Konzepte der kologie Pflanzen und Bden Interaktionen zwischen

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 • Strategien der Pflanzen und Nachhaltigkeit von Agrikultur

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

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

Microhabitate im Boden Lückenraumsystem: Bodenpartikel (Carbonate) Wasser Luft Schleime Rhizosphäre Staunässe (anaerobe Zonen)

Basisinteraktionen, Mesokosmenversuch, mechanistisch atm. Export atm. Import Xorg Xdetr Organismenmigration Bakt. Pilze MESOFAUNA Pflanzen Cyanobacteria Xmin Auswaschung Material/Energie Steuerung

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

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

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

N- Turnover im Boden Pflanzen N 2 O NOx N 2 Protease CHN POM Urease Desaminierung A GC/HPLC DOM N-Fixierung Desaminierung B MESOFAUNA Mi. O NH 4 Urease Nitrifikation Denitrifikation NO 3 Nitratreduktase

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

S- Turnover im Boden Pflanzen DMS H 2 S Arylsulfatase POM DOM MESOFAUNA Smin Mi. O Ionentausch

P- Turnover im Boden Pflanzen Phosphatase POM DOM MESOFAUNA Pmin Mi. O Fumigation Ionentausch

C- Turnover im Boden Pflanzen CO 2 Methan CHN Hmus POM Xylanase Cellulase GC/HPLC CHN DOM ß-Glucosidase Saccharase MESOFAUNA URAS Mi. O Cmin SIR

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

Mesofauna and Mesocosms urease activity ureides ammonia p. H microbial biomass protease activity DOM POM leaching mesofauna mass transfer grazing italic. . activity normal. . . pool grazing litter influence 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 Fertility of Soils 22, 22 -30

Mikrobielle Aktivität und Biomasse inhibition p. H N/C substrate supplement Mi. O enzyme original pool mass flow influence additional (RESP) CO 2 basal (BR) stimulating or inhibiting effects: enzyme activation / inhibition enzyme induction / repression abundance change diversification adaptations long term effects (succession) investigated system

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 CO 2, das im Wasser Kohlensäure bildet.

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

Water Fertilizer Shoot Litter Root H 2 O Mi. O SIR Remin NH 4 WRC Ext Enz Urease Rice Soil System KI+_p. H KEC