basisinteraktionen in Ökosystemen mechanistische grundvorstellungen symbole nach odum zerlegung in...
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Basisinteraktionen in Ökosystemen
Mechanistische GrundvorstellungenSymbole nach OdumZerlegung in StoffkreisläufeEinschränkung auf messbare/gemessene ParameterTheorie zu nachhaltiger Nutzung
Letzte Änderungen: GB 07.03.02 10:00
Ökologische Forschungsprojekte
•Thema/Gebiet•Fragestellungen: allgemein/speziell•Arbeitshypothesen formulieren•Untersuchungs-/Versuchsansatz/experimentelles Design•Vorversuch + Evaluierung•Hauptversuch 1•Auswertung
Evaluation der HypothesenNeue Befunde /Zusammenhänge
•Nachversuch/Hauptversuch2Nachbessern der Hauptexperimente
•Endauswertung/Synthesephase•Modellbildung, Diskussion (Hypothesenevaluation)•Definition des Forschungsbedarfs
VegetationSubstrates(Sugars, Amino Acids,Organic Acids)
Microbial Activity(Soil Enzymes)
Gas Exchange(N2O, CO2 , CH4 , C2H2)
Microbial Biodiversity(PLFA)
NH4+ NO3
-
N2
Mineralisation Nitrifikation
Den
itrifi
katio
nN
2-F
ixie
rung
AminoSäuren
Streu
Der Stickstoffkreislauf im Ökosystem
Auswaschung
TiereMiO
pH
DOM
POM
italic....
normal...
ureides urease activity ammonia
protease activity microbial biomass
leaching
mesofaunagrazing
grazing litter
mass transfer
activity
poolinfluence
MiOCO2
additional (RESP)
investigated system
inhibition
substrate enzymeN/C -
pH
enzyme activation / inhibitionenzyme induction / repressionabundance changediversificationadaptationslong term effects (succession)
mass flow
influence
stimulatingor inhibitingeffects:
basal (BR)original pool
supplement
Basisinteraktionen, Mesokosmenversuch, mechanistisch
XorgXdetr
Xmin
PflanzenMESOFAUNA
Bakt.Pilze
atm. Export
Auswaschung
Cyano-bacteria
atm. Import
Organismen-migration
SteuerungMaterial/Energie
E- AbflußEnergiequelle Regler Passiver Speicher
Konsument
Steuerkreis
Lastkreis
Xorg....organisch geb. N/CXmin....remineralisierter N/C
Nach H.T.Odum, 1971
POM....particulate org. matterDOM....dissolved org. matter
MESOFAUNA
Xmin
Xorg
Pflanzen
SteuerungMaterial/Energie
Migration
Auswaschung
atm. Exportatm. Import
Cyano-Bakt
Basisinteraktionen, nach Odum
N- Turnover im Boden
MESOFAUNA
Pflanzen
DOM
POM
MiO
NH4
NO3
N2 N2ONOxN2
GC/HPLC
CHN
Urease
N-Fixierung
Denitrifikation
Nitrifikation Nitratreduktase
Urease
Desaminierung A
Desaminierung B
Protease
h
NH4+
NO3-
Urease
N atmosph.
BR, SIR
PLANT
POM
DOM
Rhizodeposition,Litter Feedback
Mass TransferSteering influence
MESOFAUNA MiO
Free Amino Acids
Protease
N-Turnoverin Soils
MESOFAUNA
Pflanzen
DOM
POM
Cmin
MiO
C- Turnover im BodenCHN
XylanaseCellulase
GC/HPLC
Hmus
ß-GlucosidaseSaccharase
URAS
SIR
CHN
CO2 Methan
DOM
POM
Cmin
MiO
CO2
PLANT
h
Xylanase
Rhizodeposition,Litter
Feedback
Mass TransferSteering influence
Dehydrogenase
BR, SIR
Free Sugars and Amino Acids
MESOF
Cellulase
C-Turnoverin Soils
Rhizodeposition Strategies of Plant Species
high biomass production
- keeping a reserve for remineralisation by slow decomposers (K-strategy)
high exudation of low molecular weight organic substances
- quick substrates for fast remineralizing microorganisms (R- strategy)
Combinations (extremes) and their impact on ecosystems
high biomass and high exudation high turnover, steady state or shift?
high biomass and low exudation steady state, slow shift of biodiversity
low biomass and high exudation quick depletion of nutrients, degradation?
low biomass and low exudation steady state, slow turnover rates
hv
DOMorg. S
Fauna
Urease Aktivitätges.N
CO2
BakterienCO3
- -
Mg ++
MgCO3
Pilze
POMKn.Bak.
N2
TRIFOLIUM= Massentranfer= Steuergröße
hv
DOM
Fauna
Urease Aktivitätges.
N
CO2
CO3--Mg ++
MgCO3
Bakterien
Pilze
POM
= Massentranfer= Steuergröße
LOLIUM
basins of attraction
system elasticity
system stability
presentecosystem
future ecosystem
TemperatureFertilizer
Rhizodeposition
ecosystem succession due toland use ?
worst case:degradation
Stability of Soil Systems
system resilience
soil property (Soil aggregate stability)
ener
gy n
eede
d to
cha
nge
soil
prop
ertie
s
Asparagine induced Respiration (URAS)
0
20
40
60
80
100
120
0 90 180 270 360 450 540 630 720 810 900 990
Time (min)
mg
CO
2 / k
g FG
*h
Maniok
Sugar Cane
Maniok and Sugar Cane (BIOLOG-Test using Asparagine)
0
2000
4000
6000
8000
10000
0 840 1200 1440 2400 2670 3000 4320Time (min)
µg T
PF
/ mL
Sugar Cane
Maniok
Substrate activation, induction, resource limitation
CO2 Sink: Free Sugars in Plant and Soil
Bulk soil
Rhizosphere
Soil Partikels(Carbonates)
glucose and other free sugars in 1 kg soil: an average 20 to 200 mg
glucose and other free sugars in plants:an average of 2 -10 mg g DM -1
standing crop of grasses on 1 kg soil:an average of 10 -20 g DM
free sugars in the standing crop on 1 kg soil:an average of 20 -200 mg
transfer rates ?
Soil Respiration
exportleachingmigration
Root Biomass