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Die Rolle der aktiven organischen Substanz als dynamischer Speicher im Stoffumsatz

Das Projekt "Die Rolle der aktiven organischen Substanz als dynamischer Speicher im Stoffumsatz" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von GSF - Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit GmbH, Institut für Bodenökologie durchgeführt. Anhand dem Verbleib der stabilen Isotope 13C und 15N in verschiedenen organischen Bodenkompartimenten, in der Bodenloesung und der Atmosphaere wurden im Teilprojekt Humusdynamik C- und N-Transformationsprozesse organischer Substanzen im Boden bilanziert und deren Umsatzraten abgeleitet. Als Steuergroessen hierfuer wurde die Struktur der mikrobiellen Biomasse, unterschiedliche pedogene Ausgangsbedingungen (Bodenart) und verschiedene Bodenbearbeitungsvarianten betrachtet. Die Kenntnis der Dynamik des mikrobiell gesteuerten Stoffumsatzes organischer Substanzen soll eine nachhaltige Landbewirtschaftung sowie die Prognose von Humusgehaltsaenderungen ermoeglichen. Die Untersuchungen mit praxisorientierten und methodischen Fragestellungen fanden auf Laborebene (Batch-Inkubation) und im Freiland statt. Die bisherigen Laboruntersuchungen zeigen, dass Bodenart und Bodenbearbeitung einen deutlichen Einfluss auf die Struktur von Mikroorganismen in ihrer Funktion im C- und N-Umsatz haben. Ueber Minimalbodenbearbeitung (Mulch), wie sie im integrierten Pflanzenbau in Scheyern praktiziert wird, werden die Naehrstoffe im Boden konserviert, zumal die Mineralisation insgesamt geringer war und die Zersetzerorganismen eine hoehere pilzliche Biomasse und hoehere C-Ausnutzungseffizienzen aufwiesen im Vergleich zur konventionellen Bodenbearbeitung (oekologischerLandbau). Desweiteren traten besonders bei konventioneller Bodenbearbeitung hohe positive C- und N-priming-Effekte auf, die zu einer zusaetzlichen Mineralisierung von organischer Bodensubstanz fuehrten. Im Feldversuch konnte die Senkenfunktion der mikrobiellen Biomasse nach der Einarbeitung von 15N-markiertem Kleematerial gezeigt werden. Waehrend der Vegetationsperiode wurde ein N-Fluss (14N und 15N) von ca. 110 kg ha hoch minus 1 berechnet. Hohe Gehalte an organischem 15N im Unterboden (70 kg ha hoch minus 1) zur Ernte weisen darauf hin, dass ueber die Rhizodeposition des Winterweizens waehrend der Vegetationsperiode bedeutende Mengen an N in den Boden eingetragen wurden. Die Resultate stuetzen die These, dass Aufgrund einer N-Schleife im System Boden-Pflanze der tatsaechliche N-Fluss aus dem Boden in die Pflanze den apparenten N-Fluss uebersteigt. Das Projekt liefert Basisdaten zur Validierung von C- und N-Umsatzmodellen und nimmt damit eine zentrale Stellung bei der Bewertung von Boeden als Pflanzenstandorte und den dadurch moeglichen Belastungen des Grundwassers und der Atmosphaere ein.

Trennung der Komponenten des CO2 Gaswechsels von Pflanzenbeständen im Licht

Das Projekt "Trennung der Komponenten des CO2 Gaswechsels von Pflanzenbeständen im Licht" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt, Lehrstuhl für Grünlandlehre durchgeführt. Photosynthese und Respiration - die zwei dominierenden Komponenten des C-Haushaltes von Pflanzen und Ökosystemen - lassen sich mit konventionellen Methoden der Gaswechselmessung nicht mit befriedigender Präzision trennen. Dieser Sachverhalt begründet Defizite im Verständnis des C- und Energiehaushaltes von Kulturpflanzen und Ökosystemen. Im vorliegenden Vorhaben sollen neuartige CO2 Gaswechselmesstechniken in Kombination mit der kontinuierlichen Messung der C- und O-isotopischen Signaturen (d13C und d18O) des CO2 eingesetzt werden, um Photosynthese und Respiration eines Pflanzenbestandes im Licht zu quantifizieren und zu trennen. Grundlage hierfür ist die Bestimmung der natürlich entstehenden Unterschiede in der C- und O-isotopischen Signatur von photosynthetischen und respiratorischen CO2-Flüssen. Diese Ergebnisse werden mit Schätzwerten aus Untersuchungen mit anderen Methoden verglichen. In den Experimenten sollen Photosynthese, Respiration, Wachstum und Assimilateverteilung der Bestände durch differenzielle N-Ernährung manipuliert und deren Auswirkung auf die 13C- und 18O-Signaturen des respirierten und fixierten CO2 charakterisiert werden. Mit den gewonnenen Daten lässt sich erstmalig die Übertragbarkeit der bislang nur auf der Skala von Blättern verifizierten Modelle zur C- und O-Isotopendiskriminierung auf die Skala von Pflanzenbeständen und Ökosystemen überprüfen.

Isotopenklimatologie aus Jahrringen

Das Projekt "Isotopenklimatologie aus Jahrringen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Fakultät II Biologie, Institut für Botanik und Botanischer Garten, Fachgebiet Allgemeine Botanik durchgeführt. Bei der Aufnahme des Wassers und des CO2 durch Pflanzen findet eine Isotopenfraktionierung statt. Sie ist zu einem grossen Teil durch die Witterungsbedingungen bestimmt, unter denen die Pflanzen leben. Diese Isotopenfraktionierung macht sich auch beim Aufbau der Zellulose des Holzes bemerkbar. Jahrringe der Baeume bieten den Vorteil, dass mit ihnen auf das Jahr genau datiert werden kann. Das Spaetholz der Jahrringe wird in unseren Breiten waehrend des Monats August aus den gerade erzeugten Assimilaten hergestellt, beim Bau des Fruehholzes greift der Baum aber auf aeltere Reserven zurueck. Das Spaetholz kann damit zur Rekonstruktion des Waermeklimas waehrend des Hochsommers vergangener Zeiten genutzt werden, zumal da es gelungen ist, die Gehalte der Zellulose an 2H und 13C an den heutigen Augusttemperaturen zu eichen. Mit diesem Verfahren wird das Waermeklima Europas fuer die letzten 12.000 Jahre lueckenlos bestimmt, wie auch dasjenige Hochtibets fuer die letzten 2.000 Jahre. Der Gehalt an 2H gibt darueber hinaus auch noch Informationen ueber die Herkunft des ehemaligen Wasserdampfes, so dass Hinweise auf die ehemalige atmosphaerische Zirkulation gewonnen werden.

Analyse der räumlichen Sedimentverteilung in der Laguna Potrok Aike (ASADO)

Das Projekt "Analyse der räumlichen Sedimentverteilung in der Laguna Potrok Aike (ASADO)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Institut für Geographie, Abteilung Geomorphologie und Polarforschung durchgeführt. Durch die Kartierung der Oberflächensedimente der Laguna Potrok Aike (Argentinien) können Erkenntnisse über die Prozesse gewonnen werden die die räumliche Verteilung der Sedimente, ihre geochemischen Eigenschaften und die Verfügbarkeit von Nährstoffen in einem rezenten Maarsee kontrollieren. Als Vorbereitung auf die geplante Tiefbohrung im Rahmen des ICDP (International Continental Scientific Drilling Program) ist ein solches Prozessverständnis nötig für eine verbesserte Interpretation der zu erbohrenden langen Sedimentkerne aus dem zentralen Seebecken. Mit der Kartierung werden fünf Aspekte der räumlichen Sedimentverteilung untersucht: (1) Welche Ablagerungsprozesse sind wichtig für die Sedimentverteilung im See und ist es möglich Partikel zu identifizieren, die einen langen äolischen Transportweg hatten? (2) Änderungen der Redox Bedingungen spiegeln sich im Fe/Mn-Verhältnis wider. Kann das Fe/Mn-Verhältnis somit als Proxy für Seespiegelschwankungen in der Vergangenheit verwendet werden? (3) Es wird angenommen, dass die Konzentration von Phosphor sich mit der Wassertiefe ändert. Wo ist die Quelle dieser hohen Phosphorwerte und wie beeinflussen Änderungen die Biologie des Sees und die seeinterne Ausfällung von Karbonaten? (4) Die Eignung der stabilen Isotope (13C, 15N) als Indikator für die Nähe der Uferlinie zur Kernposition wird überprüft. (5) Mit der Kartierung wird überprüft, ob die Pollenvergesellschaftung in den Sedimenten räumlich variiert und somit ein vergleichbares Paläoklimasignal für alle untersuchten Kernpositionen liefern kann.

Mineralogische, geochemische und isotopische Signaturen von Little Ice Age und Dryas III in den Seen des Gebiets Neuchatel - Saint-Point

Das Projekt "Mineralogische, geochemische und isotopische Signaturen von Little Ice Age und Dryas III in den Seen des Gebiets Neuchatel - Saint-Point" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universite de Neuchatel, Institut de Geologie durchgeführt. Alternating cold and warm periods particularly in the north Atlantic influence sedimentological signatures, and provoke short detritic sequences called 'Heinrich Events'. Amongst the 11 'Heinrich Events (HE)', which follow one another with a period of 11-12000 years, HE1 was considered part of the Younger Dryas, dated at 11000 years (calendar) approximately. Following new observations, the ages of the HE have been modified, the periodicity proven false, and above all, HE1 has been chronologically separated from the Younger Dryas. It is no longer possible to use the periodicity of 11000 years to predict if an HE0 is still to come or if the Little Ice Age was a reduced expression of such an event. As the mineralogical signatures and the apparent ages of the micas from the Younger Dryas and the HE1 are the same, they are due to the same iceberg invasion up to the 45 degree North parallel. Along the Norwegian coasts, the link between the oceanic and continental Younger Dryas has been made by comparison between dinoflagellate cyst and palynological data. During this period, it turns out that the summer sea temperatures were the same as today, whilst in winter they were much lower following a strong ice covering. The same seasonal contrast is recorded in the records of small lakes. Autochthonous calcite precipitation is unaffected by the 2 per cent drop in 18O. This drop is constant at any altitude in 27 of the lakes analyzed. The drop in the accumulation rates in the Greenland ice sheets, the partial winter icing over of the sea, the presence of icebergs south of the 45th parallel, all agree with larger contrasts in temperature, lower precipitation with more negative 18O values and probably higher snowfall on the continents corresponding to a cold steppes climate recognized by palynologists. Of all the Holocene from Lake Neuchatel, the best defined sequence is that between the Wolf minimum (1300 AD) and 1880-1900 approximately. It corresponds to the Little Ice Age but begins 100 years earlier. Wolf is the break point in mineralogical, geochemical, and isotopic data. From the Roman era until Wolf, 13C values of hypoliminic ostracods and epiliminic calcite show 2 positive and parallel gradients. Other data, calibrated from the total carbon curve show two maxima from the Little Climatic Optimum, broken by the minimum of Oort. In the Little Ice Age, all the gradients are parallel and negative. They are opposite to the gradients from carbonates based on C.min and C.tot. With a diminution in detritus in the sediments and a drop in the isotope ratios in ostracods, and thus a progressive increase in carbonate sedimentation, the isotopic composition of the water became progressively more negative, 18O values evolving in parallel with 13C. Is this due to an increase in primary genetic carbonate production? There is no corresponding increase in organic matter in sediments.

Die Auswirkungen von erhoehten CO2-Konzentrationen und Stickstoffablagerung auf die Kohlenstoff- und Stickstoffassimilation von Fagus Sylvatica und Picea Abies und das 15/14N- bzw. 13/12C-Verhaeltnis

Das Projekt "Die Auswirkungen von erhoehten CO2-Konzentrationen und Stickstoffablagerung auf die Kohlenstoff- und Stickstoffassimilation von Fagus Sylvatica und Picea Abies und das 15/14N- bzw. 13/12C-Verhaeltnis" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Paul Scherrer Institut, Laboratorium Environmental and System Analysis durchgeführt. As a contribution to the ICAT-Project, the main goal of this investigation is to analyze the influence of elevated C02 and increased nitrogen deposition on the flux dynamics and the pools of C and N in individual plants (Fagus sylvatica and Picea abies) as well as in the ecosystem. A change in the C02 regime influences the nitrogen balance, and the alteration of the nitrogen regime greatly influences the carbon balance. The pathways ,and pools of these elements in plants and in the ecosystem will be studied and described, analyzing the stable isotope relationships (I5/l4N and 13/12C). In this study both 13C and 15N will be used as tracer elements as well. The use of these tracers will allow to study the translocation and remobilisation mechanisms of N and C under changed environmental conditions. The use of labelled nitrogen as the below ground N-source (l5N-H4+,15N- 03-) and 15NO2 for the above ground fumigation in separate chambers allows the study of the different nitrogen sources and the various pathways. Variations in physiological processes during the vegetation period will be studied by supplying and harvesting plant material from potted plants at clearly defined times. The study of the 13/l2C relationship will allow to estimate the long term water use fficiency. It is planned to use this data material for the development of mechanistic oriented models which allow the simulation of these processes. Leading Questions: 1. How does elevated CO2 influence the carbon and nitrogen balance alone or in combination with an elevated nitrogen deposition. 2. What is the influence of this situation on the C- and N-Pools a) in the individual plant, b) in the ecosystem 3. Will the turnover rates be accelerated or slowed down, or is it not influenced 4. Where and at what time will the metabolites be translocated with an elevated CO2 and nitrogen level, and how will it differ from the controls.

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