Loading...

Element- und Nährstoffhaushalte von Ökosystemen umfassen Einträge (atmosphärische Deposition, Düngung), interne Kreisläufe (Mineralisation, Verwitterung, Aufnahme durch die Biomasse, Translokation, Akkumulation) sowie Austräge (Auswaschung, gasförmige Emissionen, Ernteentzug). Ein großer Teil der Umsetzung und des Stofftransportes erfolgt dabei in gelöster Form in Niederschlag und Bodenlösung. Sowohl für die Bereitstellung als auch für die Retention von Nährstoffen sind vor allem Prozesse im Boden und im Kronenraum von Bedeutung und finden deshalb besondere Beachtung. Viele dieser Prozesse sind biologischer Natur und es wird vermutet, dass Synergien durch höhere Biodiversität das interne Recycling von Elementen und Nährstoffen begünstigen und somit Nährstoffverluste verringert werden.

Als Beitrag zur Aufklärung der Steuergrößen stabiler Ökosystemfunktionen und daraus resultierender Ökosystemdienstleistungen („ecosystem services“) untersuchen wir Wasserflüsse und Nährstoffkreisläufe von verschiedenen Wald- als auch von Grünland-Management-Systemen unterschiedlicher Biodiversität in jedem der drei Exploratorien (insgesamt 56 Versuchsflächen).


1.    Nährstoffein- und -austräge von Ökosystemen sowie Elementkreisläufe sind mit der Landnutzungsintensität und der Biodiversität verknüpft.

2.    Die Verluste von Nährelementen und Kohlenstoff mit dem Sickerwasser verhalten sich umgekehrt proportional zur Nutzungsintensität und Biodiversität von Wald- und Grünlandökosystemen.

3.    Die Umsetzung und das Recycling von Kohlenstoffverbindungen in Ökosystemen führt zu einer Angleichung der Qualität gelöster organischer Substanz unterschiedlicher Ökosysteme entlang des Wasser-Fließweges vom Kronenraum bis hin in den Unterboden.


Zu diesem Zweck wurden Freilandniederschlags-, Bestandesniederschlags- und Stammabflusssammler sowie Streufallsammler aufgestellt, um sowohl den atmosphärischen Stoffeintrag als auch Umsetzungsprozesse im Kronenraum zu erfassen. Umsetzungen im Boden und Verluste mit dem Sickerwasser werden mit Hilfe von Lysimetern unter den organischen Waldbodenauflagen und Saugkerzen aufgeklärt.

In den gewonnenen wässrigen Lösungen bestimmen wir Konzentrationen von verschiedenen C- (Engl.: dissolved inorganic carbon = DIC, dissolved organic carbon = DOC, particulate organic carbon = POC), N- (dissolved nitrogen = DN, particulate nitrogen = PN, NH4-N, NO3-N) und P- Spezies (total phosphorus = TP, PO4-P), sowie von Elementen wie S, Na, K, Ca, Mg, Al, Mn und Si. Die Charakterisierung und Bestimmung der Qualität der gelösten organischen Substanz (Engl.: dissolved organic matter = DOM) erfolgt mit Hilfe von FT-ICR-MS, Fluoreszenzmessungen und Titrations-Mikrokalorimetrie, Umsätze von Nährelementen und deren Quellen werden mittels Stabilisotopenansätzen (15N) erforscht. Untersuchungen von 15N-Signalen auf Laub- und Nadelbaumblättern mittels Nano-Sekundärionen-Massenspektrometrie (NanoSIMS) sollen Aufschluss über die Bildung und räumliche Verteilung partikulärer N-Verbindungen und anderer Nährstoffe im mikrobiell besiedelten Blattraum von Bäumen geben. Zusätzlich wird dabei die Zusammensetzung der mikrobiellen Phyllosphären-Gemeinschaft in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Aquatische Geomikrobiologie (FSU Jena) molekularbiologisch untersucht.

Die Ergebnisse unserer Untersuchungen sind eine Voraussetzung dafür, Landnutzungs- und Biodiversitätseffekte voneinander zu trennen und hinsichtlich der Auswirkungen auf Stoffkreisläufe zu bewerten.


Doc
Bischoff S., Schwarz M. T., Siemens J., Thieme L., Wilcke W., Michalzik B. (2015): Properties of dissolved and total organic matter in throughfall, stemflow and forest floor leachate of central European forests. Biogeosciences 12, 2695-2706. doi: 10.5194/bg-12-2695-2015
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Vorräte und heißwasserlösliche Fraktionen von C und N in organischen Auflagen entlang eines forstlichen Nutzungsgradienten im Biodiversitäts-Exploratorium Hainich-Dün
Hilbig L. (2010): Vorräte und heißwasserlösliche Fraktionen von C und N in organischen Auflagen entlang eines forstlichen Nutzungsgradienten im Biodiversitäts-Exploratorium Hainich-Dün. State examination, University Jena
Doc
Charakterisierung von cDom mittels Fluoreszenzanalyse
Jonov R. (2014): Charakterisierung von cDom mittels Fluoreszenzanalyse. Bachelor thesis, TU Berlin
Doc
Einflüsse unterscheidlicher Bewirtschaftung auf Kohlenstoff- und Stickstofffraktionen in Grünlandböden des Biodiversitäts-Exploratoriums Hainich-Dün
Knoll A. (2011): Einflüsse unterscheidlicher Bewirtschaftung auf Kohlenstoff- und Stickstofffraktionen in Grünlandböden des Biodiversitäts-Exploratoriums Hainich-Dün. State examination, University Jena
Doc
Landnutzungs- und Biodiversitäts-Effekte auf die Infiltrationskapazität und hydraulische Leitfähigkeit von Grünlandböden in Süddeutschland
Leimer S., Berner D., Birkhofer K., Boeddinghaus R. S., Fischer M., Kandeler E., Kuka K., Marhan S., Prati D., Schäfer D., Schöning I., Solly E. F., Wolters V., Wilcke W. (2021): Land-use intensity and biodiversity effects on infiltration capacity and hydraulic conductivity of grassland soils in southern Germany. Ecohydrology: e2301. doi: doi: 10.1002/eco.2301
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Beeinflusst Pflanzendiversität die Wasserbilanz etablierter Grünlandsysteme?
Leimer S., Bischoff S., Boch S., Busch V., Escher P., Fischer M., Hänsel F., Hölzel N., Kerber K., Klaus V. H., Kleinebecker, T., Michalzik B., Nauss T., Schäfer D., Schöning I., Schwarz M. T., Siemens J., Thieme L., Wöllauer S., Wilcke W. (2018): Does plant diversity affect the water balance of established grassland systems? Ecohydrology 11, e1945.
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Dynamik der C-, N-, P- und K- Flüsse in Freiland- und Bestandsniederschlag unterschiedlich bewirtschafteter Grünlandökosysteme
Leyrer D. S. (2017): Dynamik der C-, N-, P- und K- Flüsse in Freiland- und Bestandsniederschlag unterschiedlich bewirtschafteter Grünlandökosysteme. Bachelor tesis, University Jena
Doc
Land-use intensity and associated biodiversity as drivers of the phosphorus cycle in Central European forest ecosystems: Do dry conditions in spring matter?
Landnutzungsintensität und assoziierte Biodiversität als Treiber des Phosphor-Kreislaufs mitteleuropäischer Waldökosysteme: Welche Rolle spielt Frühjahrstrockenheit?
Loferer K. (2019): Land-use intensity and associated biodiversity as drivers of the phosphorus cycle in Central European forest ecosystems: Do dry conditions in spring matter? Master thesis, Karlsruhe Institute of Technology
Doc
Flüsse, chemische Zusammensetzung und Umsatz von Streufall in zwei mitteleuropäischen Regionen: Einfluss der Landnutzungsintensität und mit ihr verbundener Biodiversität
Mösch S. (2015): Flüsse, chemische Zusammensetzung und Umsatz von Streufall in zwei mitteleuropäischen Regionen: Einfluss der Landnutzungsintensität und mit ihr verbundener Biodiversität. Master thesis, University Bern
Doc
Influence of stand structural attributes, land-use intensity and biodiversity on the spatial heterogeneity of throughfall in forest ecosystems
Einfluss von Bestandsstruktur, Landnutzungsintensität und Biodiversität auf die räumliche Heterogenität des Bestandesniederschlags in Waldökosystemen
Reichelt M. (2018): Influence of stand structural attributes, land-use intensity and biodiversity on the spatial heterogeneity of throughfall in forest ecosystems. Master thesis, Karlsruhe Institute of Technology
Doc
Stickstoffbilanz von mitteleuropäischem Grünland unterschiedlicher Nutzungsintensität
Rüdy M. (2014): Stickstoffbilanz von mitteleuropäischem Grünland unterschiedlicher Nutzungsintensität. Master thesis, University Bern
Doc
Arbuskuläre Mykorrhizapilze als Treiber der Makronährelement-Rückhaltung in Grünland
Schlöffel A. (2021): Arbuskuläre Mykorrhizapilze als Treiber der Makronährelement-Rückhaltung in Grünland. Bachelor thesis, Karlsruhe Insitute of Technology
Doc
Einfluss der Kronenraumstruktur auf die räumliche Verteilung von kronenraumbürtigen Flüssen gelöster und partikulärer organischer Substanz in Waldökosystemen
Schulz F. (2012): Einfluss der Kronenraumstruktur auf die räumliche Verteilung von kronenraumbürtigen Flüssen gelöster und partikulärer organischer Substanz in Waldökosystemen. Master thesis, University Jena
Doc
Biotische und abiotische Steuergrössen des Stickstoff- und Phosphorkreislaufes mitteleuropäischer Wälder
Schwarz M. T. (2015): Biotic and abiotic controls of nitrogen and phosphorus cycling in Central European forests. Dissertations, University Bern
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Steuergrössen der Stickstoffauswaschung aus organischen Auflagen mitteleuropäischer Buchenwälder
Schwarz M. T., Bischoff S., Blaser S., Boch S., Grassein F., Klarner B., Schmitt B., Solly E. F., Ammer C., Michalzik B., Schall P., Scheu S., Schöning I., Schrumpf M., Schulze E. D., Siemens J., Wilcke W. (2016): Drivers of nitrogen leaching from organic layers in Central European beech forests. Plant and Soil 403 (1), 343–360. doi: 10.1007/s11104-016-2798-0
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Effizientere oberirdische Stickstoffnutzung in höher diversen mitteleuropäischen Waldkronen
Schwarz M. T., Bischoff S., Blaser S., Boch S., Schmitt B. Thieme L., Fischer M., Michalzik B., Schulze E.-D., Siemens J., Wilcke W. (2014): More efficient aboveground nitrogen use in more diverse Central European forest canopies. Forest Ecology and Management 313, 274–282. doi: 10.1016/j.foreco.2013.11.021
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Gelöste organische Substanz in Wäldern mit unterschiedlichem Management
Thieme L. (2018): Dissolved organic matter in differently managed forest ecosystems. Dissertation, TU Berlin
Mehr Informationen:  depositonce.tu-berlin.de
Doc
Thieme L., Graeber D., Hofmann D., Bischoff S., Schwarz M. T., Steffen B., Meyer U.-N., Kaupenjohann M., Wilcke W., Michalzik B., Siemens J. (2019): Dissolved organic matter characteristics of deciduous and coniferous forests with variable management: different at the source, aligned in the soil. Biogeosciences 16, 1411-1432. doi: 10.5194/bg-16-1411-2019
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Schockgefrieren mit flüssigem Stickstoff erhält die Konzentration von gelöstem organischen Material aber nicht seine Zusammensetzung
Thieme L., Graeber D., Kaupenjohann M., Siemens J. (2016): Fast-freezing with liquid nitrogen preserves bulk dissolved organic matter concentrations, but not its composition. Biogeosciences 13, 4697-4705, doi: 10.5194/bg-13-4697-2016
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Biotic and abiotic drivers of nitrate and ammonium concentrations in soil solution of established grassland systems: A Bayesian approach
Biotische und abiotische Treiber der Nitrat- und Ammoniumkonzentrationen in der Bodenlösung von etablierten Grünland-Systemen: Ein Bayes'sches Ansatz
Willenbacher F. (2018): Biotic and abiotic drivers of nitrate and ammonium concentrations in soil solution of established grassland systems: A Bayesian approach. Master thesis, Karlsruhe Institut of Technology
Doc
Einfluss der Landnutzungsintensität und assoziierter Biodiversität auf den Wasserhaushalt mitteleuropäischer Waldökosysteme
Zimmer V. (2021): Einfluss der Landnutzungsintensität und assoziierter Biodiversität auf den Wasserhaushalt mitteleuropäischer Waldökosysteme. Bachelor thesis, Karlsruhe Institute of Technology.

Projekt in anderen Förderperioden

BECycles (Teilprojekt)
#Bodenbiologie & Stoffkreisläufe  #2011 – 2014  #2008 – 2011  #Ökosystemprozesse […]

Wissenschaftliche Mitarbeiter:innen

Prof. Dr. Martin Kaupenjohann
Projektleiter
Prof. Dr. Martin Kaupenjohann
Prof. Dr. Beate Michalzik
Projektleiterin
Prof. Dr. Beate Michalzik
Friedrich-Schiller-Universität Jena
Prof. Dr. Jan Siemens
Projektleiter
Prof. Dr. Jan Siemens
Justus-Liebig-Universität Gießen
Prof. Dr. Wolfgang Wilcke
Projektleiter
Prof. Dr. Wolfgang Wilcke
Karlsruher Institut für Technologie
Dr. Lisa Thieme
Mitarbeiterin
Dr. Lisa Thieme
Katja Kerber
Mitarbeiterin
Katja Kerber
Technische Universität Berlin
Bastian Bayer
Mitarbeiter
Bastian Bayer
Karlsruher Institut für Technologie
Dr. Sophia Leimer
Mitarbeiterin
Dr. Sophia Leimer
Top