Einfluss von Landnutzung und Biodiversität auf Bodenfunktionen

Abbildung: Das Foto zeigt auf einem Labortisch eine runde hohe Metall-Schale, in der sich einundzwanzig zylindrische kleine Glas- oder Kunststoffbehälter mit weißen Schraubverschlüssen befinden. Die Behälter sind mit Bodenproben gefüllt. Neben den Behältern liegt ein Zettel in der Schale, auf dem handgeschrieben das Wort „ungemahlen“ steht.

Hintergrund

Die Böden und die im Boden lebenden Organismen tragen mit einer Vielzahl von wichtigen Leistungen zum Funktionieren der Ökosysteme bei. Sie spielen zum Beispiel eine entscheidende Rolle im Kohlenstoff- und Nährstoffkreislauf, bilden den Lebensraum für Bodenorganismen und bestimmen die Pflanzenernährung. Die Bodeneigenschaften können daher die Artenvielfalt beeinflussen, und umgekehrt beeinflusst die Artenzusammensetzung die biogeochemischen Prozesse im Boden. Die Reaktion der biologischen Vielfalt und des Funktionierens der Ökosysteme auf die Intensivierung der Landnutzung und -bewirtschaftung wird daher von der Wechselwirkung zwischen abiotischen Bodeneigenschaften, Boden- und oberirdischen Organismen abhängen. Das Kernprojekt Boden liefert entscheidende Basisinformationen über die abiotische Bodenumgebung und beobachtet und überwacht die Bodenfunktionen. Unser besonderes Augenmerk gilt der Bildung, der Speicherung und dem Umsatz organischer Substanz im Boden, da diese eine zentrale Rolle für die Bodenfruchtbarkeit, die Eindämmung des Klimawandels und die Anpassung daran spielt.

Ziele

Grundlegende Charakterisierung der Böden und Bestimmung der abiotischen Bodeneigenschaften in den Biodiversitäts-Exploratorien
Bestimmung der Bodenfunktionen im Zusammenhang mit dem Kohlenstoff- und Nährstoffkreislauf
Bestimmung des Streufalls und der Streuqualität in Wäldern

Service-Leistungen

Alle Kernprojekte liefern wichtige Basisinformationen zu Landnutzung, Diversität und Ökosystemprozessen (Langzeitmonitoring). Diese werden den Teil-Projekten in jeder Phase für die Erforschung detaillierterer Fragestellungen zur Verfügung gestellt.

Service für andere Forschungsprojekte:

Das Kernprojekt Boden sammelt Informationen über Bodeneigenschaften und bodenbezogene Ökosystemfunktionen auf allen 300 Versuchsflächen (EPs) der Biodiversitäts-Exploratorien
Einmal alle 3 Jahre organisieren wir eine große koordinierte Bodenbeprobung. Das Protokoll der Bodenbeprobung berücksichtigt die Anforderungen aller bodenbezogenen Projekte, die dazu beitragen. Alle teilnehmenden Gruppen arbeiten mit denselben homogenisierten Bodenmischproben. Seit 2011 werden bei der Bodenbeprobung der Mineralboden (0-10 cm) in allen 300 EPs und die organische Schicht in allen 150 bewaldeten EPs berücksichtigt.

Service-Leistungen der aktuellen Phase

In der 6. Phase (2020-2023) erbringt das Kernprojekt Boden die folgende Leistung:

Organisation einer koordinierenden Bodenbeprobung auf allen 300 EPs und allen Versuchsflächen (FOX, REX, LUX) im Frühjahr 2021 (musste aufgrund von Covid-19 verschoben werden).
Pflege des zentralen Bodenarchivs mit luftgetrockneten Proben von Mineralboden und organischer Schicht (gesammelt in 2006, 2008, 2011, 2014, 2017, 2021) und Streuabfall (seit 2015)
Beitrag zu Syntheseaktivitäten mit Daten und Fachwissen

Experimentierplots

Überwachung der Bodeneigenschaften anhand von Proben, die im Rahmen der koordinierten Bodenbeprobung entnommen werden (pH-Wert, Schüttdichte, Steingehalt, Wassergehalt, Wurzelgehalt (Grünland), geschätzter Tongehalt, Steingehalt, organischer Kohlenstoff im Boden, organischer Kohlenstoffvorrat im Boden, anorganischer Kohlenstoff im Boden, Gesamtstickstoff, Gesamtschwefel, extrahierbares P nach Olsen)
Überwachung des oberirdischen Streufalls durch dreimaliges Leeren der Streufallen pro Jahr; Bestimmung des Streufalls von Ästen, Zweigen, Früchten und Blättern; CNS-Analysen der Blattstreu
Aktivitäten von extrazellulären Enzymen, die am Kreislauf von C, N, S und P beteiligt sind (Beta-Glucosidase, N-Acetyl-beta-D-Glucosaminidase, Sulfatase, Phosphatase) in Proben aus allen 150 Wald-EP’s.

Waldplots (FOX):

Grundlegende Charakterisierung der Böden in den Lücken vor dem Einschlag der Bäume im Winter 2019/20
Aufstellung von Streufallen und Sammlung von Streu auf allen Parzellen ab Herbst 2020
Sammlung von Böden aus dem FOX-Experiment nach dem Fällen der Bäume im Herbst 2020 und Frühjahr 2021
Bestimmung des pH-Werts, der Schüttdichte, des Steingehalts, des Wassergehalts, des geschätzten Tongehalts, des organischen Kohlenstoffs im Boden, der organischen Kohlenstoffvorräte im Boden, des anorganischen Kohlenstoffs im Boden, des Gesamtstickstoffs, des Gesamtschwefels, des nach Olsen extrahierbaren P, der Aktivitäten der extrazellulären Enzyme
Experiment zur Zersetzung von Teebeuteln zur Charakterisierung der mikrobiellen Aktivität von Sommer bis Herbst 2021

Grünlandplots (REX, LUX):

Bodencharakterisierung mit Proben aus der koordinierten Bodenbeprobung im Frühjahr 2021 (Bestimmung von pH-Wert, Schüttdichte, Steingehalt, Wassergehalt, geschätztem Tongehalt, organischem Kohlenstoff im Boden, organischen Kohlenstoffvorräten im Boden, anorganischem Kohlenstoff im Boden, Gesamtstickstoff, Gesamtschwefel, extrahierbarem P nach Olsen)

Service-Leistung vergangener Phasen

Bodeninventur auf allen 3000 Rasterparzellen (Grid-Plots, 2006-2008)
Enzymaktivitäten in den gesamten Bodenprofilen (VIP, 2008)
Bestimmung der Bodenatmung (Laborinkubationen) (EP, 2011)
Isotopensignal (14C/13C) von veratmetem CO2 (EP, 2011)
13C-Gehalt der organischen Bodensubstanz
Bestimmung der Bodentextur (EP, 2011)
Zersetzung von Wurzelstreu (EP, 2011)
Wurzelchemie (EPs, 2011)
Wasserhaltevermögen (EPs, 2011)
14C-Gehalt der Wurzeln (VIPs, 2011)
14C-Gehalt der organischen Bodensubstanz (VIPs, 2011, 2014, 2017)
Mineralisierung der organischen Substanz im Boden (Laborinkubationen) (EPs, 2014)
Mikrobielle Biomasse (EPs, 2014)
Einbau von Mineralsäcken (EPs, 2015)
Kationenaustauschkapazität (EP, 2017)
Nährstoffauswaschung (EP, 2017)
Bestimmung der Bodenatmung (Feldmessungen) (EP, 2017)

Abbildung: Das Foto zeigt in einem sommerlichen Wald den wissenschaftlichen Mitarbeiter Steffen Ferber beim Hantieren mit einer am Boden stehenden Streufalle. Die Streufalle besteht aus einem weißen Gaze-Sack, der in ein rundes Gestell aus dünnen Metallverstrebungen eingehängt ist. Der Durchmesser der Fallenöffnung beträgt circa sechzig bis siebzig Zentimeter.

Abbildung: Das Foto zeigt in einem nebligen winterlichen Wald eine junge Wissenschaftlerin und zwei junge Wissenschaftler bei der Entnahme von Bodenproben. Die Frau schlägt mit einem Polyamid-Hammer auf den Schlagkopf eines Erdbohrstocks, um ihn in den Boden zu treiben. Einer der Männer kniet hinter dem Bohrstock und hält ihn mit einer Hand an einem der zwei Griffe fest. Der andere Mann kniet daneben und hält einen weiteren Bohrstock auf seinen Knien. Neben ihm steht ein weißer Kunststoff-Eimer.

Abbildung: Das Foto zeigt einen Metallzylinder, der zur Entnahme von Bodenproben verwendet wird. Der Zylinder liegt auf dem Waldboden, der mit braunem Buchen- und Eichenlaub bedeckt ist. Der Zylinder ist nur an einem Ende rundum geschlossen und ansonsten der Länge nach halbseitig offen. Im Zylinder befindet sich eine Bodenprobe von brauner Erde in der Länge von dreiundzwanzig Zentimetern. Neben dem Zylinder liegen für die Längeneinschätzung ein gelber Gliedermaßstab sowie ein leerer Probenbeutel aus transparentem Kunststoff.

Abbildung: Das Foto zeigt auf einem Baumstumpf liegend zwei Metallzylinder, die zur Entnahme von Bodenproben verwendet werden. Die Zylinder sind nur an einem Ende rundum geschlossen und ansonsten der Länge nach halbseitig offen. In den Zylindern befinden sich Bodenproben von brauner Erde in der Länge von zwanzig bis fünfundzwanzig Zentimetern. Neben den Zylindern liegt für die Längeneinschätzung ein Gliedermaßstab.

Publikationen

Forest Structure and Fine Root Biomass Influence Soil CO2 Efflux in Temperate Forests under Drought

Waldstruktur und Feinwurzelbiomasse beeinflussen den CO2-Ausstoß des Bodens Ausstoß in gemäßigten Wäldern unter Trockenheit

Apostolakis A., Schöning I., Michalzik B., Ammer C., Schall P., Hänsel F., Nauss T., Trumbore S., Schrumpf M. (2023): Forest Structure and Fine Root Biomass Influence Soil CO2 Efflux in Temperate Forests under Drought. Forests 14 (2), 411. doi: 10.3390/f14020411

Radiocarbon constraints reveal time scales of soil carbon persistence

Radiokohlenstoffbeschränkungen offenbaren Zeitskalen für die Persistenz von Kohlenstoff im Boden

Beem-Miller J. (2023): Radiocarbon constraints reveal time scales of soil carbon persistence. Dissertation, Leibniz Universität Hannover. doi: 10.15488/15420

Direct and plant community mediated effects of management intensity on annual nutrient leaching risk in temperate grasslands

Apostolakis A., Schöning I., Klaus V. H., Michalzik B., Bischoff W.- A., Boeddinghaus R. S., Bolliger R., Fischer M., Hölzel N., Kandeler E., Kleinebecker T., Manning P., Marhan S., Neyret M., Oelmann Y., Prati D., Kleunen M., Schwarz A., Schurig E., Schrumpf M. (2022): Direct and plant community mediated effects of management intensity on annual nutrient leaching risk in temperate grasslands. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 123, 83–104. doi: 10.1007/s10705-022-10209-1

Dark CO2 fixation in temperate beech and pine forest soils

Akinyede R., Taubert M., Schrumpf M., Trumbore S., Küsel K., (2022): Dark CO2 fixation in temperate beech and pine forest soils. Soil Biology and Biochemistry 165, 108526. doi: 10.1016/j.soilbio.2021.108526

Drivers of soil respiration across a management intensity gradient in temperate grasslands under drought

Apostolakis A., Schöning I., Michalzik B., Klaus V. H., Boeddinghaus R. S., Kandeler E., Marhan S., Bolliger R., Fischer M., Prati D., Hänsel F., Nauss T., Hölzel N., Kleinebecker T., Schrumpf M. (2022): Drivers of soil respiration across a management intensity gradient in temperate grasslands under drought. Nutrient Cycling in Agroecosystems 124, 101–116. doi: 10.1007/s10705-022-10224-2

Land use effects on carbon and nutrient fluxes in soils

Apostolakis A. (2022): Land use effects on carbon and nutrient fluxes in soils. Dissertation, University Jena

The dark side of primary production in temperate forest soils

Akinyede R. (2022): The dark side of primary production in temperate forest soils. Dissertation, University Jena

The ubiquitous soil verrucomicrobial clade “Candidatus Udaeobacter” shows preferences for acidic pH

Willms I. M., Bolz S. H., Yuan J., Krafft L., Schneider D., Schöning I., Schrumpf M., Nacke H. (2021): The ubiquitous soil verrucomicrobial clade “Candidatus Udaeobacter” shows preferences for acidic pH. Environmental Microbiology Reports 13 (6), 878-883. doi: 10.1111/1758-2229.13006

Effect of forest gaps on soil enzymatic activity and tea bag decomposition index in the Hainich-Dün Biodiversity Exploratory

Einfluss von Waldlücken auf die enzymatische Aktivität des Bodens und den Tea Bag Zersetzungsindex im Biodiversitätsexploratorium Hainich-Dün

Enyedi B. (2021): Effect of forest gaps on soil enzymatic activity and tea bag decomposition index in the Hainich-Dün Biodiversity Exploratory. Master thesis, University of Jena

Enzymaktivitäten in den Waldböden der Biodiversitäts-Exploratorien der Schwäbischen Alb und deren Reaktion auf Lochhiebe und Totholzanreicherung

Haugeneder L. (2021): Enzymaktivitäten in den Waldböden der Biodiversitäts-Exploratorien der Schwäbischen Alb und deren Reaktion auf Lochhiebe und Totholzanreicherung. Bachelor thesis, University Jena

Globally Abundant “Candidatus Udaeobacter” Benefits from Release of Antibiotics in Soil and Potentially Performs Trace Gas Scavenging

Die weltweit verbreiteten Bodenbakterien der Gruppe Candidatus Udaeobacter profitieren von der Freisetzung von Antibiotika

Willms I. M., Rudolph A. Y., Göschel I., Bolz S. H., Schneider D., Penone C., Poehlein A., Schöning I., Nacke H. (2020): Globally Abundant “Candidatus Udaeobacter” Benefits from Release of Antibiotics in Soil and Potentially Performs Trace Gas Scavenging. mSphere 5: e00186-20. doi: 10.1128/mSphere.00186-20

Distribution of Medically Relevant Antibiotic Resistance Genes and Mobile Genetic Elements in Soils of Temperate Forests and Grasslands Varying in Land Use

Verbreitung von medizinisch relevanten Antibiotikaresistenzgenen und mobilen genetischen Elementen in Wald- und Grünlandböden

Willms I. M., Yuan J., Penone C., Goldmann K., Vogt J., Wubet T., Schöning I., Schrumpf M., Buscot F., Nacke H. (2020): Distribution of Medically Relevant Antibiotic Resistance Genes and Mobile Genetic Elements in Soils of Temperate Forests and Grasslands Varying in Land Use. Genes 11 (2), 150. doi: 10.3390/genes11020150

Soil organic matter mineralization as driven by nutrient stoichiometry in soils under differently managed forest stands

Gan H. Y., Schöning I., Schall P., Ammer C., Schrumpf M. (2020): Soil organic matter mineralization as driven by nutrient stoichiometry in soils under differently managed forest stands. Frontiers in Forests and Global Change 3:99. doi: 10.3389/ffgc.2020.00099

Priming effect induced by different root exudate components in temperate forest soils

Protti Sánchez F. (2020): Priming effect induced by different root exudate components in temperate forest soils. Master thesis, University of Bayreuth

The Effects of Land Use and Management on Belowground Carbon and Nutrient Interactions

Gan H. Y. (2019): The Effects of Land Use and Management on Belowground Carbon and Nutrient Interactions. Dissertation, University Jena.

Unravelling the age of fine roots of temperate and boreal forests

Solly E., Brunner I., Helmisaari H.-S., Herzog C., Leppälammi-Kujansuu J., Schöning I., Schrumpf M., Schweingruber F., Trumbore S., Hagedorn F. (2018): Unravelling the age of fine roots of temperate and boreal forests. Nature Communications 9:3006. doi: 10.1038/S41467-018-05460-6

Carbon-nitrogen-interaction in the rhizosphere after addition of glukose and ammoniumnitrate

Kohlenstoff-Stickstoff-Interaktion in der Rhizosphäre nach Zugabe von Glukose und Ammoniumnitrat

Knolle F. (2017): Kohlenstoff-Stickstoff-Interaktion in der Rhizosphäre nach Zugabe von Glukose und Ammoniumnitrat. Bachelor Thesis thesis, Max-Planck Institute for Biogeochemistry Jena

Einfluss von Landnutzung und Standorteigen-schaften auf den oberirdischen Streueintrag

Berg J. (2016): Einfluss von Landnutzung und Standorteigen-schaften auf den oberirdischen Streueintrag. Bachelor thesis, University Jena

Einflüsse unterschiedlicher Bewirtschaftung auf Kohlenstoffkonzentrationen und Kohlenstoffvorräte in Waldböden der Biodiversitäts-Exploratorien Schorfheide-Chorin, Hainich-Dün und Schwäbische Alb

Zilensek F. L. (2016): Einflüsse unterschiedlicher Bewirtschaftung auf Kohlenstoffkonzentrationen und Kohlenstoffvorräte in Waldböden der Biodiversitäts-Exploratorien Schorfheide-Chorin, Hainich-Dün und Schwäbische Alb. Bachelor thesis, University Jena

No depth-dependence of fine root litter decomposition in temperate beech forest soils

Abbau von Wurzelstreu im Boden hängt in Buchenwäldern nicht von der Bodentiefe ab

Solly E., Schöning I., Herold N., Trumbore S., Schrumpf M. (2015): No depth-dependence of fine root litter decomposition in temperate beech forest soils. Plant and Soil 393 (1), 273-282. doi: 10.1007/s11104-015-2492-7

Soil property and management effects on grassland microbial communities across a latitudinal gradient in Germany

Einfluss von Standorteigenschaften und Grünlandbewirtschaftung auf mikrobielle Gemeinschaften in Böden

Herold N., Schöning I., Gutknecht J., Alt F., Boch S., Müller J., Oelmann Y., Socher S. A., Wilke W., Wubet T., Schrumpf M. (2014): Soil property and management effects on grassland microbial communities across a latitudinal gradient in Germany. Applied Soil Ecology 73, 41-50. doi: 10.1016/j.apsoil.2013.07.009

The importance of rock fragment density for the calculation of soil bulk density and soil organic carbon stock

Die Bedeutung der Gesteindichte für die Berechnung von Boden-Lagerungsdichten und Boden-Kohlenstoffvorräten

Mehler K., Schöning I., Berli M. (2014): The importance of rock fragment density for the calculation of soil bulk density and soil organic carbon stock. Soil Science Society of America Journal 78 (4), 1186-1191. doi: 10.2136/sssaj2013.11.0480

Factors controlling decomposition rates of fine root litter in temperate forests and grasslands

Der Abbau von Feinwurzeln im Boden

Solly E., Schöning I., Boch S., Kandeler E., Marhan S., Michalzik B. Müller J., Zscheischler J., Trumbore S. E., Schrumpf M. (2014): Factors controlling decomposition rates of fine root litter in temperate forests and grasslands. Plant and Soil 382 (1-2), 203-218. doi: 10.1007/s11104-014-2151-4.

Controls on soil carbon storage and turnover in German landscapes

Kohlenstoffspeicherung und Verweilzeiten von Kohlenstoff in Wald- und Grünlandböden

Herold N., Schöning I., Michalzik B., Trumbore S. E., Schrumpf M. (2014): Controls on soil carbon storage and turnover in German landscapes. Biogeochemistry 119 (1-3), 435-451. doi: 10.1007/s10533-014-9978-x

Vertical gradients of potential enzyme activities in soil profiles of European beech, Norway spruce and Scots pine dominated forest sites

Enzymaktivitäten in Waldböden werden vorwiegend durch Bodeneigenschaften bestimmt

Herold N., Schöning I., Berner D., Haslwimmer H., Kandeler E., Michalzik B., Schrumpf M. (2014): Vertical gradients of potential enzyme activities in soil profiles of European beech, Norway spruce and Scots pine dominated forest sites. Pedobiologia 57 (3), 181–189. doi: 10.1016/j.pedobi.2014.03.003

Variability of soil organic carbon stocks in managed forests on the national and regional scale

Grüneberg E. (2014): Variability of soil organic carbon stocks in managed forests on the national and regional scale. Dissertation, University Freiburg

The role of fine root litter for organic matter storage in soils

Solly E. (2014): The role of fine root litter for organic matter storage in soils. University Jena, Dissertation

Mean age of carbon in fine roots from temperate forests and grasslands with different management

Mittleres Kohlenstoffalter in Feinwurzeln von gemäßigten Wäldern und Grünländern mit unterschiedlicher Bewirtschaftung

Solly E., Schöning I., Boch S., Müller J., Socher S. A., Trumbore S. E., Schrumpf M. (2013): Mean age of carbon in fine roots from temperate forests and grasslands with different management. Biogeosciences 10, 4833-4843. doi: 10.5194/bg-10-4833-2013

Organic layer and clay content control organic carbon stocks in density fractions of differently managed German beech forests

Die Mächtigkeit der organischen Auflage und der Tongehalt bestimmen die Menge des in unterschiedlich bewirtschafteten Buchenwäldern gespeicherten Bodenkohlenstoffs

Grüneberg E., Schöning I. , Hessenmöller D., Schulze E.-D., Weisser W. W. (2013): Organic layer and clay content control organic carbon stocks in density fractions of differently managed German beech forests. Forest Ecology and Management 303, 1-10. doi: 10.1016/j.foreco.2013.03.014

Fine root productivity and C dynamics in temperate grasslands and forests with different land uses

Stolze K. (2013): Fine root productivity and C dynamics in temperate grasslands and forests with different land uses. Bachelor thesis, University Jena

Characterizing microbial activity in coniferous and deciduous forest soils

Schäfer F. (2013): Characterizing microbial activity in coniferous and deciduous forest soils. Bachelor thesis, University Jena

Land management and soil property effects on soil microbial communities and carbon storage in temperate forest and grassland systems

Herold N. (2013): Land management and soil property effects on soil microbial communities and carbon storage in temperate forest and grassland systems. Dissertation, University Jena

Causes of variation in mineral soil C content and turnover in differently managed beech dominated forests

Verweilzeit von Kohlenstoff in Böden unterschiedlich bewirtschafteter Buchenwälder

Schöning I., Grüneberg E., Sierra C.A., Hessenmöller D., Schrumpf M., Weisser W.W., Schulze E.-D.(2013): Causes of variation in mineral soil C content and turnover in differently managed beech dominated forests. Plant and Soil 370 (1-2), 625-639. doi: 10.1007/s11104-013-1654-8

Regional organic carbon stock variability: A comparison between depth increments and soil horizons

Regionale Variabilität der organischen Kohlenstoffvorräte: Ein Vergleich zwischen Tiefenstufen und Bodenhorizonten

Grüneberg E., Schöning I., Kalko E.K.V., Weisser W. W. (2010): Regional organic carbon stock variability: A comparison between depth increments and soil horizons. Geoderma 155 (3-4), 426-433. doi: 10.1016/j.geoderma.2010.01.002

Untersuchung lokaler Variationen von Kohlenstoffvorräten zur Beurteilung des potentiellen Einflusses von ausgelegtem Totholz

Baldeweg H. (2010): Untersuchung lokaler Variationen von Kohlenstoffvorräten zur Beurteilung des potentiellen Einflusses von ausgelegtem Totholz. Thesis, University Jena

Vergleich der Kohlenstoffvorräte der organischen Auflage und des Oberbodens von Buchen- und Edellaubholzwäldern im Naturraum Hainich-Dün-Hainleite

Türk M.-L. (2009): Vergleich der Kohlenstoffvorräte der organischen Auflage und des Oberbodens von Buchen- und Edellaubholzwäldern im Naturraum Hainich-Dün-Hainleite. Thesis, University Jena

Bodenkohlenstoffvorräte in verschiedenen Waldbewirtschaftungsintensitäten im Hainich

Mehler K. (2008): Bodenkohlenstoffvorräte in verschiedenen Waldbewirtschaftungsintensitäten im Hainich. Thesis, Max-Planck-Institute for Biogeochemistry Jena

Die sogenannten Kernprojekte der BE gingen aus dem Projekt zur Flächenauswahl und dem Aufbau der Exploratorien (2006-2008) hervor. Sie stellen seit 2008 die Infrastruktur bereit und erheben für alle Projekte wichtige Basisinformationen zu Landnutzung, Diversität und Ökosystemprozessen (Langzeitmonitoring). Zudem sie koordinieren projektübergreifende Aktivitäten wie etwa verschiedene Grossexperimente.