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Beitrag zur Forschung des ZALF
Der Programmbereich 1 „Landschaftsprozesse“ betreibt in sechs Arbeitsgruppen eine erkenntnisorientierte Forschung, welche die Aufklärung von Prozessen, Ursache-Wirkungszusammenhängen und Kausalketten sowie die Interaktionen innerhalb und zwischen verschiedenen Landschaftselementen wie z. B. Acker, Grünland, Gewässer und Wald umfasst. Dabei sind Gedächtniseffekte zu beachten, d.h. die mittel- und langfristigen Effekte früherer Maßnahmen bzw. Eingriffe in Agrarlandschaften. Die Forschungsarbeiten im Programmbereich schließen die Entdeckung und Analyse neuer Phänomene, eine kontinuierliche Methodenentwicklung sowie die Analyse von Prozessdynamiken mittels Kopplung von Daten mit Modellen ein.
Das Ziel unserer Forschung ist ein verbessertes Verständnis der biogeochemischen Kreisläufe (Kohlenstoff, Stickstoff, Silizium) und der sie treibenden Kräfte (Boden, Pflanzen, Mikroorganismen) in Agrarlandschaften. Hier werden die Forschungsarbeiten der einzelnen Arbeitsgruppen miteinander verknüpft. Die erzielten Erkenntnisse fließen in die Entwicklung nachhaltiger Landmanagementsysteme ein, wie sie in den Programmbereichen 2 und 3 entwickelt werden. Bei skalenübergreifenden Forschungsfragen arbeitet Programmbereich 1 eng mit der Forschungsplattform
„Datenanalyse und Simulation" sowie dem Programmbereich 3
„Agrarlandschaftssysteme“ zusammen. Zentrale Plattform für die Untersuchungen und Experimente auf der Feld- und Landschaftsskala stellt das AgroScapeLab Quillow innerhalb der Experimentellen Infrastrukturplattform dar.
Arbeitsgruppen
Landschaftspedologie
Die Arbeitsgruppe verfolgt das strategische Ziel, durch die skalenübergreifende Analyse der Kopplung von Bodenprozessen und Bodenfunktionen an raum-zeitlich veränderliche Strukturen ein verbessertes Verständnis der Entwicklung und Funktionalität von Bodenlandschaften zu entwickeln – von der Mikro- bis zur Landschaftsskala. Mittels Verknüpfung von experimentellen Ansätzen, Langzeitmessungen, Modellierung und einer kontinuierlichen Methodenentwicklung werden insbesondere landschaftsskalige C- und Nährstoffdynamiken, Rückkopplungsprozesse der Bodenerosion (v.a. Wind) und die langfristige Entwicklung von Bodenlandschaften und deren Folgewirkung auf die Bodenfruchtbarkeit erforscht.
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Kontakt:
Prof. Dr. Michael Sommer
Hydropedologie
Die Arbeitsgruppe untersucht die Wechselwirkungen zwischen pedologischen und hydrologischen Prozessen und Eigenschaften zur Beschreibung der Wasser- und Stoffdynamik in Landschaften und Ökosystemen, insbesondere im Boden und in der Wasser-ungesättigten Zone unterhalb des durchwurzelten Bodens bis zum Grundwasser (“Critical Zone”). Im Fokus stehen dabei der Einfluss der Poren- und Bodenstruktur auf Stoffflüsse und biogeochemische Veränderungen in Böden und Bodenlandschaften sowie deren Auswirkungen auf die Bodenfunktionen, die Bodenentwicklung und die Ökosystemstabilität. Beide Ziele werden mittels Struktur- und Prozessmodellierung (numerische Simulationsmodelle) in Wechselwirkung mit modellgestützten Experimenten (Tracerexperimente, Bodensäulen-Perkolationsversuche) verfolgt.
Kontakt:
PD Dr. Horst Gerke
Silizium-Biogeochemie
Die Arbeitsgruppe verfolgt das strategische Ziel, ein verbessertes Verständnis des Silizium-(Si)-Kreislaufes in agrarischen Systemen zu entwickeln. Die Forschungsfragen adressieren dabei v.a. die zeitliche Si-Dynamik und die Steuergrößen des Si-Kreislaufes in agrarischen Systemen sowie eine Abschätzung der Bedeutung der biogenen Si-Pools. Zur Beantwortung dieser Fragestellungen werden in einem ersten Schritt Langzeit-Feldversuche (z. B. BonaRes-Projekt) und gut untersuchte Experimentalflächen (z. B. CarboZALF-D) herangezogen, die eine Quantifizierung aller relevanten Si-Flüsse erlauben.
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Kontakt:
Dr. Jörg Schaller
Isotopen-Biogeochemie & Gasflüsse
Die Arbeitsgruppe untersucht die Dynamiken von flüchtigen organischen Verbindungen (biogene volatile organische Verbindungen [bVOCs]), C und N in Agrarlandschaften und bedient sich dabei massenspektrometrischer, gaschromatografischer, spektroskopischer und optischer Verfahren bzw. Isotopenverdünnungs- und Tracertechniken. Vor allem durch die gezielte Verknüpfung von Isotopentechniken und Methoden zur Messung von Gasflüssen und multiskaligen Untersuchungen sollen z.B. die Wechselbeziehungen zwischen der Struktur mikrobieller Gemeinschaften und den Bildungs- bzw. Umsetzungsprozessen von gasförmigen C- und N-Verbindungen sowie der Einfluss von durch Erosion und Krumenvertiefung ausgelösten Sättigungsdefiziten im C- und N-Vorrat des Bodens auf C- und N-Eintrags- und Umsetzungsprozesse erforscht werden.
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Kontakt:
Prof. Dr. Jürgen Augustin
Mikrobielle Biogeochemie
Die terrestrische Mikrobiota in Aktion. Die Arbeitsgruppe erforscht die Bedeutung der Mikrobiota für (i) das Klima, (ii) den Kohlenstoffvorrat im Boden und (iii) die Resilienz von Pflanzen. Sie erforscht dafür die Mikrobiota in Landschaftselementen von Agrarlandschaften. Der Schwerpunkt der Forschung liegt dabei auf Acker- und Grünländern. Ausgewählte Getreide- und Baumarten dienen als Modellpflanzen. Die Gruppe nutzt Genmarker, Metagenomik, stabile Isotopenbeprobung und RNA-basierte Methoden einschließlich Bioinformatik, um Funktionen und Dynamik der Pflanzen- und Bodenmikrobiota zu bestimmen. Sie nutzt die Messungen von Bodenenzymen und Gasanalytik, um den mikrobiellen Stoffwechsel und die Emissionen von Treibhausgasen und VOCs zu charakterisieren. Experimentelle Untersuchungen werden sowohl auf der Skala der Einzelpflanze (Topfexperimente) als auch auf der Ebene von Ökosystemen (Feld- & Landschaft) durchgeführt. Darüber hinaus ist die Ökophysiologie von Methylotrophen und Nitratreduzierern (inkl. anaerober Kultivierung & Genomik) ein Untersuchungsgegenstand.
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Kontakt:
Prof. Dr. Steffen Kolb
Pilzliche Interaktionen
Die Arbeitsgruppe erforscht Interaktionen zwischen phytopathogenen Pilzen und Bakterien bzw. anderen Pilzen und deren Folgewirkungen auf die Biomasse-Bildung von Kulturpflanzen, insbesondere beim Weizen (Triticum L.). Langfristiges Ziel dabei ist, diese Interaktionen in kombinierten Labor-, Klimakammer-, Parzellen- und Feldversuchen aufzuklären und darauf Landschaftsexperimente aufzubauen und die Wirkmechanismen und Einflussfaktoren auf der Landschaftsskala zu verstehen. Die Arbeitsgruppe bedient sich dabei Methoden aus der Mykologie und der Phytotoxikologie und kombiniert mykologische und biochemische Methoden mit Mikrometereologie und Fernerkundung.
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Kontakt:
Dr. Marina Müller
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