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BTU
Succession of N Cycling Processes in Biological Soil Crusts on a Central European Inland Dune
(2013)
Biological soil crusts (BSCs) are microbial assemblages that occur worldwide and facilitate ecosystem development by nitrogen (N) and carbon accumulation. N turnover within BSC ecosystems has been intensively studied in the past; however, shifts in the N cycle during BSC development have not been previously investigated. Our aim was to characterise N cycle development first by the abundance of the corresponding functional genes (in brackets) and second by potential enzyme activities; we focussed on the four processes: N fixation (nifH), mineralisation as proteolysis and chitinolysis (chiA), nitrification (amoA) and denitrification (nosZ). We sampled from four phases of BSC development and from a reference located in the rooting zone of Corynephorus canescens, on an inland dune in Germany. BSC development was associated with increasing amounts of chlorophyll, organic carbon and N. Potential activities increased and were highest in developed BSCs. Similarly, the abundance of functional genes increased. We propose and discuss three stages of N process succession. First, the heterotrophic stage (mobile sand without BSCs) is dominated by mineralisation activity. Second, during the transition stage (initial BSCs), N accumulates, and potential nitrification and denitrification activity increases. Third, the developed stage (established BSCs and reference) is characterised by the dominance of nitrification.
Ein Medianfilter ist ein Werkzeug, das benutzt werden kann, um Bilder zu entrauschen. Allerdings verschwimmen vorhandene Strukturen, und eine gute Bildsegmentierung gestaltet sich schwierig. Daher wird hier ein Medianfilteralgorithmus vorgestellt, der in der Lage ist, Bilder zu entrauschen und gleichzeitig vorhandene Strukturen beizubehalten. Wir zeigen die Anwendbarkeit dieser Methode auf Bilder, die durch ein automatisches Minirhizotronsystem aufgenommen worden sind. Dieses dient zur zerstörungsfreien Observierung von Wurzelwachstum. Die verbesserten Bilder werden dann zur Bildsegmentierung benutzt, um automatisch die Wurzeln in den Bildern zu entdecken.
Wie beeinflussen Kiefern (Pinus sylvestris L.) die Entwicklung der Benetzungshemmung auf Sandböden?
(2011)
Als mehrjährige Bioenergiepflanze kann Sida hermaphrodita eine wichtige Rolle für den Anbau auf marginalen Standorten in der nahen Zukunft spielen. In einem kontrollierten Topfexperiment wurde der Einfluss von verschiedenen Kompostgehalten (10, 20, 30, 50%) und mineralischem Stickstoffdünger (100 kg N ha–1) auf Biomasse, Wuchshöhe und Kohlenstoffallokation während der Etablierungsphase untersucht. Weiterhin wurden ökophysiologische Parameter (Gaswechsel, Chlorophyllfluoreszenz, Chlorophyllgehalte) mit nicht-destruktiven Methoden bestimmt. Die Ergebnisse des Experimentes zeigen, dass sowohl die Stickstoffdüngung als auch die Kompostgabe positive Effekte für das Wachstumsverhalten hat. Während der Etablierungsphase erreichten die gedüngten Pflanzen eine mittlere Pflanzenhöhe von bis zu 127 cm (maximale Wuchshöhe 168 cm). Die Photosynthese wurde nicht durch die unterschiedlichen Behandlungen beeinflusst. Die mittlere CO2-Austauschrate variiert zwischen 5,8 und 9,9 μmol m–2 s–1 und die Elektronentransportrate zwischen 34,5 und 53,9 μmol m–2 s–1. Die Verwendung von Kompost und Stickstoff ist für eine bessere Biomasseproduktion von Sida in marginalen Böden möglich, auch wenn das Wachstum im ersten Jahr limitiert ist und es negative Rückwirkungen auf die Bestandesetablierung gibt.
Nach extremen Störungen durch Brände, Vulkanausbrüchen und Hangrutschungen, aber auch menschlichen Eingriffen werden Böden mehr oder weniger zerstört und vegetationsarm. Es entstehen sogenannte initiale Rohböden, die durch Veränderung der Bodenstruktur, Minderung der Wasserhaltekapazität als auch durch Nährstoffarmut extrem beeinflusst werden. Dabei haben anfängliche und nährstoffarme Ökosysteme, wie Grasländer und Offenlandschaften, aus Sicht des Naturschutzes einen hohen Wert für die Landschaft und sind in der intensiv genutzten Kulturlandschaft Mitteleuropas selten geworden. Insbesondere bieten Binnendünen, wie sie in Norddeutschland häufig sind, Potenzial für die Entwicklung von initialen Lebensräumen mit ihren spezifisch angepassten Pflanzen. Neben den Pionierarten werden die Rohböden, wie sie nach Störungen entstehen, zuerst durch verschiedene blütenlose Pflanzen, den sogenannten Kryptogamen, besiedelt.
Der folgende Beitrag widmet sich der Frage, inwieweit sich mikroklimatische Änderungen in einem Agroforstsystem (AFS) bedingt durch die Gehölzkomponente kleinräumig auf die gemessene Evaporation sowie auf die Produktivität von Winterweizen (Triticum aestivum) auswirken. Hierfür wurden im Zeitraum von März bis August 2016 Untersuchungen auf einem ca. 40 ha großen Agroforstschlag und einer angrenzenden, konventionell bewirtschafteten Freifläche bei Neu Sacro (Landkreis Spree-Neiße, Brandenburg) durchgeführt. Neben mikroklimatischen Kenngrößen wie der Lufttemperatur, der relativen Luftfeuchte, der Windgeschwindigkeit und der Globalstrahlung wurde auch die Evaporation nach Piche bestimmt. Ergänzend wurden Ertragsmessungen zum Kornertrag und Messungen zum Blattflächenindex (LAI) des angebauten Winterweizens durchgeführt. Neben Änderungen der Tagesminima der relativen Luftfeuchtigkeit im Nahbereich der Gehölzstreifen wurde eine Reduktion der durchschnittlichen Windgeschwindigkeit von bis zu 51 % gegenüber der Freifläche festgestellt. Die Minderung der Evaporation im Vergleich zur Freifläche betrug je nach Witterung bzw. Nähe zum Gehölzstreifen bis zu 58 % und wurde dabei maßgeblich durch die Windgeschwindigkeit beeinflusst. Räumliche Unterschiede ergaben sich auch bezüglich des Kornertrags sowie beim LAI. So fielen die Kornerträge im Agroforstsystem mit bis zu 9,2 t ha-1 gegenüber ca. 7,0 t ha-1 für die Referenzfläche überwiegend höher aus. Mit Ausnahme des Leebereichs in 3 m Entfernung zum Gehölzstreifen lagen auch die LAI-Werte des AFS über jenen der angrenzenden Freifläche. Diese ersten Ergebnisse deuten darauf hin, dass in AFS durch Gehölzstrukturen neben der Windgeschwindigkeit auch die Wasserverdunstung im Bereich der angrenzenden Ackerkulturen gemindert werden kann. Die mikroklimatischen Unterschiede wirkten sich dabei potentiell auch positiv auf das Wachstumsverhalten bzw. den Ertrag des Winterweizens aus. Vor dem Hintergrund einer Verringerung der potentiellen Evaporation und einer hieraus resultierenden höheren Wasserverfügbarkeit für die Ackerkulturen könnte die agroforstliche Landnutzung zukünftig auch für trockenheitsgefährdete Gebiete Mitteleuropas eine vorteilhafte Anpassungsstrategie des Ackerbaus an den Klimawandel darstellen.
Mit der Zunahme von extremen Witterungsereignissen ist die Auswahl von angepassten Baumarten und Klonen von großer Bedeutung für den Agrarholzanbau in der Lausitz. So zählte der Sommer 2015 zu den drittwärmsten Sommern in Deutschland mit langanhaltenden Trockenzeiten und Hitzeperioden auch in Brandenburg. Die ökophysiologischen Reaktionen von Robinien und Hybrid-Pappeln (Klon Max 1) auf Hitze- und Trockenstress wurden in einem Agroforstsystem bei Neu Sacro, Brandenburg untersucht. Die ökophysiologische Anpassungsfähigkeit wurde hinsichtlich der Photosyntheseleistung (Chlorophyllfluoreszenz), dem Wasserpotential, der 13C/12C Diskriminierung und dem Blatt-N-Gehalt untersucht. Gut wasserversorgte Bäume der beiden Arten zeigten keine wesentlichen Einschränkungen in Bezug auf die Photosyntheseleistung und dem Nährstoffhaushalt, da am Standort ein Grundwasseranschluss auch während der Trockenheit gewährleistet war. Bedingt durch kleinräumige Bodenheterogenitäten kann es allerdings auch örtlich zu Wassermangel kommen. An diesen Standorten zeigten die Pappeln deutliche morphologische und ökophysiologische Anzeichen von Trockenstress. Bei der sommerlichen Hitze zeigte die Photosynthese der beiden Baumarten eine hohe Plastizität.
Die Wintertemperaturen und insbesondere Frost sind wichtige Umweltfaktoren, die das Verbreitungsgebiet der Stechpalme (Ilex aquifolium L.) Mitteleuropa beschränken. Bereits heute profitiert diese Art von dem Klimawandel durch eine erweiterte Verbreitung in Mitteleuropa und an seiner nördlichen Verbreitungsgrenze in Skandinavien. In dieser Arbeit wird die Bedeutung der milder werdenden Wintertemperaturen für den Stoffwechsel von I. aquifolium untersucht, insbesondere die Akklimatisation der Photosynthese während des Winters. Dafür wurde die Photosynthese mit der Chlorophyllfluoreszenz-Methode gemessen. Während milder Wintertage bei Temperaturen wenig unter 0°C erholte sich die Photosynthese innerhalb von zwei Stunden, sobald die Pflanzen Raumtemperatur ausgesetzt wurden. Dagegen war die Photosynthese nach langanhaltenden Frostperioden und die gemessenen Elektronentransportraten der im Freiland wachsenden Ilex-Bäume um bis zu 50% niedriger als bei den Vergleichspflanzen im Gewächshaus. Somit wird die Photosynthese im Winter von der minimalen Temperatur und der Frostdauer beeinflusst. In der Regel war die immergrüne Stechpalme in der Lage ihre Photosynthese im Winter aufrecht zu erhalten und flexibel auf frostfreie Tage zu reagieren. Damit profitiert die Stechpalme während milder Tage im Winter und Frühjahr von dem im Vergleich zu den Sommermonaten hohem Lichtgenuss
im Unterwuchs, wenn die sommergrünen Bäume in der Baumschicht unbelaubt sind.
Initiale und nährstoffarme Ökosysteme wie Grasländer und Offenlandschaften haben aus Sicht des Naturschutzes einen hohen Wert für die Landschaft und sind in der intensiv genutzten Kulturlandschaft Mitteleuropas selten geworden. Gerade Bergbaufolgelandschaften, aber auch gestörte Binnendünen, bieten Potenzial für die Entwicklung von initialen Lebensräumen und Landschaften. Die obersten Millimeter der Bodenoberfläche dieser Ökosysteme werden durch Biokrusten besiedelt. Gebildet werden diese komplexen Lebensgemeinschaften aus einer Vielzahl von Cyanobakterien, Grünalgen, Moosen, Pilzen, Bakterien und Flechten. Diese Organismen „verkleben“ die Bodenoberfläche und beeinflussen als „Ökosystem en miniature“ maßgeblich die ökosystemaren Prozesse und die weitere Vegetationsentwicklung. Der Eintrag von C und N sowie die Akkumulation von organischem Material fördert die Bodenentwicklung in der initialen Phase.
Während der Sukzession der Biokrusten entwickeln sich die komplexen biotischen Prozesse des N-Kreislaufes mit Rückkopplungen auf die Nährstoffversorgung. Ausgeschiedene Exopolysaccharide, die eine Verbindung mit den Bodenpartikeln eingehen, verkleinern nach Regen den Porenraum der Bodenoberfläche und vermindern die Infiltration. Besonders Moos- und Flechten-Krusten unterbinden bei geringen Niederschlagsintensitäten die Infiltration in tiefere Bodenschichten. Konkurrenz und die großflächige Versiegelung der Bodenoberfläche haben zudem negative Auswirkungen auf die Keimung und Etablierung von höheren Pflanzen. Diese biotischen Interaktionen führen bei gesteuerten Sukzessionen auf Renaturierungsflächen zu Änderungen der Vegetationsentwicklung. Somit wird die Bedeutung der Biokrusten für die Renaturierungsökologie z.T. kontrovers diskutiert. Klein- und großräumige Störungen hingegen sind als integraler Bestandteil der Ökosystementwicklung einzuschließen.