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Konzepte der Ökologie Pflanzen und Böden

Konzepte der Ökologie Pflanzen und Böden. Interaktionen zwischen Pflanzen, Böden und Boden(micro)organismen. Bodensysteme und die Basisinteraktionen Symbolsprachen und Konzeptmodelle Reduktion komplexer Systeme zu Schlüsselprozessen, Schlüsselpools Ebenen der Veränderung in Böden

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Konzepte der Ökologie Pflanzen und Böden

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Presentation Transcript

  1. Konzepte der ÖkologiePflanzen und Böden

  2. Interaktionen zwischen Pflanzen, Böden und Boden(micro)organismen • Bodensysteme und die Basisinteraktionen • Symbolsprachen und Konzeptmodelle • Reduktion komplexer Systeme zu Schlüsselprozessen, Schlüsselpools • Ebenen der Veränderung in Böden • Strategien der Pflanzen und Nachhaltigkeit von Agrikultur

  3. Definitionen 1 Bodenökologie, Bioaktivität und Gasstoffwechsel Bodenökologie Rhizosphäre Durchwurzelter Bodenraum, s.s. von der Wurzel direkt beeinflußter Boden. Rhizoplane Wurzeloberfläche, von Organismen besiedelt. Rhizospährenorganismen An der Wurzeloberfläche lebende Organismen. Rhizodeposition Deposition organischer fester und gelöster Substanz durch Wurzeln in den Boden. Wurzelexudation Sekretion gelöster organischer Substanz durch die Wurzel. Bioaktivität Aktuelle meßbare metabolische Aktivität lebender Organismen oder Exoenzyme. Biomasse In g oder g C angegebene Masse lebender oder in Lysis befindlicher Organismen. Potentielle Bioaktivität Maximale induzierbare Bioaktivität. Abundanz Häufigkeit der Individuen einer Art. Diversität Anzahl vorhandener Arten. Relative Bedeutung Dominanz einzelner Arten bezogen auf Abundanz und Bioaktivität. Poolgrößen Mengen einzelner Metaboliten . Flüsse Umsatzraten einzelner Metaboliten. Energiefluss Translokation Potetieller Chemische Energie wie etwa ATP. Materialfluss Translokation von Substanz, s.s. potentieller Biosubstrate. Residenzzeit Verweilzeit einer Substanz in einem System. Turnoverzeit Zeitraum der vollständigen Rezyklierung einer Substanz in einem System. Source_Quelle Energie bzw. Kohlenstoffquelle Sink_Senke Ort, an dem eine Substanz bzw. Energie immobilisiert wird.

  4. Definitionen 2 Bodenbiologische Methoden Bodenatmung, CO2 Bodenluft Im Bodenlückenraum befindliche Luft, u.a. CO2. CO2- Entwicklung Im Boden gebildetes biogenes und abiogenes CO2. Bodenatmung (BR) Summe der biogenen CO2 Entwicklung, auch Grundatmung oder Basale Respiration. Wurzelatmung Von den Wuzeln abgegebene CO2 Menge. Mikrobielle Atmung Von Mikroorganismen abgegebene CO2 Menge. SIR Mit C und N Substraten induzierte Bodenatmung. Initial point of respiratory response Zeitpunkt des Überganges von Bodenluftmessung zu Respirationsmessung. Response RESP Differenz von SIR – BR. Response % Basalatmung RESP in Prozent der Basalatmung. Biomassezuwachs Vergrößerung des RESP in mg CO2 pro kg Boden und Stunde im linearen Bereich. Biomasse-C Nach Anderson /Domsch aus SIR berechnete Biomasse C- Menge. Respiratorischer Quotient Gramm Biomasse-C pro g Basalatmungs-C. Methoden zur Bestimung “mikrobieller Biomasse” Infrarotspectroskopie Messung der IR Absorption (Absorptionsspektren) einer Substanz. IRGA Infrarot Gasanalyse ( URAS... Ultrarotabsorptionschreiber) der Bodenluft. Isermeyer CO2 Erfassung durch Laugenabsorption und Rücktitration. Anderson/Domsch Biomasse -C Berechnung nach SIR. Fumigation/Extraktion Extraktion des Biomasse-C oder N nach Chloroform Fumigation. Isoenzymaktivitäten Ermittlung des maximalen Substratumsatzes eines Bodens. Direktzählung Färbung und Auszählung im Mikroskop.

  5. Microhabitate im Boden Lückenraum- system: Bodenpartikel Wasser (Carbonate) Luft Schleime Rhizosphäre Staunässe (anaerobe Zonen)

  6. Basisinteraktionen, Mesokosmenversuch, mechanistisch atm. Export atm. Import Xorg Bakt. Xdetr Pilze Organismen- migration MESOFAUNA Pflanzen Cyano- bacteria Xmin Auswaschung Material/Energie Steuerung

  7. Microbial Activity (Soil Enzymes) Substrates Vegetation (Sugars, Amino Acids, Gas Exchange Organic Acids) (N O, CO , CH , C H ) 2 2 4 2 2 Microbial Biodiversity (PLFA)

  8. Steuerkreis Lastkreis Energiequelle E- Abfluß Regler Passiver Speicher Xorg....organisch geb. N/C Xmin....remineralisierter N/C POM....particulate org. matter Konsument DOM....dissolved org. matter Nach H.T.Odum, 1971

  9. Basisinteraktionen, nach Odum atm. Export atm. Import Pflanzen Xorg Migration MESOFAUNA Cyano- Bakt Xmin Material/Energie Auswaschung Steuerung

  10. N- Turnover im Boden N2O N2 Pflanzen NOx N2 Protease CHN POM Urease GC/HPLC Desaminierung A DOM N-Fixierung Desaminierung B MESOFAUNA MiO NH4 Urease Denitrifikation NO3 Nitratreduktase Nitrifikation

  11. n h NH + 4 Urease NO - 3 N atmosph. N-Turnover PLANT in Soils Rhizodeposition, Feedback Litter Free Amino Acids POM DOM Protease BR, SIR MESOFAUNA MiO Steering influence Mass Transfer

  12. S- Turnover im Boden DMS H2S Pflanzen Arylsulfatase POM DOM Ionentausch MESOFAUNA Smin MiO

  13. P- Turnover im Boden Pflanzen Phosphatase POM DOM MESOFAUNA Pmin Ionentausch MiO Fumigation

  14. C- Turnover im Boden CO2 Methan Pflanzen CHN Hmus POM Xylanase Cellulase GC/HPLC DOM CHN ß-Glucosidase Saccharase MESOFAUNA MiO URAS Cmin SIR

  15. CO 2 PLANT POM DOM MiO Cmin n h C-Turnover in Soils Rhizodeposition, Litter Xylanase Cellulase Feedback Free Sugars and Amino Acids BR, SIR MESOF Dehydrogenase Steering influence Mass Transfer

  16. Mesofauna and Mesocosms urease activity ammonia ureides pH microbial biomass protease activity DOM POM leaching mass transfer grazing mesofauna italic.... activity normal... pool grazing influence litter Vedder B., Kampichler C., Bachmann G., Bruckner A. & Kandeler E. (1996): Impact of faunal complexity on microbial biomass and N turnover in field mesocosms from a spruce forest soil. Biology and Fertilityof Soils22, 22-30

  17. Mikrobielle Aktivität und Biomasse inhibition pH supplement N/C - additional (RESP) MiO substrate CO2 enzyme original basal (BR) pool enzyme activation / inhibition mass flow enzyme induction / repression stimulating abundance change or inhibiting diversification influence effects: adaptations long term effects (succession) investigated system

  18. Rhizodeposition: Pflanzen geben organisches Material an den Boden ab. Freie Zucker: Rhizodeposition, Abbautätigkeit von Mikroorganismen. Steigerung der mikrobiellen Aktivität: Grundatmung. Karbonat: aus Grundgestein oder aus CO2, das im Wasser Kohlensäure bildet.

  19. Substrate activation, induction, resource limitation Asparagine induced Respiration (URAS) 120 100 80 60 40 20 0 0 90 180 270 360 450 540 630 720 810 900 990 / kg FG *h Maniok 2 mg CO Sugar Cane Time (min) Maniok and Sugar Cane (BIOLOG-Test using Asparagine) 10000 8000 Maniok 6000 µg TPF / mL 4000 Sugar Cane 2000 0 0 840 1200 1440 2400 2670 3000 4320 Time (min)

  20. Water Fertilizer Shoot Litter Root H2O NH4 MiO SIR Remin WRC KEC Ext EnzUrease KI+_pH Rice Soil System

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