Der Einfluß von Stickstoff und Magnesium auf Ertrag und Qualität der Zuckerrübe

Die deutsche Wissenschaft trägt internationale Verantwortung für die Weiterentwicklung der Wissenschaft als gemeinsames Gut aller Völker, für die Stärkung des Friedens in Europa und der Welt und für die Erhaltung der Umwelt—regional und global.

Diese dreifache Verantwortung erwächst ihr aus der reichen Tradition der deutschen Wissenschaft, aus unserer immer noch guten ökonomischen Situation und aus der Tatsache, daß wir Verursacher und Leidtragende von regionalen und globalen Umweltschäden sind. Der Nutzen für die deutsche Wissenschaft ist evident: Wissenschaft gedeiht im internationalen Dialog und leidet in der Isolation, sie profitiert von Frieden und Wohlstand in der Welt, von Exportindustrie und Technologietransfer und sie braucht den Zugang zu fremden Lebensräumen für die Umweltforschung im weitesten Sinne.

An Beispielen aus der Ökologie tropischer Küstenzonen werden Formen kombinierter Forschungs‐ und Ausbildungsprojekte als Schritte zur Entwicklung partnerschaftlicher Zusammenarbeit und zum Aufbau von eigenständiger Forschungskapazität in Entwicklungsländern geschildert.     

50 Jahre organische und mineralische Düngung: Humusgehalte,N‐Ausnutzung und N‐Bilanzen

Nach Umbruch einer Naturwiese wurden während 48 Jahren zehn organische und mineralische Düngungsverfahren geprüft. Der Wechsel von der futterbaulichen zur ackerbaulichen Nutzung hatte bei allen Verfahren ein Absinken des Humusgehaltes von 2,3% auf 1,4–2,1% zur Folge. Bei regelmässiger Stallmistdüngung und bei mineralischer Düngung stabilisierte sich der Humusgehalt nach ca. 35 Jahren auf einem neuen Niveau bei etwa 1,4 bis 1,6%. Bei der Düngung mit Klärschlamm oder Torf stellte sich nach 48 Jahren noch kein neues Gleichgewicht ein. Sowohl die ausreichende mineralische wie auch die organische Düngung förderte die Menge und Aktivität der Bodenmikroorganismen. Die pflanzenbauliche Ausnutzung des Stickstoffs (N) von organischen Düngern betrug während der gesamten Versuchsdauer meist nur 10–30%. Die N‐Ausnutzung mineralischer Dünger dagegen stieg von 20–70% auf 50–80%. Dies gibt einen Hinweis auf ein erhöhtes Umweltgefährdungspotential organischer Dünger. Unter Berücksichtigung der abnehmenden Humusgehalte deuten auch die N‐Bilanzen auf eine erhöhte Umweltgefahrdung organischer Düngung.     

Der Einfluß der Stickstoffspätdüngung auf Ertrag und Qualität verschiedener Winter- und Sommerweizensorten

Aus vorliegenden Versuchsergebnissen werden Aussagen zum N‐Kreislauf auf Niedermoorgrünland bei gestaffelter Stickstoffdüngung gemacht. Variierte Düngung und Torfmineralisation sind entscheidende Inputgrößen. Die Outputseite wird durch Nährstoffentzüge der Pflanzen wesentlich bestimmt. Es wird auf die zeitlichen Disproportionen zwischen N‐Freisetzung und N‐Entzug eingegangen. Die Ergebnisse lassen Rückschlüsse auf die N‐Kreisläufe größerer Niedermoorgebiete zu und können als Grundlage für Grünlandmodelle dienen.     

Verdichtung und Regeneration des Gefüges eines schluffigen Tonbodens (Tschernosem): Bodenphysikalische,computertomographische und rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen

Compaction and recovery of soil structure in a silty clay soil (Chernozem): physical, computer tomographic, and scanning electron microscopic investigations In spring of 1995 a field experiment was started on a loess-derived Chernozem, managed by deep (22 cm) and shallow (12 cm) inversion tillage by spade plough, to test the effect of stepwise mechanical loading on the structure of a silty clay soil (30% clay) and its recovery during subsequent years. Beside an unwheeled control tillage systems were compacted track by track at a water content near field capacity using the following loading treatments: light (2 × 2.5 t; number of wheel passes times wheel load); medium (2 × 5 t) and high (6 × 5 t). Soil physical investigations, density distribution, and spatial visualizations of macropores based on computed tomography (CT) and scanning electron microscopy of aggregate surfaces indicate that increasing loading leads to a progressive homogenization of soil structure. Different stages of this process include the compression of aerated macropores or interaggregate pore space, respectively, by light loading and the deformation of aggregates to a coherent soil mass by high loading. Accord-ingly, the intraaggregate structure is characterized by an increase of parallel arrangement of clay particles, causing an extension of the range of normal shrinkage by elimination of structural shrinkage and displace-ment of residual shrinkage to lower moisture contents. Soil homogenization caused by kneading and supported by positive pore water pressure is the dominant harmful process of structure deterioration of the silty clay, when compacted with high loads at high soil water content. As a consequence of 12 cm shallow tillage over years the lower part of the topsoil has been preconsolidated. Therefore, the deformation resistance is slightly higher compared to 22 cm deep tillage. The stronger the deformation and homogenization of soil structure by loading, the stronger is the contraction of the soil matrix associated with a reheterogenization during three years after loading. Cracking by shrinkage induces a reaggregation of structure, having been obtained before by medium and high loading. Thereby the density of the soil matrix between cracks increases. As a consequence of this heterogenization by densification and cracking aggregates are preferentially remoistened via crack walls, inducing a partial but not a complete reswelling as shown by CT-images. Therefore the spatial position of the crack pattern does not change. On the other hand, at the end of investigation period, the light loaded treatment was not longer different to the unloaded control. Reaggregation by wetting and drying cycles is a key process in silty clays in initiating a restoration of the degraded structure. The formation of biopores is less significant. However, the mechanism of ”︁structure repair” by physical processes does not lead to a reproduction of unloaded structure.     

Einfluss unterschiedlicher böden auf die ausnutzung von wasser und stickstoff durch weidelgras,sommergerste und mais auf einigen grundwasserstandorten

Auf repräsentativen Böden grundwasserbeeinflußter Niederungen wurden Verdunstungsraten und Effektivität der Nutzung von Wasser und Stickstoff (N) durch ausgewählte Fruchtarten in Lysimetern geprüft. Ziel war die Präzisierung von Modellannahmen für die Wasser‐ und Stoffbilanz unter grundwassernahen Bedingungen.

Die Verdunstungsraten erreichten im Mittel der geprüften Fruchtarten Weidelgras, Sommergerste und Mais bei Grundwasserflurabständen von 55–70 cm (Gras) und 90–100 cm (Sommergerste, Silomais) etwa 65–90% der FAO‐Gras‐Referenzverdunstung in der Vegetationsperiode. In verdunstungsintensiven Monaten (Mais im Juli und August, Sommergerste Anfang Juli) wurde die Gras‐Referenzverdunstung im Monatsmittel um bis zu 14% überschritten. Fruchtarten auf tiefgründigem Ton zeigten die höchste Effizienz der Nutzung von Wasser und N bei relativ geringer Inanspruchnahme von Zusatzwasser. N‐Überschüsse konnten bei grundwasserbeeinflußten Tonböden in den Folgejahren besser verwertet werden als bei Sandböden. Das Risiko wassergebundener Stoffausträge ist bei Tonböden sehr gering. Sandgleye wiesen bei hohem Bedarf an Zusatzwasser eine uneffektive Ausnutzung von Wasser und Stickstoff und ein sehr niedriges Ertragsniveau auf. Da die untersuchten Böden in den Niederungen teilweise sehr kleinräumig vergesellschaftet vorkommen, deuten die Ergebnisse auf eine sehr hohe Variabilität der Ertragsbildung und Stofftransformation im Feldmaßstab auf Grundwasserstandorten hin.     

Untersuchungen über die Bodenmikroflora von Gatersleben und Umgebung

Zusammenfassung 17 verschiedene Standorte der näheren und weiteren Umgebung des Institutes Gatersleben wurden auf ihre Algenvorkommen untersucht. Bei 13 Standorten handelt es sich um typische Flottlehmböden. Die einzelnen vorkommenden Algenarten werden beschrieben, dabei stellte es sich heraus, daß in Frühjahrs- und Herbstansätzen das Algenvorkommen im Vergleich zu den Sommeransätzen wesentlich vermehrt war. Einige besonders interessante und zum Teil noch nicht vollständig bekannte Formen werden soweit wie möglich beschrieben.     

Gebietsabflüsse aus Agrarlandschaften Nordost‐ und Mitteldeutschlands

Für ein größeres Gebiet im Lockergesteinsbereich Nordost‐ und Mitteldeutschlands wurden verschiedene Verfahren zur Abschätzung des mittleren Gebietsabflusses geprüft und mit gemessenen Abflüssen verglichen. Die Ansätze von Renger und Strebel (1980) sowie Bagrov, mod. von Glugla (1985) berücksichtigen die Einflüsse von Böden und Landnutzung auf den Gebietsabfluß und zeigen gute Übereinstimmung mit Meßwerten für Einzugsgebiete > 100 km².

Der Gebietsniederschlag ist die dominierende Bilanzgröße. Aufgrund Niederschlagsmangels kommt es im überwiegenden Teil des Beispielsgebietes in etwa 20% der Jahre zu extremer Verminderung und unter Nadelwald bereits zum Erliegen der Abflußbildung.

Setzt man für die erste Hälfte des nächsten Jahrhunderts eine Erhöhung der Temperatur um 1,5 K, eine Zunahme der Winterniederschläge um 6% und eine Abnahme der Sommerniederschläge um 2% an (mittlerer Erwartungswert auf der Grundlage von Prognosen von Kenny et al. 1993), so sind nur sehr geringe Änderungen des mittleren Abflusses zu erwarten. Grobszenarien auf der Basis extremerer Abweichungen von diesem mittleren Erwartungswert lassen jedoch deutliche Auswirkungen auf den Landschaftswasserhaushalt erkennen.

Weitere Arbeiten sollten neben der zeitlich und räumlich differenzierteren Aufklärung von Abflußbildungsprozessen eine Präzisierung der mittleren Gebietsabflüsse in verschiedenen Maßstäben unter Einbeziehung aktueller Ergebnisse von bodenhydrologischen Meßplätzen und Lysimetern beinhalten.     

Pflanzen‐mikroben‐interaktionen und c/n‐Stoffumsetzungsprozesse in der rhizosphäre: Aufklärung und quantifizierung

Bis in jüngste Zeit war unklar, ob den in der Rhizosphäre, der Grenzschicht zwischen dem pflanzlichen Wurzelsystem und dem Boden, ablaufenden Vorgängen tatsächlich Relevanz für die C/N‐Umsetzungsprozesse auf ökosystemarer Ebene zukommt. Zielstellung eigener Arbeiten war es daher, auf der Grundlage von Tracern (¹⁴C, ¹⁵N) und immunologischen Techniken (DAS‐ELISA) Verfahren zur entwickeln und zu testen, die zur Klärung dieser Fragestellung beitragen. Wie ^l4C‐Impulsmarkierungsexperimente ergaben, werden bereits im Verlauf der Ontogenese beträchtliche Mengen des neu assimilierten Kohlenstoffs in die organische Bodensubstanz eingebaut (bei Sommerweizen zwischen 51 und 410% und bei Schilf 21% des Wurzel‐C). Mit Hilfe von DAS‐ELISA ausgeführte Studien ließen einen sehr differenzierten Einfluß von Getreidearten und ‐Sorten auf die Besiedlung der Rhizosphäre mit dem phytoeffektiven Bakterienstamm Pantoea agglomérons D5/23 erkennen. In überstautem Niedermoortorf bewirkte die Anwesenheit von Sumpfpflanzen (Schilf, Rohrglanzgras) eine beschleunigte Umsetzung von ¹⁵N‐markiertem Nitrat zu den gasförmigen Denitrifikationsprodukten N₂O und N₂.     

Entwicklung und gestaltung gehölzreicher weidelandschaften auf reliefiertem niedermoor

Die drastische Reduzierung der Besatzstärke an Rindern auf 0,5–1 GV/ha LF nach der politischen Wende in Ostdeutschland schafft interessante Möglichkeiten der Neugestaltung von Weiden. Um stärker und gleichmäßiger wechselnde Aufenthaltsplätze in der Fläche zu induzieren, könnten Extensivweiden in einer Art aufgelockerter Parklandschaft gestaltet werden. Die Eignung verschiedener Baum‐ und Straucharten für Niedermoore wurde in der Forschungsstation Paulinenaue, nordwestlich von Berlin, analysiert.

Untersuchungen zeigten, daß zukünftig insbesondere ausländische Rinderrassen vor zu starker UV‐Belastung geschützt werden sollten. Die heutigen ausgeräumten Weidelandschaften bieten nicht genügend Schatten und auch nicht ausreichend Windund Wetterschutz während des Winters. Die Entwicklung von vielfältig strukturierten Weiden verbessert das Wohlbefinden der Tiere als auch die Biodiversität des gesamten Ökosystems. Die Landschaft gewinnt durch die Variation von Landschaftselementen, der Stoffkreislauf wird geregelter und die Akzeptanz für den ländlichen Raum in der Bevölkerung steigt.     

Einschätzung der potentiellen wassererosionsgefährdung für gemeinden und regionen der bundesländer Mecklenburg‐Vorpommern,brandenburg, Sachsen‐Anhalt und der freistaaten Thüringen und Sachsen

Eine Karte der potentiellen Wassererosionsgefährdung für die östlichen Bundesländer wurde auf der Grundlage gemeindebezogener Datensätze mit Ergebnissen der Mittelmaßstäbigen landwirtschaftlichen Standortkartierung (MMK) erarbeitet. Die Karte enthält das Resultat einer vergleichenden Beurteilung der landwirtschaftlich genutzten Böden hinsichtlich der potentiellen Gefährdung durch Wassererosion auf der Grundlage von Kartierungseinheiten der MMK. Die potentielle Wassererosionsgefährdung wird nach Substrat‐ und Hangneigungsflächentypen eingeschätzt. Auf der Grundlage der gemeindebezogen digitalisierten Kartierungseinheiten der MMK wird der Flächenanteil der auf der landwirtschaftlichen Nutzfläche der einzelnen Gemeinden vorkommenden Gefährdungsklassen berechnet. Die Beurteilungskenngrößen können zum Vergleich erosionsrelevanter Grunddaten naturräumlicher und administrativer Gebietseinheiten dienen. Werden detailliertere Informationen benötigt, sind darüberhinaus konturenund schlagbezogene Bewertungen möglich. Nach entsprechender Interpretation ist es möglich, Daten zur überschlägigen Abschätzung potentieller Bodenund Schadstoffeinträge in Flußeinzugsgebiete bereitzustellen.