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Ökologie von Agrarökosystemen
Wie steuern Wechselwirkungen zwischen Pflanzen, Boden und Mikroorganismen zentrale Ökosystemfunktionen wie Biomasseproduktion, Nährstoffkreisläufe oder Kohlenstoffspeicherung? Wie werden sie von Boden oder Klima beeinflusst? Wie reagieren sie auf Bewirtschaftung, Verlust von Biodiversität oder Klimawandel? Wie lässt sich die Nutzung von Ökosystemen den sich rasch verändernden Umweltbedingungen anpassen? Können wir dabei sowohl die Erträge sichern, als auch dem globalen Wandel entgegenwirken? Lassen sich Bodenprozesse so optimieren, dass der Einsatz von Düngemitteln und Agrarchemikalien deutlich reduziert werden kann?
Klimawandel und Artensterben stellen unsere Ökosysteme vor neue Herausforderungen und gefährden die von ihnen erbrachten Funktionen und Dienstleistungen. Zur Ernährungssicherung und dem Erhalt einer gesunden, lebenswerten Umwelt müssen wir verstehen, wie Landnutzung und Globaler Wandel interagieren. So können wir standortsgerechte Empfehlungen für eine nachhaltige Bewirtschaftung geben. Da Multifunktionalität oft nur auf Landschaftsebene erreicht werden kann, untersuchen wir die gesamte Bandbreite von naturnahen Waldökosystemen über Grünländer bis hin zu intensiv ackerbaulich genutzten Standorten.
Dabei kommt gesunden Böden eine besondere Bedeutung zu. Die darin gespeicherte organische Substanz ist beispielsweise sowohl für die Produktivität der Standorte, als auch für die Begrenzung des Klimawandels relevant. Seit Beginn der landwirtschaftlichen Nutzung haben Böden bereits große Mengen an organischer Substanz verloren und diese Verluste drohen bei steigenden Temperaturen weiter zuzunehmen. Angepasste Nutzung sollte daher den Gehalt organischer Substanz im Boden unter zukünftigen Umweltbedingungen erhalten und sicherstellen, so dass Nährstoffe ausgewogen für das Pflanzenwachstum zur Verfügung stehen.
Die Menge an organischer Substanz im Boden ist an den Eintrag durch Pflanzen gekoppelt. Umsatz und Verweilzeit von Kohlenstoff und Nährstoffen in der organischen Substanz variieren zwischen Mikrohabitaten wie sich zersetzende Pflanzenstreu (Detritusphäre), Mineraloberflächen (Mineralosphäre) und Boden im direkten Umfeld lebender Wurzeln (Rhizosphäre). Sie werden von unterschiedlichen mikrobiellen Gemeinschaften bewohnt, die durch Produktion extrazellulärer Enzyme Kohlenstoff- und Nährstoffumsetzungen regulieren. Aufgrund ihrer großen Diversität und eines hohen Anteils inaktiver Organismen ist noch wenig über funktionale Zusammenhänge zwischen mikrobiellen Gemeinschaften und Stoffumsätzen im Boden bekannt. Landnutzung und Klimawandel ändern die Artenzusammensetzung und Aktivität von Pflanzen und Mikroorganismen, doch ihre Auswirkungen auf Bodenprozesse sind bislang kaum verstanden. Neben abgestorbenem Pflanzenmaterial können auch Rückstände von Bakterien und Pilzen im Boden zur Bildung von stabiler organischer Substanz beitragen. Die Bindung organischer Substanz an Mineraloberflächen reduziert ihre Abbaubarkeit, möglicherweise auch bei Temperaturanstieg, und ist daher für die langfristige Speicherung von Kohlenstoff im Boden von Bedeutung. Um Empfehlungen zur Erhöhung des Gehalts mineral-gebundener organischer Substanz im Boden geben zu können, müssen wir die Faktoren, die zu ihrer Bildung und ihrem Umsatz beitragen, besser verstehen. Unser Ziel ist es, das Prozessverständnis in diesen Bereichen zu erhöhen und so zur angepassten Nutzung von Ökosystemen beizutragen.