Forschungsprojekte

Sozial-ökologische Systeme im Spannungsfeld Indischer Stadt-Land-Gradienten: Funktionen, Skalen und Übergangsdynamiken. Teilprojekt A01: Intensivierungseffekte auf Stoffflüsse in Rural-Urbanen Anbausystemen

(DFG, 2016-2019)


Effects of water content, input of roots and dissolved organic matter and spatial inaccessibility on C turnover & determination of the spatial variability of subsoil properties

(DFG, 2013-2016)


Optimierung der Einsatzfähigkeit der Infrarot-Reflexionsspektroskopie in der Bodenökologie: Bestimmung der Zusammensetzung und Stabilität der organischen Bodensubstanz und Vorhersagen in offenen Populationen

(DFG, 2013-2016)


Bedeutung der Stickstoff-Aufnahmepfade von Mikroorganismen im Boden

(DFG, 2011)

Bodenmikroorganismen können einfache organische Moleküle direkt aufnehmen und den überschüssigen Stickstoff als Ammonium ausscheiden, oder sie mineralisieren den organischen Stickstoff zuerst außerhalb der Zellen und nehmen ihn in der von Ammonium auf. Der Aufnahmeweg hat Auswirkungen auf die Konkurrenz zwischen Mikroorganismen und Pflanzen und wirkt sich daher direkt auf die Stickstoff Versorgung von Kulturpflanzen aus. Das Ziel des Projekts ist es, die Faktoren, welche die relative Bedeutung der beiden Aufnahmewege bestimmen, zu erforschen. Dazu sollen Laborstudien und ein Feldversuch durchgeführt werden. Im Feld sollen die zeitlichen Auswirkungen des Düneregimes, inklusive der Verwendung von mineralischen und organischen Düngern, sowie die Interaktionen mit Kulturpflanzen untersuchen werden.


Untersuchung und Optimierung der Bodenfruchtbarkeit in Nordchina: Modellierung der N-Dynamik

(ZFF, 2009)

Ziel des Vorhabens ist es, zu überprüfen, ob ExpertN zur Simulation der N-Dynamik in nordchinesischen Böden eingesetzt werden kann. Hierzu werden anhand von Mikrokosmenexperimenten Daten erhoben, die für die Kalibrierung des Modells ExpertN erforderlich sind, und Testsimulationen durchgeführt. Für die Mikrokosmenexperimente werden Bodenproben aus Nordchina sowie 15N-markierten Materialien (Kot, Harnstoff und Nitrat) verwendet. Für die Modellparameterisierung wichtige Daten bezüglich des Klimas werden aus Literaturquellen entnommen.


Überprüfung der Eignung der Nah- und Mittelinfrarotspektroskopie zur Bestimmung von Modellpools und Isotopenverhältnissen

(ZFF, 2008)

Ziel des Projekts ist es, zu überprüfen, ob Pool-Größen und deren Umsatzraten sowie Isotopenverhältnisse mittels Nahinfarot- (NIRS) und Mittelinfrarotspektroskopie (MIRS) vorhergesagt werden können. Hierzu werden Böden, die in früheren Studien für Modellierungen der Dynamik der organischen Boden­substanz verwendet wurden, mittels NIRS und MIRS im feldfrischen und getrockneten Zustand untersucht. Anhand der Spektren erfolgen Kalibrationen und Vorher­sagen bezüglich der modellierten Poolgrößen und deren Umsatzraten. Die hierbei berücksichtigten Pools sind die der Modelle RothC, CANDY und DAISY. An Proben von verschiedenen forstlichen und landwirtschaftlichen Standorten unter C3- und C4-Vegetation wird die Eignung der NIRS und MIRS zur Abschätzung der 13C/12C- und 15N/14N-Isotopenverhältnisse im Bereich der natürlichen Häufigkeit quantifiziert.

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Implementierung und Validierung der DFG-SPP Ergebnisse mit Hilfe einer Erweiterung des Rothamsted Carbon Models

(DFG, Ludwig & Flessa)

Modellierung der C-Sequestrierung in Böden ist notwendig für ein verbessertes Prozessverständnis und für Prognosen. Validierungen bestehender Modelle zeigten aber gravierende Abweichungen zu Messwerten, sofern keine adjustierbaren Parameter verwendet wurden, oder unplausibel niedrige C-Einträge. Aufbauend auf den bisherigen Ergebnissen werden im beantragten Projektabschnitt folgende Themen für die Standorte Halle, Rotthalmünster und Bad Lauchstädt bearbeitet: (i) Erweiterung des Rothamsted Carbon Model; (ii) Regressionsanalyse zwischen den im SPP ermittelten Fraktionsgrößen bzw. Turnoverraten und den Modellergebnissen der Roth-C-Modellierungen und Einbeziehung der 14C-Daten in die Modellierung; und (iii) Durchführung der Modellierung der C-Speicherung für Unterböden der drei Standorte.

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Analyse der Stabilisierung der organischen Substanz in aggregierten Böden anhand der natürlichen 13C-Verteilung - C-Pools, Umsatzraten, Modellierung

(DFG, Flessa & Ludwig, 01.10.04-30.09.06)

Quantitative Kenntnisse über die Einbauraten von Streukohlenstoff in unterschiedlich stabile Fraktionen der organischen Bodensubstanz (SOM) sind eine wichtige Voraussetzung für das Verständnis der Regulation der Stabilisierung des organischen Kohlenstoffs im Boden (SOC). Aufbauend auf den Ergebnissen der ersten beiden Projektphasen werden im beantragten Projektabschnitt folgende Punkte bearbeitet: (i) unterschiedliche Verfahren zur Kennzeichnung stabiler SOM-Pools (Oxidationsverfahren, Hydrolyse mit Trifluoressigsäure und HCl, Verfahren zur Auflösung organomineralischer Assoziationen und "Black carbon"-Gewinnung) sollen anhand von 13C- und 14C-Analysen und den bestehenden Modellierungsergebnissen überprüft und optimiert werden; (ii) die SOC-Umsatzraten in Aggregatgrössenklassen unterschiedlicher Landnutzungsysteme in Inkubationsexperimenten sollen bestimmt und in Kooperation mit der AG Bachmann wird die Benetzbarkeit der Aggregatklassen ermittelt; (iii) bei Verwendung von 13C- und 15N-markierter Streu wird der Einfluss der Streuqualität und Pilzbiomasse für die Aggregatbildung und Stabilisierung der organischen Substanz im Zuge des Streuabbaus ermittelt, wobei in Kooperation mit AG Löhmannsröben die NIR-Laser-Spektrometrie zur 13CO2- und 12CO2-Bestimmung eingesetzt werden soll; (iv) die Modellierung der SOC-Dynamik soll unter Berücksichtigung obiger Ergebnisse und verbesserter Modellansätze (Fraktionierungskonzepte nach Six et al. (2002) und Skjemstad (2003)) ohne adjustierbare Parameter durchgeführt werden.

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Überprüfung und Optimierung der Spektroskopie im nahen und mittleren Infrarotbereich zur Bestimmung der Zusammensetzung, Eigenschaften und Umsetzbarkeit organischer Abfälle und der organischen Bodensubstanz

 (DFG, Ludwig, 01.08.04-31.07.06)

Projektkurzbeschreibung: Quantitative Kenntnisse über die Zusammensetzung, Eigenschaften und Umsetzbarkeit organischer Abfälle (Komposte und Klärschlamme) und der organischen Bodensubstanz (OBS) sind für eine nachhaltige Landnutzung bedeutsam. Analytische Methoden und Experimente hierzu sind häufig kosten- und arbeitsintensiv, während Modellberechnungen nicht allgemein akzeptiert sind. Ziel ist es, die Eignung der Spektroskopie im nahen (NIRS) und mittleren Infrarotbereich (MIRS) zur Bestimmung der Zusammensetzung, Eigenschaften und Umsetzbarkeit organischer Abfälle  und der OBS zu überprüfen und Optimierungen durchzuführen.

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Erfassung der Umsetzung und Stabilisierung der organischen Substanz in Böden anhand der natürlichen 13C-Verteilung

(DFG, Flessa, Ludwig & Beese, 01.10.02 - 30.09.04)

Projektkurzbeschreibung: Quantitative Kenntnisse über die Einbauraten von Streukohlenstoff in unterschiedlich stabile Fraktionen der organischen Bodensubstanz (SOM) sind eine wichtige Voraussetzung für das Verständnis der Regulation der Stabilisierung organischer Substanz in Böden. Die Bestimmung der Bildungs- und Umsatzraten unterschiedlich stabiler Fraktionen der organischen Bodensubstanz im Zuge des Streuabbaus setzt voraus, dass der Ursprung des organischen Kohlenstoffs in den Fraktionen zurückverfolgt werden kann. Ziel dieses Projektes ist es, die langfristigen Umsatz- und Stabilisierungsraten von maisbürtigem Kohlenstoff in den Böden der Maismonokulturflächen (seit 1961) des Dauerversuches "ewiger Roggen" zu erfassen. Die Analyse erfolgt anhand der natürlichen 13C-Verteilung in unterschiedlichen Fraktionen (physikalische Fraktionierung, Extraktionen, Pyrolyse) der organischen Bodensubstanz. In Inkubationsversuchen wird die Bedeutung der unterschiedlich alten SOM-Vorräte (maisbürtig bzw. vor 1961 gebildet) als Substrat für die DOC-Produktion und die Bodenrespiration quantifiziert. Weiterhin soll der Einfluss mineralischer Nährstoffzufuhr auf die Umsatz- und Stabilisierungsraten von Maisstreu erfasst werden. Die Ergebnisse werden zur Modellierung der Dynamik der C-Umsetzungsprozesse mit dem Rothamsted C-Modell eingesetzt.

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Optimierung der Verfahren zur Quellstärkenbestimmung am Beispiel von Aschen und Schlacken. Überprüfung von bestehenden Computermodellen für ungesättigte Böden hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit für die Sickerwasserprognose

(BMBF, Beese & Ludwig, 01.05.01 - 30.04.04)

Projektkurzbeschreibung: Das Verhalten oberflächennah abgelagerter, gering kontaminierter "Abfälle zur Verwertung" in oder auf Böden sowie der Transport der gelösten Reaktionsprodukte wird durch komplexe Wechelwirkungen mit diesem Umweltmedium geprägt. Die Projektziele beinhalten eine Optimierung der Verfahren zur Ermittlung der Quellstärken am Beispiel diverser Schlacken der Metallherstellung und Aschen. Die potentielle Quellstärke soll in modifizierten Batchexperimenten bei Anwendung verschiedener Wasser-Feststoff-Kontaktzeiten, Dränungszeiten und Extraktionslösungen ermittelt werden. Die effektive Quellstärke soll in Kurz-Säulen-Fließexperimenten mit Fließunterbrechungen bestimmt werden. Weitere Ziele beinhalten die Überprüfung der Anwendbarkeit des Modells PHREEQC2 für die Ermittlung der potentiellen und effektiven Quellstärke unterschiedlicher "Abfälle zur Verwertung" und die Überprüfung des Modells PHREEQC2 für die Sickerwasserprognose an repräsentativen Bodensäulen unterschiedlicher Texturen und pH-Pufferbereiche.

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