Das Projekt "Effects of biochar amendment on plant growth, microbial communities and biochar decomposition in agricultural soils" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungsinstitut für biologischen Landbau Deutschland e.V. durchgeführt. Biochar has a great potential to ameliorate arable soils, especially those that are low in organic matter due to intensive use or erosion. Biochar is carbonised organic material with high porosity that brings about changes in physical, chemical and biological soil functions. Biochar amended soils show a higher water and cation exchange capacity with reduced leaching and enhanced availability of plant nutrients. The microbial biomass in biochar amended soils is enhanced and more diverse. Biochar is stabilised organic material, which is likely to remain for hundreds of years in the soil. Photosynthetically fixed atmospheric CO2 stabilised in biochar may thus act as a direct carbon sink and help to mitigate climate change. As feedstock and production conditions produce different biochar qualities predictions of effects in soil need to consider biochar and soil properties case by case. To date biochar has been approved to ameliorate highly weathered tropical soils with positive effects on crop growth and yield. Distinct microbial groups were reported to be enhanced in soils but if this depends on the particular soil or biochar or a combination of both is an open question, especially in temperate climates. Likewise, it is not known if microorganisms colonising biochar surfaces are responsible for its mineralization or if they just use the new niches provided. The aim of the proposed project is to investigate the influence of two biochar types on soil-plant systems by determining i) soil nutrient availability, plant growth and nutrient uptake, ii) structure and function of soil microbial communities, iv) the decomposition and fate of biochar in soils. We will use two loessial soils from the well-known DOK-trial with different soil organic matter content. Other soils from the region will be selected to provide a wider range of soil quality, in particular pH. The biochars will be produced by pyrolysis and hydrothermal carbonization (HTC) from the C4-plant Miscanthus gigantea. Pyrolysis derived material has bigger pore sizes due to the evaporating gasses and is commonly alkaline, whereas the HTC derived biochar has a finer pore size, a much higher oxygen content and more acidic functional groups.
Das Projekt "Ecuador/Bergwald - Stoffhaushalt gestörter und ungestörter Ökosysteme der südecuadorianischen Anden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Lehrstuhl für Bodenkunde und Bodengeographie durchgeführt. Mit dem beantragten Projekt werden die 1997 im südecuadorianischen Bergwald begonnenen Arbeiten fortgeführt. Die Ziele der neuen Projektphase sind (1) die abschließende Erfassung und Modellierung des Wasser- und Nährstoffhaushaltes von kleinen Wassereinzugsgebieten unter ungestörtem Bergwald, (2) die Aufklärung der Rolle chemischer Reduktionsprozesse für den Stoffhaushalt des Bergwaldes mithilfe von Redoxelektroden und d34S-Werten, (3) die Aufklärung der Fließpfade im Boden Mithilfe von d18O-Werten und (4) die Untersuchung der Auswirkungen eines ortsüblichen Landnutzungseingriffes (z.B. Brandrodung) auf den Stoffhaushalt des Bergwaldökosystems. Dazu wurden auf der zum Amazonas exponierten Andenabdachung drei etwa 10 ha große Wassereinzugsgebiete mit den erforderlichen Geräten ausgestattet. Von den Ergebnissen erwarten wir Erkenntnisse über Parameter, die den Stoffhaushalt der bisher wenig untersuchten und zunehmend bedrohten tropischen Bergwälder steuern und über die Auswirkungen menschlicher Eingriffe. Darüber hinaus liefert unser Teilprojekt wichtige bodenkundliche Basisdaten für die anderen Arbeitsgruppen.
Das Projekt "Effect of experimentally applied drought and warming stress on three oak species and provenances using C and O stable isotopes in leaves, shoots, stem and roots" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft, Eidgenössisches Institut für Schnee- und Lawinenforschung durchgeführt. The predicted climate change will have a profound effect on ecosystems in Switzerland, including forests. Tree species, for example oaks, which are more adapted to warmer and dryer conditions are expected to profit from the changing climate. Models predict a large increase in the distribution of oaks that are currently covering only 2Prozent of Swiss forests. Unfortunately, no long-term trials exist in Switzerland that could be used to test for climate sensitivity of the various oak species. At the Swiss Federal Institute WSL, therefore, an experiment in 16 open-top chambers was carried out to test how the three native oak species react to drought and warming. Regarding drought tolerance and temperature preference, the natural distribution suggests that Q. pubescens is the most drought-tolerant, followed by Q. petraea and Q. robur. The warming treatment is achieved by selecting two opening angles of the chamber window. Under less opened windows air and soil surface temperatures increases by 1 to 3 C. Automatically closing roofs exclude rain. An artificial drought treatment is achieved by reducing the mean local precipitation from April to October (600 mm) to less than half. While the control and warming treatment, receive water in regular intervals, the drought treatment and the warming and drought combination are only periodically watered. To prevent irreversible damage under drought stress trees usually close the stomata to minimize water loss via transpiration. This, however, reduces the net photosynthesis and thus the carbon fixation. The potential to optimize between water loss and carbon fixation is a key in understanding tree responses to climatic change. Besides stomata closure, photosynthesis is determined by other factors, including temperature. Both, stomata closure and photosynthetic capacity affect the fractionation of the stable carbon and oxygen isotopes. Therefore, the determination of the isotope ratios ?13C and ?18O in plant tissue allows to draw conclusion on how drought and warming affect the trees. The following samples are collected and are intended to be analyzed: a) fresh leaves, b) wood section from shoots, c) stemwood and d) root samples. The proposed study with the stable C and O isotopes will be an ideal complement to the other measurements, such as shoot elongation, biomass change, gas exchange, root growth and leaf size and nutrient content. Based on these results, potentially useful oak species and provenances for future seeding or planting can be identified and recommendations for the forest practice can be made. In addition, the derived isotope ratios would allow the identification of drought stressed trees.
Das Projekt "PALEOENVI: The late Quaternary palaeoenvironment of the Pannonian Basin (SE Europe)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Eberhard Karls Universität Tübingen, Fachbereich Geowissenschaften, Abteilung Bodenkunde und Geomorphologie durchgeführt.
Das Projekt "Globaler Wandel in tropischen Wäldern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Botanik durchgeführt. Große Anstrengungen werden unternommen, um den Effekt von steigender CO2 Konzentration, Klimaänderungen und Stickstoffimmission auf Pflanzen und Ökosysteme zu verstehen. Der bisherige Effekt auf tropische und andere Wälder ist oft unklar, aber wichtig um vergangene Veränderungen zu verstehen und zukünftige vorhersagen zu können. Zurzeit, aber sicher nicht unbegrenzt, scheinen tropische Wälder wichtige C-Senken zu sein. Experimentelle Studien anderer Wälder zeigen, dass ein CO2-Düngungseffekt vor allem dann zu erwarten ist, wenn Temperatur, Wasser und Nährstoffe wenig limitierend sind. Da eine CO2-Begasung ganzer tropischer Wälder bisher nicht möglich war, werden Langzeitstudien auf großen Flächen, die ursprünglich Dynamik, Wachstum und Funktion dieser Wälder untersuchen sollten, auch dazu herangezogen, langfristige Veränderung im Zusammenhang mit globalem Wandel zu analysieren. Diese Studien deuten auf zunehmendes Wachstum, Umsatzraten und veränderte Artenzusammensetzung, werden aber kontroversiell diskutiert. Ein Problem ist, dass die Messungen nicht weit zurück reichen und die anfängliche Standortwahl oder Störungen verzerrte Daten verursacht haben können. Außerdem kann der potentielle Effekt verschiedener Faktoren nicht mit Zensus-Daten allein analysiert werden. In temperaten Zonen werden die jährlichen Wachstumsringe von Bäumen seit langem erfolgreich verwendet, um die Reaktion der Bäume auf kurz- und langfristige Umweltveränderungen zu untersuchen. Diese wurden bislang kaum für tropische Bäume herangezogen, obwohl einige von ihnen durchaus regelmäßige Jahrringe produzieren, die sich für eine Untersuchung von CO2- und anderen Effekten der letzten 1-2 Jahrhunderte anbieten. Da eine experimentelle Manipulation ganzer Tropenwälder mit CO2 derzeit kaum realisierbar ist, bleiben für viele Fragen zum Effekt eines globalen Wandels auf diese Wälder die Methoden der Dendrochronologie die beste oder die einzige Option. Die Hauptfragen dieses Projektes sind ob das Wachstum von Bäumen in den vergangenen Jahrzehnten zugenommen hat, und welche Faktoren dafür verantwortlich sind. Es sollen Bohrkerne auf fünf großen Langzeitflächen in Panama, Indien, Thailand und Australien, die einen Gradienten in Saisonalität und Menge des Niederschlages repräsentieren, gezogen werden. Von diesen Standorte steht eine optimale Datengrundlage zur Selektion der Bäume und zur Interpretation der Daten zur Verfügung, und Ring bildende Arten sind nachgewiesen. Bäume verschiedenen Alters werden gewählt, um den Effekt des Alters von langfristigen Umweltveränderungen unterscheiden zu können. An den Bohrkernen werden Zuwachs (Wachstum), Holzdichte (kann vom CO2 beeinflusst sein und ist zur Bestimmung des Biomasszuwachses wichtig),u.s.w.
Das Projekt "Controls of plant biodiversity on water flux partitioning in grassland ecosystems" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, Institut für Agrarwissenschaften, Departement Biologie durchgeführt. Global environmental change is predicted to result in increased frequency and intensity of extreme climatic events, including severe droughts and intense precipitation events (IPCC, 2001; IPCC, 2007). The determination and partitioning of water use of entire ecosystems will thus gain increasing importance under future climatic conditions (IPCC 2007). Studying the effects of plant diversity on ecosystem water fluxes is also a crucial aspect of our understanding of the mechanisms underlying the response of ecosystems to global change as well as the direction and magnitude of potential feedback effects of ecosystems on the hydrological cycle and the atmosphere. However, up to now, biodiversity-ecosystem functioning studies have neglected the water cycle almost completely. In the proposed project, the controls of plant diversity (i.e., species richness and functional group richness) on ecosystem water fluxes, their partitioning into soil evaporation and transpiration as well as plant water uptake patterns will be assessed in grassland ecosystems with the following objectives: - To quantify water losses from grassland ecosystems of varying plant diversity to the atmosphere (evapotranspiration fluxes); - To partition the evapotranspiration flux into its soil evaporative and vegetation transpiration components; - to identify the environmental constraints of plant water sources as a function of plant diversity. The study will be carried out at The Jena Experiment, a large biodiversity experiment in which experimental plant community plots of varying species composition, but also species and functional group richness are studied since 2002. We propose to use micrometeorological techniques to measure the ecosystem evapotranspiration flux (ET) and partition it into vegetation transpiration (T) and soil evaporation (E) at the ecosystem level, as well as to use stable isotope analyses to identify the source water of transpiration during intensive field campaigns at times of different water availability. The expected outcomes of the project proposed are manyfold. Using an innovative combination of techniques, we can provide a proof-of-concept to a scientific community (e.g. biodiversity, population biology, plant ecology communities) that typically has little to no knowledge about the great potential of such methodology. We will obtain highly relevant data on the relationships between plant diversity and water fluxes, their component fluxes and environmental drivers, information that does not exist at the moment. Moreover, we then can assess land surface-atmosphere coupling and the impact of climate change on grassland ecosystems, one of the major land use types in Europe and globally.
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.
Das Projekt "Alpine Groundwater - pristine aquifers under threat" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Zürich, Geographisches Institut durchgeführt. The characteristics of climate and hydrology in mountain areas remain poorly understood relative to lowland areas. Our mission is to assess the groundwater quality and seasonal storage dynamics above the alpine timberline (2000 m). This critical recharge zone covers 23% of Switzerlands land surface and is the source of the countrys most important resource: clean water from a pristine environment. The value of pristine nature and free ecosystem services are often taken for granted, as they come without any costs (Brauman et al. 2007). In Switzerland, the alpine zone above the timberline is an excellent example of such free ecosystem services that relate to hydrology. The alpine zone forms the headwaters for the majority of Swiss rivers as well as major European rivers like Rhine, Rhone, Po, and Danube. However, not much is known about alpine groundwater, its recharge and water quality variations as these remote reservoirs are rarely monitored. Glaciers and permafrost will continue to retreat forming large new sediment deposits and changing infiltration conditions in high alpine terrain. Climate change will impact hydro-chemical composition of alpine waters, accelerate weathering processes, and might trigger mobilization of pollutants. Accordingly, in this proposal we plan to monitor and quantify free ecosystem services of alpine terrain, particularly those related to water quality and quantity. This project will start a pilot study of alpine porous aquifer observations in the Swiss Alps in the vicinity of the Tiefenbach glacier. To translate hydrological science into an ecosystem service context as suggested by Brauman et al. (2007), we will focus on four key attributes: - I. Water quantity: observations of groundwater level fluctuations combined with analysis of contributing water sources based on stable isotope analysis give quantitative understanding of origin and amount of water, - II. Water quality: groundwater temperature and electrical conductivity will be used as proxies for sampling of hydro-chemical parameters with automated water samplers during primary groundwater recharge (snowmelt and rainfall events), - III. Location: Alpine terrain above the timberline, especially recharge into/out of a alpine porous aquifer at a pro-glacial floodplain and - IV. Timing of flow (snow- and icemelt from May to September) and groundwater recharge during the growing season.
Das Projekt "Prognose über die Erholung der Böden vom Sauren Regen in Buchen(Fagus sylvatica)wäldern (Waldbodenversauerung)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Waldökologie durchgeführt. Aus Vergleich von chemischen Bodenparametern im Stammfußbereich und Zwischenflächenbereich von 152 Altbuchenstandorten im Wienerwald (Probennahme 1984/85) schloss Lindebner (1990) auf einen signifikanten Immissionseinfluss: Bodenversauerung, erhöhte Schwefel (S) gehalte, sowie Verlust der basischen Kationen Kalzium und Magnesium. Zwischenzeitlich wurden die Emissionen von SO2, dem wichtigsten Ausgangsprodukt für die Bildung des Sauren Regens, sehr stark reduziert. Trotzdem ist dieses alte Thema Acid Rain wieder von großer Aktualität, da in Abhängigkeit von festzustellenden Bodenparametern die Freisetzung von historisch deponiertem S mancherorts höher ist als der Eintrag und gegenwärtig Boden- und Oberflächengewässerversauerung verursacht. Tatsächlich konnte in einem Vorversuch anhand einer neuerlichen Beprobung von 19 dieser 152 Flächen ein Anstieg des pH-Wertes im Oberboden festgestellt werden, wobei sich der Stammfußbereich stärker als der Zwischenflächenbereich verändert hat. Veränderungen des Bodenchemismus mit zunehmender Entfernung vom Stammfuß wurden bereits in den 1980ern von Sonderegger (1982) und Kazda (1983) an ausgewählten Buchen im Flysch-Wienerwald gemessen und sehr gut dokumentiert. Die Arbeitshypothesen dieses Projektes lauten: a) die Böden haben sich aufgrund der Emissionsreduktion von SO2 seit den 1980ern erholt; b) der Rückgang der Bodenversauerung ist eine Funktion der historischen Schadstoffbelastung und der Zeit; c) eine Zufuhr der verlorenen basischen Kationen ist hilfreich, um die Bodenerholung anhand verschiedener Parameter zu definieren und zeitlich zu bewerten; d) die netto S-Bilanz ist entscheidend, um Prognosen über die Erholungsfähigkeit der Böden zu treffen und ist von S-Input und Bodenparametern abhängig. Folgende Methoden werden zur Überprüfung der vier Hypothesen eingesetzt: i) historische und rezente chemische Bodenparameter von ca. 90 dieser Altbuchenstandorte (Lindebner, 1990) werden miteinander verglichen. ii) Die räumliche Heterogenität von Bodensäulen dieser drei nährstoffreichen Standorte auf Flysch (Sonderegger, 1982; Kazda, 1983) sowie dreier nährstoffarmer Standorte auf Molasse in 5 Abständen (27 cm bis 300 cm, jeweils 3 Bodentiefen) hangabwärts vom Stammfuß bis zur Zwischenfläche erlaubt Aussagen zur Reversibilität der Bodenversauerung. Die Originalität dieses Ansatzes besteht darin, dass auf dem gleichen Standort Bodenprofile unterschiedlicher historischer Belastungen (Stammfuß wurde aufgrund der Filterwirkung des Baumes und Eintrag mit dem Stammabfluss wesentlich stärker belastet) in einer sogenannten falschen Zeitreihe (steigende Bodenwasserflüsse aufgrund des zunehmenden Stammabflusses mit abnehmender Distanz zum Stamm verursachte eine schnellere Erreichung des Gleichgewichtszustandes mit den abnehmenden S-Einträgen) studiert werden können. (Text gekürzt)
Das Projekt "Extending the Multi-Isotopes in a Controlled Environment (MICE) Facility - New climate regulation system and carbon isotope analysers" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Zürich, Geographisches Institut durchgeführt. In this proposal, we require funding to extend the capacity of an existing facility, the 'Multi-Isotope labelling in a Controlled Environment' (MICE) facility. This device is for the study of the carbon cycle in the plant-soil system. It uses multi stable-isotopes (13C, 18O, 2H, 15N) to understand the effects of the global-change drivers (temperature, moisture, CO2 increase and N deposition among others) on the C cycle processes, from photosynthesis in the leaf to organic matter mineralisation or stabilisation in the soil. This facility has been developed over the past two years with our team budget. It is now involved in dozen's of projects, including the five described in this proposal: 1) the study of root contribution to soil organic matter under drought conditions; 2) The influence of biodiversity on organ-ic matter stabilisation in soils; 3) The study of soil organic matter vulnerability of Swiss soils to global change; 4) the formation of soil organic matter in mountain soils and 5) the study of quality changes in European soils by the addition biochar. Our facility is unique in many aspects, it has the capacity to use different isotopes at the same time, as well as a semi-automatic climate control that allows us to run long-term experiments. Our system is however, restricted to relatively narrow climatic conditions (equivalent to plants on the floor of a tropical forest) and has a time consuming and expensive sample collection system. In this proposal, we would like to extend the capacity of this existing facili-ty in two areas: 1) better lights, temperature and moisture controls, to broaden possible climatic conditions to include boreal and temperate and 2) a 13C isotope laser analyser for measuring large numbers of gas and solid carbon isotope samples. These two items will open a whole new dimension of possible studies: we will be able to study carbon processes in great detail and at high precision with a high temporal precision, under most of the eco-system-conditions that currently exist on earth.
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| Bund | 14 |
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| open | 14 |
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| Deutsch | 14 |
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| Keine | 12 |
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| Topic | Count |
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| Boden | 14 |
| Lebewesen & Lebensräume | 13 |
| Luft | 12 |
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| Wasser | 12 |
| Weitere | 14 |