Das Hauptinteresse des Projekts besteht darin zu verstehen, ob eine höhere Diversität innerhalb der Systeme, die von der Bodengesundheit bis hin zu wirtschaftlichen und sozialen Aspekten reicht, deren Widerstandsfähigkeit im westlichen Amazonasbecken erhöht. Das Projekt zielt darauf ab, die komplexen Interdependenzen zu beschreiben, indem die jeweiligen Kipppunkte der systemimmanenten Funktionen aufgezeigt werden. Gemeinsam mit lokalen Akteuren wird PRODIGY dazu beitragen, nachhaltige Optionen für zukünftige Entscheidungen zu entwickeln, die das Überschreiten von systemrelevanten Kipppunkten vermeiden und die Lebensgrundlagen in einer sich (klimatisch) wandelnden Welt sichern.

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In diesem internationalen Konsortium zielen wir darauf ab, zu untersuchen, wie kurz- und langfristige landwirtschaftliche Bewirtschaftungspraktiken die Persistenz von organischer Bodensubstanz (Soil organic matter - SOM) beeinflussen. Wir werden Langzeitdaten mit tiefergehenden Analysen kombinieren, die während dieses Projekts gesammelt wurden, um dieses Ziel zu erreichen. Mit der Arbeitsgruppe Geoökologie und Physische Geographie an der RPTU konzentrieren wir uns auf den Biohof in Tingvoll (Norwegen), wo Gras-Klee-Weiden genutzt werden, um Futter für die Hof-Tiere anzubauen. Hier werden wir uns auf die Auswirkungen von (nicht) ausgefaulter Gülle und erhöhtem Niederschlag auf den Pool organischer Bodensubstanz auf dem Tingvoll Hof konzentrieren.

Forscher*innen: Johanna Maria Zenner, Dr. Klaus Schützenmeister, Dr. Jeroen Zethof, Prof. Dr. Hermann Jungkunst, Dr. Tatiana Rittl (Norsøk)

Förderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung

Website: https://www.embrapa.br/en/arroz-e-feijao/pesquisa/c-around

Interessiert an einer Bachelor- oder Masterarbeit?

In diesem Projekt werden derzeit zwei Abschlussarbeiten angeboten:

1) Effect of digested and undigested manure on the vulnerability of organic carbon to decomposition

Kohlenstoff, der in Böden gespeichert ist, ist den größten Kohlenstoffvorräten auf der Erde. Gängige landwirtschaftliche Praktiken führen oft zu einer erhöhten Zersetzung dieses Kohlenstoffs, was zur Freisetzung von CO₂ und CH₄ in die Atmosphäre führt. Um solche Emissionen zu reduzieren, werden verschiedene Arten von Landbewirtschaftungen untersucht, um die beste Praxis zu finden.

Im Rahmen des C-arouNd-Projekts untersuchen wir die Kohlenstoff- und Stickstoffkreisläufe auf einem Biohof in Tingvoll (Norwegen). Gras-Klee-Weiden werden verwendet, um Futter für die Hof-Tiere anzubauen, wobei der gesammelte Gülle entweder so wie er ist oder ausgefault (nach der Biogasproduktion) auf die Felder zurückgebracht wird. Dieser Boden, mit und ohne den vom Hof gesammelten Gülle, wird in Säulen gefüllt und für 3 Monate inkubiert. Als Teil der Abschlussarbeit werden während der Inkubation regelmäßig Gasproben entnommen, um die C- und N-Verluste aus den Säulen zu bestimmen. Am Ende des Experiments werden die Säulen gesammelt und der Gehalt an organischem Kohlenstoff und Stickstoff bestimmt, um das Kohlenstoff- und Stickstoffbudget zu schließen.

Die Hauptfrage, die wir mit Ihren BSc/MSc-Arbeit beantworten möchten, ist, ob verdauter Gülle weniger organischen C aus dem Boden freisetzt als unverdauter Mist.

Supervisors: Dr. Jeroen Zethof, Johanna Zenner, Dr. Klaus Schützenmeister, Prof. Dr. Hermann Jungkunst

Kontakt: jeroen.zethof(at)rptu.de

2) Freeze-thaw effect on organic matter mineralization

Subarktische Böden durchlaufen im Laufe des Jahres regelmäßige Gefrier-Auftau-Zyklen, die einen wichtigen Einfluss auf die mikrobielle Aktivität in Böden haben. Es ist bekannt, dass beim Auftauen relativ große Mengen an CO₂ und CH₄ durch gesteigerte mikrobielle Aktivität freigesetzt werden können, was sowohl ein wichtiger Beitrag zum Klimawandel als auch ein Verlust der lokalen Bodenfruchtbarkeit ist. Daher ist es wichtig, die zugrunde liegenden Prozesse besser zu verstehen und wie Bewirtschaftungspraktiken angepasst werden können, um diese Verluste zu reduzieren.

Als Teil des C-arouNd-Projekts untersuchen wir die Kohlenstoff- und Stickstoffkreisläufe auf einem Biohof in Tingvoll (Norwegen). Gras-Klee-Weiden werden verwendet, um Futter für die Hof-Tiere anzubauen, wobei der gesammelte Gülle entweder so wie er ist oder ausgefault (nach der Biogasproduktion) auf die Felder zurückgebracht wird. In dieser Arbeit werden aus dem gesammelten Material des Hofes Säulen erstellt. Ein Teil dieser Säulen wird einem Gefrier-Auftau-Zyklus unterzogen, wobei wir regelmäßig Gas- und Wasserproben sowohl aus den Gefrier-Auftau-Säulen als auch aus den Kontrollsäulen entnehmen werden.

Die Hauptfrage, die wir in Ihrer Arbeit beantworten möchten, ist, ob die Verwendung von verdautem und/oder unverdautem Gülle die Freisetzung von C und N aus dem Boden während der Gefrierbedingungen und beim Auftauen beeinflusst.

Supervisors: Dr. Jeroen Zethof, Johanna Zenner, Dr. Klaus Schützenmeister, Prof. Dr. Hermann Jungkunst

Kontakt: jeroen.zethof(at)rptu.de

Das durch das BMBF geförderte Projekt "Climate Services for eXtremes (CS4eXtremes)" ist Teil des übergeordneten Förderschwerpunkts "Klimawandel und Extremereignisse (ClimXtreme)", und als solches im Forschungsrahmenprogramm Forschung und Nachhaltige Entwicklung (FONA) angesiedelt. Es wird gemeinsam durch das GERICS und die Universität Koblenz-Landau sowie unter enger Einbeziehung von Praxispartnern durchgeführt.

CS4eXtremes zielt darauf ab, das Verständnis über die Intensität sowie die räumliche und zeitliche Verteilung meteorologischer und klimatischer Extreme zu erweitern, die für die Land- und Forstwirtschaft relevant sind. Dazu zählen Trockenheitsperioden, Hitzewellen, Starkwindereignisse und Starkregen. Es werden einerseits die möglichen Auswirkungen der Veränderung des Aufkommens solcher Extremwetterereignisse als Folge des Klimawandels untersucht und andererseits Anpassungsstrategien an daraus resultierende Herausforderungen in beiden Sektoren entwickelt.

Der neuartige Ansatz dieses Projekts berücksichtigt dabei die gesamte Prozesskette: (i) die sektorspezifische Identifikation der Merkmale von Wetterextremen in enger Zusammenarbeit mit Vertretern von Forst- und Landwirtschaft, (ii) die Analyse vergangener und zukünftiger Wetter- und Klimaextreme, (iii) die Untersuchung von Auswirkungen dieser Extreme mittels forst- und landwirtschaftlicher Fallstudien, und (iv) die auf diesen Informationen beruhende Entwicklung möglicher bedarfsgerechter Anpassungsstrategien an künftige Klimabedingungen und Extremereignisse.

Im Rahmen von CS4eXtremes werden gemeinsam mit Stakeholdern praxisrelevante Charakteristika von Klimaextremen ermittelt. Die Identifikation von Wetterextremen mit besonderem Einfluss auf Land- und Forstwirtschaft basiert auf der Auswertung von Beobachtungsdaten und hochaufgelösten regionalen Klimaprojektionen für das 21. Jahrhundert.

Weil zwischen Boden und Atmosphäre umfassende Wechselbeziehungen bestehen, die sich teilweise durch Rückkopplungseffekte gegenseitig verstärken, spielen außerdem bodenkundliche Untersuchungen eine wichtige Rolle (Lachgasemissionen (N2O) landwirtschaftlich genutzter mineralischer Böden), um dadurch eine bessere Datengrundlage für Modellsimulationen des Klimasystems zu schaffen.

Da Waldschäden durch Windwurf (Starkwindereignisse) und Trockenstress (Hitzewellen und Dürreperioden) die Hauptursache für verminderte Ökosystemdienstleistungen, wie die Erholungsfunktion des Waldes für den Menschen sind, bilden regionale Klimamodellsimulationen gekoppelt mit Ökosystemmodellen einen Hauptbaustein des Projekts. Komplementiert wird dieser Ansatz durch empirische Methoden bei denen zum Beispiel die Sicht der Bevölkerung untersucht wird. Aufgrund der jüngsten Trockenstress-bedingten Waldschäden im Bundesgebiet, wird als eine aktuelle Fragestellung die Waldästhetik im Zusammenhang mit Klimawandelrisiken untersucht.

Für das Projekt wurde insgesamt ein selbstreflexiver Ansatz gewählt, wobei der Ablauf der transdisziplinären Arbeit wissenschaftlich begleitet und evaluiert wird, da der Austausch mit Stakeholdern von zentraler Bedeutung ist. Abgerundet wird das Projekt durch die Diskussion einer möglichen Relevanz der Ergebnisse für beide betrachteten Sektoren insgesamt sowie die Übertragbarkeit auf andere Sektoren.

Arbeitstitel: Zum Einfluss invasiver Arten auf den biogeochemischen Kreislauf in Auenlandschaften bei wechselnden Wasserständen

Betreuende Wissenschaflter*innen: Melanie Brunn, Hermann Jungkunst, Clara Mendoza-Lera

PhD Studentin: Sierra Grange

Forschungsansatz: Böden sind für viele Ökosystemleistungen, wie die Verringerung von Treibhausgasemissionen oder die Nitratauswaschung, von entscheidender Bedeutung. Frühere Arbeiten haben gezeigt, dass Fallopia japonica (Houtt.) Ronse Decr., eine in ganz Europa weit verbreitete invasive Art, die Nitrifikation und Denitrifikation hemmt. Infolgedessen verschiebt sich der biogeochemische Kreislauf in Auenböden in Richtung einer höheren Stickstoffverfügbarkeit, wodurch sich die Zahl der Elektronenakzeptoren erhöht, die den bioenergetischen Ertrag bei der Kohlenstoffverarbeitung bestimmen. Es wird angenommen, dass die Rhizosphärenaktivität (Quantität und Qualität der Wurzelexsudate) und die Nährstoffnutzungseffizienz von F. japonica den biogeochemischen Kreislauf in Auenböden steuern, aber die Reaktion auf Überschwemmungen und anschließende Trockenheit sowie auf anthropogene Mikroverunreinigungen ist unbekannt. Dieses Projekt konzentriert sich auf Bottom-up- und Top-down-Kontrollen in Uferökosystemen, in die F. japonica eingedrungen ist, und zwar unter den vorhergesagten Schwankungen der Niederschläge und den damit verbundenen Schwankungen des Wasserstandes, was sich auf die Funktionsweise der Ökosysteme auswirkt.

Kontakt: Melanie Brunn or Hermann Jungkunst

Systemlink Website:hier entlang

Intensiv genutzte Landschaften sind heute oftmals sehr biodiversitätsarme Räume. Selbst kleinste naturnahe Standorte, wie Wiesenwege verschwinden zunehmend und mit ihnen eine Vielzahl an Pflanzen und Tierarten. Ausgehend von der Annahme, dass Artenvielfalt multifunktionale Eigenschaften für die Landschaften mit sich bringt, bedeutet der Artenverlust auch einen Verlust an Ökosystemfunktionen und Dienstleistungen, wie Bestäubung, Wasser-, Nährstoff-, und Kohlenstoffspeicherung. Anreize zur Ergreifung von Maßnahmen zum Schutz der Ökosystemfunktionen sind speziell in intensiv genutzten Landschaften schwer zu geben. Im Rahmen der „Greening“ Komponente der GAP (Gemeinsame Agrarpolitik) und der Agrarumweltprogramme der Länder werden Blühstreifen aktuell in Europa vermehrt eingebracht und finden auch in intensiv genutzten Gebieten recht weite Akzeptanz. Einzelne Blühstreifen können durchaus positiv auf Bestäuber wirken, allerdings gibt es auch viele Beispiele ohne nennenswerte positive Wirkung. Wie viele Blühstreifen wären notwendig, um Bestäubervielfalt auf Landschaftsebene aufrecht zu erhalten? Und welche Eigenschaften bringen Blühstreifen für andere Ökosystemfunktionen und daraus resultierenden Dienstleistungen auf der Landschaftsebene mit sich? In einem Projekt „Ökologische Aufwertung in Ackerfluren in der Oberrheinebene“ des IFAB Mannheim (Institut für Agrarökologie und Biodiversität), wurde die Wirkung von einem Komplex aus Blühstreifen auf einer Fläche von 10 % in 50 ha Landschaftsausschnitten auf die Bestäubervielfalt in intensiv genutzten Agrarlandschaften über 6 Jahre hinweg untersucht. In einer weiteren Projektphase des gleichen Projektes wird der Anteil der Blühstreifen nun auf 5 % der Fläche reduziert werden und die Effekte auf die Bestäubervielfalt werden ermittelt. Mit diesem Projekt erweitern wir die Geländeaufnahmen, Analysen und Ausarbeitungen folgendermaßen. Wir untersuchen a) die Effekte solcher Blühstreifen unterschiedlichen Alters und Einsaat-Historie aus den vergangenen 8 Jahren auf ihre Kohlenstoff-, Nährstoff-, und Wasserspeicherfähigkeit hin; b) den Effekt des Umbruchs solcher Blühstreifen auf eben diese Ökosystemfunktionen; c) mit Hilfe von Merkmalsanalysen, welche Rolle die Distanzen zwischen den Blühstreifen und den Resten halb-natürlicher Habitate (bei 10 %, 5 %, oder Kontrolllandschaft) sowie deren Qualität für die Bestäubervielfalt und Zusammensetzung  von mehr oder weniger spezialisierten Arten der Bienen und Schmetterlinge spielen; d) die Relevanz solcher Blühstreifen (10 %, 5 % oder Kontrollflächen; wir d) schätzen für die Wasser-, Kohlenstoff- und Nährstoffspeicherung sowie Bestäubungsleistung die Relevanz auf Landschaftsebene ab. Darauf soll dann durch den Partner IFAB die Zusammenstellung einfacher Handlungsempfehlungen für Landwirte und Politiker erfolgen, wie die Anordnung und der Flächenanteil von Blühstreifen gewählt werden sollte, um größtmögliche Bestäubervielfalt und andere Ökosystemdienstleistungen in der Landschaft zu fördern.

Da Blühstreifen aktuell von Landwirten auch in intensiv bewirtschafteten Räumen recht gut akzeptiert werden, könnte die Einbeziehung von Blühstreifennetzwerken in der anstehenden Reform der GAP bei entsprechender Förderung auf breite Akzeptanz bei den Landwirten führen und zu einer schnellen Umsetzung in Normallandschaften. Dies könnte den schnellen Verlust an Biodiversität und Funktionalität in der intensiv genutzten Agrarlandschaft recht kurzfristig bremsen, um Zeit zu gewinnen, die Agrarproduktion und die Nutzung der Landschaften zukunftsfähig weiterzuentwickeln.