jährlich die <a href="https://helcom.fi/helcom-at-work/projects/plc-8/">in die Ostsee eingetragenen Frachten von Stickstoff- und Phosphorverbindungen</a>. Diese Nährstofffrachten führen zu <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/eutrophierung">Eutrophierung</a>, schädigen die Ökosysteme und beeinträchtigen die biologische Vielfalt. Die Eintragsdaten der Flussfrachten, welche jährlich im Rahmen der „Pollution-Load-Compilation“ (PLC) erhoben werden, können unter dem folgenden Link für alle HELCOM-Vertragsstaaten eingesehen werden: <a href="https://apps.nest.su.se/helcom_plc/">PLC-Datenbank</a>. National liegen die höher aufgelösten deutschen Eintragsdaten in der Meeresumweltdatenbank des Umweltbundesamtes (<a href="https://geoportal.bafg.de/MUDABAnwendung/">MUDAB</a><u>) </u>vor.</p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/image/2_Karte_Ostseeeinzugsgebiete-HELCOM-Vertragsstaaten.png"> </a> <strong> Karte: Ostseeeinzugsgebiete der HELCOM-Vertragsstaaten, DE </strong> Quelle: HELCOM </p><p> HELCOM-Ostseeaktionsplan <p>Bei der Umsetzung des aktualisierten <a href="https://helcom.fi/baltic-sea-action-plan/">HELCOM-Ostseeaktionsplans</a> vom Oktober 2021 orientieren sich die Reduktionsziele der Ostseeanrainerstaaten für Stickstoff und Phosphor an wissenschaftlich abgeleiteten Zielwerten für eine Reihe von Eutrophierungsindikatoren (z.B. Sauerstoff, Sichttiefe, Chlorophyll, Nährstoffe) (siehe: <a href="https://helcom.fi/baltic-sea-action-plan/nutrient-reduction-scheme/">Nutrient Reduction Scheme</a>).</p> <p>Deutschland hat sich im Ostseeaktionsplan verpflichtet, die jährlichen wasser- und luftbürtigen Nährstoffeinträge auf 70.644 Tonnen Stickstoff pro Jahr (t/a) und 510 t/a Phosphor zu begrenzen (siehe <a href="https://helcom.fi/wp-content/uploads/2021/10/Nutrient-input-ceilings-2021.pdf">Ostseeaktionsplan update 2021</a>). Die letzte Überprüfung der Nährstoffreduktionsziele mit 2020er Daten zeigt, dass Deutschland die Einträge über die Flüsse und die <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/atmosphaere">Atmosphäre</a> in die Ostsee für Stickstoff um 2,4 % (850 t/a) und für Phosphor um 49 % (220 t/a) reduzieren muss, um die oben genannten vereinbarten Nährstoffreduktionsziele einzuhalten (siehe: <a href="https://helcom.fi/baltic-sea-action-plan/nutrient-reduction-scheme/">Nutrient Reduction Scheme</a> ).</p> </p><p> Einträge der Zuflüsse aus Deutschland <p>Aus Deutschland tragen neben den größeren Flüssen Oder, Warnow und Peene 29, meist kleinere Flüsse Nährstoffe aus einem <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/einzugsgebiet">Einzugsgebiet</a> von rund 31.100 Quadratkilometern in die Ostsee ein. </p> <ul> <li>Die Einträge aus 24 Flüssen mit einem Einzugsgebiet von ca. 18.200 Quadratkilometern werden mittels chemischer Analytik erfasst und quantifiziert (beobachtetes Gebiet).</li> <li>Die Einträge aus 7 Flüssen mit einem Einzugsgebiet von circa 7.300 Quadratkilometern werden durch Modellierung der direkten Einleitungen aus kommunalen Kläranlagen und Industriebetrieben ermittelt (unbeobachtetes Gebiet).</li> <li>Die Einträge aus dem Odereinzugsgebiet werden über chemische Analytik in Polen erfasst und anhand vereinbarter Anteile auf die drei Oderanrainer Tschechien, Deutschland und Polen aufgeteilt (siehe: <a href="http://www.mkoo.pl/index.php?lang=DE">http://www.mkoo.pl/index.php?lang=DE</a>). Das deutsche Odereinzugsgebiet hat eine Größe von ca. 5.600 Quadratkilometern.</li> </ul> <p>Die Stickstoff- und Phosphoreinträge über Flüsse aus dem deutschen Ostseeeinzugsgebiet haben sich seit den Neunzigern (5-Jahres Mittelwert 1995-1999) um ca. 40 % von 22.000 t auf 13.100 t Stickstoff und um ca. 57 % von 1.000 t auf 430 t Phosphor bis 2023 (5-Jahres Mittelwert 2019-2023) reduziert (siehe Abbildung „Gesamtstickstoffeinträge in die Ostsee, Deutschland“ und Abbildung „Gesamtphosphoreinträge in die Ostsee, Deutschland“).</p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/image/3_Abb_Gesamtstickstoffeintr%C3%A4ge-Ostsee-D.png"> </a> <strong> Gesamtstickstoffeinträge in die Ostsee, DE </strong> Quelle: Umweltbundesamt </p><p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/image/4_Abb_Gesamtphosphoreintr%C3%A4ge-Ostsee-D.png"> </a> <strong> Gesamtphosphoreinträge in die Ostsee, DE </strong> Quelle: Umweltbundesamt </p><p> Einträge der Direkteinleiter aus Deutschland <p>29 Kläranlagen sowie 2 industrielle Anlagen leiten gereinigtes Abwasser direkt in die Ostsee ein. Diese machen circa 6 % bzw. 5 % der gesamten wasserbürtigen Stickstoff- und Phosphoreinträge aus dem deutschen Ostseeeinzugsgebiet aus. </p> <p>Auch die Stickstoff- und Phosphoreinträge über Direkteinleiter haben sich seit den Neunzigern (5-Jahres Mittelwert 1995-1999) von 2.950 t Stickstoff bzw. 48 t Phosphor auf heutige (5-Jahres Mittelwert 1995-1999) 850 t Stickstoff bzw. 24 t Phosphor verringert, was einer Reduktion von ca. 71 % bzw. 50 % entspricht (siehe Abbildung „Gesamtstickstoffeinträge in die Ostsee, Deutschland“ und Abbildung „Gesamtphosphoreinträge in die Ostsee, Deutschland“).</p> </p><p> Gleichbleibend hohe Stickstoffeinträge in die Ostsee <p>Für den Vergleich von Nährstofffrachten aus unterschiedlichen Jahren zwecks Trendbetrachtung wurden die <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/frachten">Frachten</a> immer in Relation zum jährlichen <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/abfluss">Abfluss</a> gesetzt („Abflussnormalisierung“). Die Betrachtung der Frachten in Relation zum jährlichen Abfluss ist für ein aussagekräftiges Ergebnis wichtig, weil,</p> <ul> <li>ergiebige Niederschläge die Stickstoffeinträge erhöhen. Es werden mehr Stickstoffverbindungen aus landwirtschaftlichen Flächen herausgewaschen und in die Flüsse geschwemmt</li> <li>bei hohen Niederschlägen Phosphorgehalte aufgrund des Verdünnungseffekts sinken</li> </ul> <p>Die abflussnormalisierten Stickstofffrachten der Flüsse aus dem deutschen Ostseeeinzugsgebiet sind zwischen den 90er Jahren mit ca. 21.000 t/a und dem letzten 5-Jahres-Mittelwert in 2023 mit etwa 19.000 t/a nahezu gleichgeblieben. Die statistische Trendbetrachtung der Stickstofffrachten zeigt folglich keinen signifikanten Trend zwischen den Jahren 1995 und 2023 sowie 2011 und 2023 (siehe Trendanalyse Abbildung „Gesamtstickstoffeinträge in die Ostsee, Deutschland“ und Abbildung „Gesamtphosphoreinträge in die Ostsee, Deutschland“. Die abflussnormalisierten Phosphorfrachten sind in den letzten fast 30 Jahren von ca. 920 t/a um knapp 40 % auf derzeit 560 t/a deutlicher gesunken als die Stickstofffrachten. Diese Eintragsreduktion zeigt sich auch in der statistischen Trendbetrachtung. Es konnte ein signifikanter abnehmender Trend zwischen den Jahren 1995 und 2023 festgestellt werden (siehe Abbildung „Gesamtstickstoffeinträge in die Ostsee, Deutschland“ und Abbildung „Gesamtphosphoreinträge in die Ostsee, Deutschland“). Damit konnte Deutschland die gewässerbürtigen Phosphoreinträge in die Ostsee statistisch signifikant reduzieren, jedoch sind die Stickstoffeinträge unverändert hoch geblieben. Der nicht-signifikante Trend und eine Stickstoffreduktion von nur 9 % der abflussnormalisierten Stickstofffrachten sind ein Indiz dafür, dass die rückläufigen Stickstofffrachten überwiegend mit einem verringerten klimabedingten Abflussgeschehen und der resultierenden Trockenheit im deutschen Ostseeeinzugsgebiet zu erklären sind. </p> <p>Wie der Vergleich mit den HELCOM-Nährstoffreduktionszielen für Deutschland zeigt (siehe: <a href="https://helcom.fi/baltic-sea-action-plan/nutrient-reduction-scheme/national-nutrient-input-ceilings/">National nutrient input ceilings</a>), müssen insbesondere weitere Reduktionen für die Phosphoreinträge insbesondere für die zentrale Ostsee erreicht werden. Für weitere Reduktionen der Nährstoffeinträge in die Ostsee bedarf es zusätzlicher Maßnahmen, zum Beispiel die Reduktion der Einträge aus der Landwirtschaft. Diese könnten durch das Einhalten der novellierten Düngeverordnung (01. Mai 2020 in Kraft getreten) erreicht werden. Die nationalen Verpflichtungen aus dem Göteborg-Protokoll von 1999 zur Reduzierung von Luftschadstoffemissionen und aus der novellierten <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/nec-richtlinie">NEC-Richtlinie</a> (EU) 2016/2284, die sich als Depositionen sowohl in den Einzugsgebieten als auch in der Ostsee wiederfinden, werden auch zu Reduzierungen der Stickstoffbelastung der Ostsee beitragen.</p> <p>Größere Eintragsreduktionen von Stickstoff und Phosphor wurden vor 1995 vor allem durch die Einführung phosphatfreier Waschmittel und der dritten Reinigungsstufe bei Kläranlagen erreicht. Ein optimierter Betrieb von Kläranlagen im deutschen Ostseeeinzugsgebiet und ein Ausbau vor allem der küstennahen sowie direkt in die Ostsee einleitenden Kläranlagen mit einer vierten Reinigungsstufe würden die Einträge von Nähr- und Schadstoffen zusätzlich reduzieren und die Einhaltung des Ostseeaktionsplans von 2021 maßgeblich unterstützen oder erst ermöglichen. Hier könnte bspw. die Umsetzung der neuen EU-Kommunalabwasserrichtlinie 2024/3019, kurz KARL, zusätzliche Reduktionen bei Kläranlagen erzielen. </p> </p><p> Methode <p>Die Abflussnormalisierung der Nährstofffrachten wurde nach <a href="http://dce2.au.dk/pub/TR224.pdf">Larsen, S.E, & Svendsen, L.M. (2021)</a> mit den Daten, die im Rahmen der PLC-Berichterstattung von Deutschland an HELCOM berichtet werden, durchgeführt. Für die statistische Analyse der Zeitreihe wurde eine Trendanalyse für den gesamten Zeitraum (1995 bis 2023) und für den Zeitraum 2011 bis 2023 durchgeführt. Die analysierten Trends wurden mit dem Mann-Kendall-Test auf statistische Signifikanz und abnehmenden oder zunehmenden Trend geprüft.</p> </p><p> </p><p>Informationen für...</p>
To determine the effect of the rate of temperature increase (acute vs. gradual) and magnitude as well as the timing of nutrient addition on a natural marine phytoplankton community, a bottle incubation experiment has been conducted at the Institute for Chemistry and Biology of the Marine Environment (ICBM) in Wilhelmshaven, Germany. The community was collected at the Helgoland Roads long-term time series site in the German part of the North Sea (https://deims.org/1e96ef9b-0915-4661-849f-b3a72f5aa9b1) on the 6ᵗʰ of March 2022. The surface water containing the phytoplankton community was collected from the RV HEINCKE with a pipe covered with a 200 µm net attached to a diaphragm pump. In the first experimental run, the community was exposed to either gradual or acute temperature increase (from 6 to either 12 or 18°C) with 25 different N:P supply ratios added as a batch at the beginning of the bottle incubation. Simultaneously, the same community was gradually acclimated to their experimental temperatures under ambient nutrients and was used in a second experimental run in which it received the same 25 different N:P supply ratios after temperature acclimation. The light conditions were set to 175 µmol s-1 m-2 and a day-night cycle of 12h:12h which corresponds to the natural conditions at that time of the year. With this, it was possible to test the effect of a gradual vs. acute temperature increase and the timing of nutrient addition i.e., before or after the temperature change. This experimental set-up summed up to 400 units (8 temperature treatments x 5 nitrogen levels x 5 phosphorus levels x 2 replicates). Each experimental run was ended after 12 days. Fluorescence (395/680 Exc./Em.) was measured every second day using a SYNERGY H1 microplate reader (BioTek®) to determine phototrophic growth over time. At the end of each experiment, one replicate was filtered onto pre-combusted acid-washed glass microfiber filters (WHATMAN® GF/C) for intracellular carbon (POC), nitrogen (PON), and phosphorus (POP) content. The POP filters were pre-combusted and then analysed by molybdate reaction after digestion with a potassium peroxydisulfate solution (Wetzel and Likens 2003). The POC and PON filters were dried at 60°C before they were measured in an elemental analyser (Flash EA 1112, Thermo Scientific, Walthman, MA, USA).
Der Ploetzensee ist ein stark frequentierter Badesee im Bezirk Berlin-Wedding, der durchschnittlich 200000 Gaesten im Jahr Erholung bietet. Auch durch Sportfischer und Schwimmvereine wird der See stark genutzt. In den Jahren bis 1995 wurde eine starke Eutrophierung des Sees mit extremer Algenentwicklung beobachtet. Darueber hinaus wurden Schadstoffe im Wasser, im Sediment und in Fischen festgestellt. Ebenso wurde eine hohe bakteriologische Belastung nachgewiesen, die zu Botulismus bei Wasservoegeln gefuehrt hat. Diese Befunde liessen eine Restaurierung und Sanierung des Ploetzensees notwendig erscheinen. Das Institut fuer wassergefaehrdende Stoffe (IWS) wurde vom Senator fuer Stadtentwicklung und Umweltschutz (SenStadtUm) im Februar 1995 beauftragt, eine geeignete Restaurierungsmassnahmen fuer den Ploetzensee vorzuschlagen. Zur Entscheidung ueber ein geeignetes Verfahren wurden dem IWS drei Konzepte vorgelegt: 1) Verfahrensweise nach Pachur/Gunkel (FU/TU Berlin). 2) Verfahrensweise nach Jahn/Klein (SenStadtUm). 3) Verfahrensweise nach Ripl/Wolter (TU/GfG Berlin). Die Aufgabe des IWS bestand darin, die Konzepte zu vergleichen und im Rahmen eines gemeinsamen Gespraeches im April 1995 bei SenStadtUm die geeigneten Massnahmen vorzuschlagen, um die Grundlage fuer enen einvernehmlichen Beschluss der beteiligten Behoerden zu liefern.
Intensive Austauschprozesse mit dem Sediment finden auch in der Spree statt. Die woechentlichen Messbilanzbetrachtungen im Experimental-Altarm Freienbrink zeigen wechselnde Verluste und Gewinne an. Die 1995 wieder aufgenommenen Messungen der P-Konzentrationen beweisen, dass es sich dabei um Wechselwirkungen mit den Ablagerungen handelt. Gewinne und Verluste von ueber 10 Prozent TP erfaehrt das den Altarm durchfliessende Wasser innerhalb weniger Stunden Aufenthaltszeit. Langsam erfolgt dagegen die Umlagerung der rund 3000 Kubikmeter Mudde zu fliessgewaessertypischen Strukturen seit der Wiedereroeffnung des Altarmes 1992. Oekologisch sehr bedeutsam sind die Totzonen am Flussufer. Mit Hilfe von Tracerversuchen zwischen Spreewerder und Freienbrink und eines mathematischen Modells wurde ermittelt, dass die Totzonen eine durchschnittliche Breite zwischen 3 und 5 m besitzen. Durch die Totzonen wird der gesamte Wasserfluss verzoegert. Innerhalb der 'Durchschnitts- Totzone' haelt sich das Wasser rund 20 Minuten auf. Eine Verdoppelung der Aufenthaltszeit erfaehrt aber nur 2 Prozent des Wassers.
Zielsetzung: Viele Oberflächengewässer im urbanen Raum werden durch Stoffeinträge aus der Trenn- und Mischkanalisation kontaminiert. Besonders betroffen sind Stillgewässer oder sehr langsam durchflossene Gewässer. Ein Beispiel ist die Grunewaldseenkette in Berlin. Die zehn miteinander verbundenen kleinen Seen dienen der Naherholung und der Einleitung von Niederschlagswasser aus umliegenden Siedlungsgebieten und Verkehrsflächen. Die stofflichen Belastungen beeinträchtigen die Wasserqualität der Seen in hohem Maße. In verfügbaren Daten fallen insbesondere hohe Phosphorkonzentrationen, Algenblüten und ein häufig geringer Sauerstoffgehalt auf, der in der Vergangenheit bereits zu Massenfischsterben geführt hat. Die Grunewaldseenkette ist ein komplexes System in dem die natürlichen Stoffumsatzprozesse deutlich anthropogen beeinflusst werden. Neben den Stoffeinträgen zählt dazu auch die Steuerung des Wasserstands der Seen, die entgegen ihrer natürlichen Fließrichtung von der Havel aus durchströmt werden. Für die Bewirtschaftung der Grunewaldseenkette und die Ableitung von wirksamen Maßnahmen wird im uWMS Projekt ein integriertes Simulationsmodellsystem (urbanes Wassermanagementsystem für Seen) aufgebaut. Mit dem uWMS werden Maßnahmenwirkungen untersucht und in einem Stakeholderdialog Lösungsstrategien erarbeitet, die die ökologische Funktion der Seen langfristig verbessern und stabilisieren. Die Modellentwicklung wird durch ein Monitoringprogramm begleitet, um vertiefte Einblicke in die Ursachen und Wirkungsketten der verschiedenen Belastungen zu erlangen. Das uWMS Modellsystem wird auch für andere urbane Seen oder Seensysteme anwendbar sein und stellt somit ein neuartiges Werkzeug für das urbane Wassermanagement bereit.
Phosphat (P) ist in vielen Waldökosystemen Mitteleuropas auf sauren oder kalkhaltigen Böden stark limitiert. Die dort wachsenden Pflanzenarten müssen über spezifische Anpassungen verfügen, um unter diesen Bedingungen wachsen zu können, wodurch Biodiversitätsmuster entscheidend beeinflusst werden könnten. Die Zusammenhänge zwischen P-Verfügbarkeit und Pflanzendiversität sind jedoch bisher in gemäßigten Waldsökosystemen kaum untersucht worden. Das geplante Vorhaben hat daher zum Ziel das Wirkungsgefüge zwischen P-Verfügbarkeit, floristischer Artendiversität, verschiedenen Konzepten der P-Nutzungseffizienz und funktionalen Pflanzeneigenschaften besser zu verstehen. Grundannahmen des Projekts sind, dass PLimitierung zu einer Zunahme der Artendiversität insgesamt und zu einer Verschiebung des Artenspektrums in verschiedenen funktionalen Gruppen (Gräser, Leguminosen, Nadel- und Laubbäume) führt. Dabei werden unterschiedliche P-Effizienzmaße (Aufnahme-, Nutzungs- und Recyclingeffizienz) und mit der P-Ernährung zusammenhängende Traits wie Mycorrhizierung, Feinwurzeldynamik sowie absolute und relative P-Konzentrationen in der Biomasse bestimmt und darauf aufbauend die funktionale Biodiversität analysiert. Das Vorhaben kombiniert Geländeerhebungen in Buchen- und Fichtenbeständen mit Gewächshausversuchen. Die Geländeerhebungen werden auf den fünf, im SPP 1685 vorgeschlagenen Level II Flächen in verschiedenen Gebieten Deutschlands durchgeführt. Hierfür wird auf 10 Flächen pro Gebiet die Vegetation aufgenommen. Weiter werden Pflanzen, Feinwurzeln, Streu sowie der Boden für detaillierte P-Analysen beprobt. Aus diesen Daten werden P-Effizienzmaße und Traits für die Mehrzahl der vorkommenden Arten bestimmt. Unter Einbezug der Daten weiterer Level II Flächen werden die Ergebnisse in Kooperation mit dem vTI, Eberswalde auf Landschaftsebene übertragen. Der Gewächshausversuch untersucht die Zusammenhänge zwischen Pflanzenwachstum, PEffizienzmaßen und Traits der Modellbaumarten und verschiedener Kombinationen von krautigen Arten unter zwei P-Versorgungsszenarien (Limitierung vs. Optimalversorgung). Dabei ist die Nutzung des Wurzelraumes durch die verwendeten Pflanzen von besonderem Interesse. Daher wird die Wurzelarchitektur mittel NMR Imaging am Forschungszentrum Jülich GmbH visualisiert und genauer untersucht. Insgesamt zielt das Projekt auf einen Erkenntnisgewinn bezüglich des PKreislaufs in mitteleuropäischen Waldökosystemen und auf verallgemeinerbare Beiträge zum Zusammenhang zwischen P-Ernährung und Phytodiversität von Wäldern.
Silizium (Si) spielt eine wichtige Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf. Die Si-Verfügbarkeit in Ökosystemen ist dabei sehr unterschiedlich, abhängig von Ökosystemtyp, Ausgangsgestein, Vegetation und weiteren Faktoren. Aktuelle Forschung hat gezeigt, dass die Si-Verfügbarkeit entscheidend für Nährstoffgehalt und Nährstoffstöchiometrie von pflanzlicher Streu ist; besonders deutlich ist dieser Zusammenhang in Gräser-dominierten Systemen. Bedeutend in dem Zusammenhang ist eine gesteigerte Abbaurate von organischem Material bei gesteigerter Si-Verfügbarkeit. Pflanzenstreu mit geringen Nährstoffgehalten wird bekanntermaßen langsamer abgebaut als nährstoffreiche Streu. Allerdings konnte kürzlich gezeigt werden, dass nährstoffarme Streu mit hohen Si-Gehalten schneller abgebaut wird als nährstoffreiche Streu mit wenig Si. Dabei wurde gleichzeitig durch die Erhöhung des Si-Gehaltes der Streu die Biomasse der abbauenden Pilze stark reduziert. Dies beweist die Bedeutung von Si für den Kohlenstoffkreislauf und die mikrobielle Abbaugemeinschaft in von Gräsern dominierten Ökosystemen. Niedermore, als wichtige Kohlenstoffspeicher und bedeutende Treibhausgas-emittenden, sind solche von Gräsern dominierten Ökosysteme mit einem potentiell hohen Einfluss von Si auf den Kohlenstoffkreislauf. Eine Vorabstudie, welche den Einfluss von Si auf den Kohlenstoffkreislauf in einem Niedermoor untersuchte, zeigte eine verstärkte Respiration mit einer Vordopplung der Methangehalte im Torfkörper auf Si gedüngten Flächen. Allerdings wurde gleichzeitig zu den erhöhten Respirationsraten auch ein Anstieg der Phosphorgehalte (P) in der Bodenlösung gemessen. Eine Erhöhung des verfügbaren P führt bekanntermaßen ebenfalls zu einer Erhöhung der Respiration. Das Ziel des beantragten Projektes ist die direkten Effekte von Si auf den Kohlenstoffkreislauf von den indirekten Effekten (durch die Si bedingte P-Mobilisierung) zu trennen und eine Quantifizierung beider Prozesse vorzunehmen. Unsere Hypothesen sind (i) eine höhere Si Verfügbarkeit führt zu einer Steigerung der Respiration organischer Substanz (Torf), durch (ii) direkte Si-Effekte und indirekte Si-Effekte durch eine Steigerung der P-Verfügbarkeit, (iii) die Steigerung der Respiration durch Si wird vorrangig durch Bakterien als durch Pilze erzielt und (iv) eine Steigerung der Si Verfügbarkeit führt zu einer Steigerung von P und N Verfügbarkeit, Umsatz und Aufnahme durch Pflanzen und damit zu labilerer Streu. Die Mechanismen zu verstehen auf welche Weise Si den Kohlenstoffkreislauf in Niedermooren beeinflusst ist ein wichtiger Teil eines verbesserten Verständnisses des terrestrischen Kohlenstoffkreislaufs.
Die Humusauflage (FF) ist die Schnittstelle zwischen den ober- und unterirdischen Teilen von Waldökosystemen. Sie bietet Lebensraum für eine Vielzahl von Organismen, dient als Saatbett und Wurzelraum für die Vegetation und fungiert als Drehscheibe des Ökosystems, an dem organische Substanz, Nährstoffe, Wasser und Klimagase gespeichert, absorbiert und umgewandelt werden. Die Eigenschaften von FF spiegeln daher komplexe Wechselwirkungen zwischen biotischen und abiotischen Ökosystemkomponenten wider, insbesondere solche, die mit dem Mikroklima und der Nährstoffversorgung zusammenhängen. Eine Auswirkung der Klimaerwärmung auf die FF und die damit verbundenen Ökosystemleistungen ist vor allem in den gemäßigten Regionen wahrscheinlich, wo kleine Änderungen der Kontrollvariablen eine Verschiebung von Wäldern, in denen die organische Schicht dominiert, zu Wäldern, in denen der Mineralboden dominiert, bewirken können. Unsere Forschungsgruppe (FOR) konzentriert sich auf die Analyse der kausalen Zusammenhänge zwischen Kontrollvariablen, Eigenschaften und Ökosystemleistungen von FFs. Diese Zusammenhänge ermöglichen (i) die Erfüllung bestimmter Funktionen durch den FF im Vergleich zum mineralischen Oberboden, (ii) eine Bewertung der Anfälligkeit von FF unter der Klimaerwärmung und (iii) die Verwendung von FF-Eigenschaften als Indikatoren für die Bereitstellung von Ökosystemleistungen unter gegebenen klimatischen Bedingungen und Eigenschaften des Mineralbodens. Diese Ziele orientieren sich an der Gesamthypothese der FOR: Die Waldbodeneigenschaften europäischer Buchenwälder werden durch Anpassungen der Organismen an den Nährstoffstatus der Böden geprägt. Der Einfluss der Klimaerwärmung auf die FF-basierten Ökosystemleistungen hängt von den Wechselwirkungen mit diesen Anpassungen ab. Dieser konzeptionelle Rahmen wird durch spezifische Hypothesen von 11 Einzelprojekten in enger Zusammenarbeit umgesetzt, wobei der Schwerpunkt auf kombinierten Phosphor- (P) und Temperatureinflüssen in europäischen Buchenwäldern (Fagus sylvatica) in Mischung mit Fichte (Picea abies) und Bergahorn (Acer pseudoplatanus) liegt. Zwölf Untersuchungsstandorte ermöglichen die Untersuchung der interaktiven Wirkungen von Lufttemperatur und P-Gehalt der Böden. An diesen Standorten werden wir 13C-, 15N- und 2H-Experimente zur Markierung von Streu durchführen, um Prozesse zu verfolgen und zu quantifizieren, und wir werden diese in den Kontext der Nährstoff-, Kohlenstoff- und Wasserdynamik stellen. Ergänzt werden unsere Forschungsarbeiten durch Baumsaatexperimente und Analysen der mikrobiellen Gemeinschaften, Nahrungsnetze der Bodenfauna sowie wurzel- und mykorrhizabedingten Prozessen. Zeitreihenanalysen vorhandener Daten und ökologische Modellierung werden das Prozessverständnis, das up-scaling und die Abschätzung von Szenarien unterstützen.
Die Humusauflage (FF) ist die Schnittstelle zwischen den ober- und unterirdischen Teilen von Waldökosystemen. Sie bietet Lebensraum für eine Vielzahl von Organismen, dient als Saatbett und Wurzelraum für die Vegetation und fungiert als Drehscheibe des Ökosystems, an dem organische Substanz, Nährstoffe, Wasser und Klimagase gespeichert, absorbiert und umgewandelt werden. Die Eigenschaften von FF spiegeln daher komplexe Wechselwirkungen zwischen biotischen und abiotischen Ökosystemkomponenten wider, insbesondere solche, die mit dem Mikroklima und der Nährstoffversorgung zusammenhängen. Eine Auswirkung der Klimaerwärmung auf die FF und die damit verbundenen Ökosystemleistungen ist vor allem in den gemäßigten Regionen wahrscheinlich, wo kleine Änderungen der Kontrollvariablen eine Verschiebung von Wäldern, in denen die organische Schicht dominiert, zu Wäldern, in denen der Mineralboden dominiert, bewirken können. Unsere Forschungsgruppe (FOR) konzentriert sich auf die Analyse der kausalen Zusammenhänge zwischen Kontrollvariablen, Eigenschaften und Ökosystemleistungen von FFs. Diese Zusammenhänge ermöglichen (i) die Erfüllung bestimmter Funktionen durch den FF im Vergleich zum mineralischen Oberboden, (ii) eine Bewertung der Anfälligkeit von FF unter der Klimaerwärmung und (iii) die Verwendung von FF-Eigenschaften als Indikatoren für die Bereitstellung von Ökosystemleistungen unter gegebenen klimatischen Bedingungen und Eigenschaften des Mineralbodens. Diese Ziele orientieren sich an der Gesamthypothese der FOR: Die Waldbodeneigenschaften europäischer Buchenwälder werden durch Anpassungen der Organismen an den Nährstoffstatus der Böden geprägt. Der Einfluss der Klimaerwärmung auf die FF-basierten Ökosystemleistungen hängt von den Wechselwirkungen mit diesen Anpassungen ab. Dieser konzeptionelle Rahmen wird durch spezifische Hypothesen von 11 Einzelprojekten in enger Zusammenarbeit umgesetzt, wobei der Schwerpunkt auf kombinierten Phosphor- (P) und Temperatureinflüssen in europäischen Buchenwäldern (Fagus sylvatica) in Mischung mit Fichte (Picea abies) und Bergahorn (Acer pseudoplatanus) liegt. Zwölf Untersuchungsstandorte ermöglichen die Untersuchung der interaktiven Wirkungen von Lufttemperatur und P-Gehalt der Böden. An diesen Standorten werden wir 13C-, 15N- und 2H-Experimente zur Markierung von Streu durchführen, um Prozesse zu verfolgen und zu quantifizieren, und wir werden diese in den Kontext der Nährstoff-, Kohlenstoff- und Wasserdynamik stellen. Ergänzt werden unsere Forschungsarbeiten durch Baumsaatexperimente und Analysen der mikrobiellen Gemeinschaften, Nahrungsnetze der Bodenfauna sowie wurzel- und mykorrhizabedingten Prozessen. Zeitreihenanalysen vorhandener Daten und ökologische Modellierung werden das Prozessverständnis, das up-scaling und die Abschätzung von Szenarien unterstützen.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 185 |
| Europa | 3 |
| Kommune | 1 |
| Land | 23 |
| Weitere | 3 |
| Wirtschaft | 1 |
| Wissenschaft | 75 |
| Zivilgesellschaft | 5 |
| Type | Count |
|---|---|
| Daten und Messstellen | 3 |
| Förderprogramm | 173 |
| Gesetzestext | 1 |
| Text | 18 |
| Umweltprüfung | 1 |
| unbekannt | 5 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 22 |
| Offen | 179 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 184 |
| Englisch | 44 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 3 |
| Bild | 6 |
| Datei | 4 |
| Dokument | 12 |
| Keine | 138 |
| Webseite | 56 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 170 |
| Lebewesen und Lebensräume | 189 |
| Luft | 134 |
| Mensch und Umwelt | 201 |
| Wasser | 161 |
| Weitere | 195 |