Wie werden Bodenfunktionen durch Landnutzung und Biodiversität beeinflusst?

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.

Ziele und Methoden

Als Kernprojekt Boden stellen wir wichtige Informationen über Bodeneigenschaften und –funktionen von allen 300 Experimentierflächen der Biodiversitäts-Exploratorien für das Gesamtprojekt zur Verfügung. Wir sind maßgeblich an der Koordination und Durchführung von gemeinsamen Bodenprobenahmen von bodenbiologisch, mikrobiologisch und bodenkundlich arbeitenden Kern- und Teilprojekten und an Synthese-Aktivitäten beteiligt.

Unser Projekt umfasst:

(1) Das Monitoring von relevanten Bodeneigenschaften wie zum Beispiel Enzymaktivitäten in den Biodiversitäts-Exploratorien
(2) Das Monitoring des Streufalls auf den Waldflächen
(3) Die Bestimmung des Nährstoffaustrags aus dem Boden (N, P, S, K, Mg, Ca) (in situ)
(4) Die Messung von autotropher und heterotropher Bodenatmung und ihrer saisonalen Variabilität (in situ)
(5) Die Untersuchung der Bildung und des Umsatzes von mineralisch assoziierter organischer Bodensubstanz mit Mineralbeuteln (in situ)
(6) Die Untersuchung der Bedeutung der Nährstoffverfügbarkeit (N,P) für die Mineralisierung von organischer Bodensubstanz und des Rhizosphären-Priming (lab incubations)

Abbildung: Das Foto zeigt vier Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in einem Buchenwald im Frühling bei Entnahmen von Bodenproben.

Koordinierte Bodenprobennahme

Abbildung: Das Foto zeigt einen Waldboden, auf dem vier Soda-Leim-Fallen aufgestellt sind. Bei den Fallen handelt es sich um geschlossene zylinderförmige Behälter in der Größe von kleinen Blumentöpfen. In jedem Behälter gibt es eine kleine Öffnung auf der Oberseite, in der eine halb durchgedrückte Spritze steckt.

Soda Lime Fallen

Abbildung: Das Foto zeigt die Situation beim Befüllen eines Mineral-Containers. Auf einem Arbeits-Tisch liegt eine flache Glas-Schale, in der sich der Container befindet. Der runde flache Behälter ist mit einer orange-braunen Boden-Substanz gefüllt. Über dem Behälter sieht man die Arme und Hände einer Person, die einen Laborkittel und grüne Latex-Handschuhe trägt. Die linke Hand hält einen Glasbecher, während die rechte Hand einen Löffel in den Becher hält, um die Reste der darin noch befindlichen Boden-Substanz aufzunehmen.

Mineralbeutel

Enzymanalyse

Hypothesen

Wir orientieren uns an der Hypothese, dass eine erhöhte Bewirtschaftungsintensität die Kohlenstoff- und Nährstoffvorräte in Waldböden reduziert, während dieser Effekt in Grünlandböden aufgrund von Düngung weniger stark sichtbar wird.

Wir bearbeiten folgende Leitfragen:

Wie wirken sich Landnutzung und Biodiversität auf die Kohlenstoff- und Nährstoff Bilanz von Böden aus? Welche Rückkopplungsmechanismen treten auf?
Spiegeln sich die kurzfristige und langfristige Wald- und Grünlandbewirtschaftung in den Bodeneigenschaften und insbesondere im Kohlenstoffumsatz des Bodens wider?
Welche mikrobiellen Gruppen reagieren am stärksten auf die Zugabe von leicht verfügbaren Kohlenstoff- und Nährstoffquellen?
Welche Rolle spielen Landnutzung und Biodiversität für die Kohlenstoff- und Nährstoff-Mineralisierung? Wie sind die Kohlenstoff- und Nährstoffmineralisierung gekoppelt? Wie verhalten sich die durch Mineralisierung freigesetzten Nährstoffe im Boden?

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

Yeast diversity and species recovery rates from beech forest soils

Yurkov A. M., Wehde T., Federici J., Schäfer A. M., Ebinghaus M., Lotze-Engelhard S., Mittelbach M., Prior R., Richter C., Röhl O., Begerow D. (2016): Yeast diversity and species recovery rates from beech forest soils. Mycological Progress 15 (8), 845–859. doi: 10.1007/s11557-016-1206-8

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

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.

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

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

Assessment of yeast diversity in soils under different management regimes

Erschließung der Diversität von Hefen in Böden unterschiedlicher Landnutzung

Yurkov A. M., Kemler M., Begerow D. (2012): Assessment of yeast diversity in soils under different management regimes. Fungal EcologyFungal Ecology 5 (1), 24-35. doi: 10.1016/j.funeco.2011.07.004

Leucosporidium drummii sp. nov. a new member of Microbotryomycetes isolated from soil

Leucosporidium drumii sp. nov., ein neues Mitglied der Microbotryomycetes, isoliert aus Boden

Yurkov A. M., Schäfer A.M., Begerow D. (2012): Leucosporidium drummii sp. nov. a new member of Microbotryomycetes isolated from soil. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 62, 728–734. doi: 10.1099/ijs.0.027102-0

Soil fungal communities along biogeographical gradients in the German Biodiversity Exploratories:classical and high-throughput molecular techniques

Christ S. (2011): Soil fungal communities along biogeographical gradients in the German Biodiversity Exploratories: classical and high-throughput molecular techniques. Dissertation, University Leipzig

Fungal communities in bulk soil and stone compartments of different forest and soil types as revealed by a barcoding ITS rDNA and a functional laccase encoding gene marker

Christ S., Wubet T., Theuerl S., Herold N., Buscot F. (2011): Fungal communities in bulk soil and stone compartments of different forest and soil types as revealed by a barcoding ITS rDNA and a functional laccase encoding gene marker. Soil Biology and Biochemistry 43, 1292-1299. doi:10.1016/j.soilbio.2011.02.022

Species accumulation curves and incidence-based species richness estimators to appraise the diversity of cultivable yeasts from beech forest soils

Artenhäufigkeits-Kurven und eine Abschätzung des Artenreichtums, um die Diversität von kultivierbaren Hefen aus Buchenwaldböden zu beurteilen

Yurkov A. M., Kemler M., Begerow D. (2011): Species accumulation curves and incidence-based species richness estimators to appraise the diversity of cultivable yeasts from beech forest soils. PLoS ONE 6(8): e23671. doi: 10.1371/journal.pone.0023671

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

Clavispora reshetovae

Yurkov A., Schäfer A. M., Begerow D. (2009): Clavispora reshetovae. Fungal Planet 35. Persoonia 23, 182-183

Barnettozyma vustinii

Yurkov A., Schäfer A.M., Begerow D. (2010): Barnettozyma vustinii. Fungal Planet 38. Persoonia 23, 188-189

Molekulare Untersuchungen zur Biodiversität von Bodenpilzen in ausgewählten Wald- und Grünlandflächen

Kurth F. (2008): Molekulare Untersuchungen zur Biodiversität von Bodenpilzen in ausgewählten Wald- und Grünlandflächen. Bachelor thesis. University Bochum

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.