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Nitrogen and Phosphorus Cycling (D-A-CH/LAE)

English title Nitrogen and Phosphorus Cycling (D-A-CH/LAE)
Applicant Wilcke Wolfgang
Number 147489
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Geographisches Institut Universität Bern
Institution of higher education University of Berne - BE
Main discipline Pedology
Start/End 01.10.2013 - 30.09.2016
Approved amount 242'350.10
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Keywords (12)

biodiversity; plant nutrition; nitrogen (N) cycling; phosphorus (P) cycling; soil solution; isotope tracer experiments; nitrogen (N) cycling; soil solution; isotope tracer experiments; biodiversity; phosphorus (P) cycling; plant nutrition

Lay Summary (German)

Lead
Neuere Forschungsarbeiten haben gezeigt, dass die Biodiversität das Funktionieren von Ökosystemen beeinflusst. In artenreichen Pflanzengesellschaften werden z.B. Nährstoffe effizienter genutzt als in artenarmen und Nährstoffverluste reduziert, was zum einen Dünger spart und das Grundwasser vor schädlichen Nährstoffeinträgen schützt. Allerdings ist bislang nicht aufgeklärt, welche genauen Mechanismen hinter den weltweit in verschiedenen Ökosystemen beobachteten Biodiversitätseffekten stehen.
Lay summary

Das übergeordnete Ziel der internationalen Forschergruppe, zu der dieses Projekt gehört, ist, die Mechanismen aufzuklären, die hinter den Zusammenhängen zwischen der Biodiversität und den Ökosystemfunktionen stehen. Dazu arbeiten alle beteiligten Forschungsgruppen auf einem im Jahr 2002 angelegten Versuchsfeld, auf dem Grünland-Pflanzengemeinschaften so angesät und durch regelmässiges Jäten erhalten wurden, dass sich ein Gradient der Pflanzenartenzahl von einer bis zu 60 Arten ergibt. Unser Teilprojekt befasst sich hierbei mit dem Kreislauf der beiden quantitativ bedeutendsten Nährelemente Stickstoff und Phosphor. Im Detail untersuchen wir die Bedeutung des Pflanzenartenreichtums für  (i) alle wichtigen Teilprozesse des Stickstoffkreislaufs und (ii) die Phosphor-Freisetzung aus den Bodenmineralen. Ausserdem führen wir (iii) eine Langzeitbeobachtung der Stickstoff- und Phosphor-Flüsse auf den 82 Versuchsflächen des Artenzahlgradienten fort, die im Jahr 2002 begonnen hat.

Der aktuelle, weltweite, schnelle Artenverlust nährt Befürchtungen, dass unsere Ökosysteme wichtige Leistungen wie etwa die Produktion von Futter und den Schutz des Grundwassers nicht mehr erbringen können. Es ist daher von grosser Bedeutung, herauszufinden, welche Rolle die Biodiversität für essentielle Ökosystemleistungen spielt. Unsere Erkenntnisse dienen auch dazu, das Management der Grünlandnutzung im Hinblick auf Produktivität und Umweltleistungen zu verbessern.

Direct link to Lay Summary Last update: 08.05.2013

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Name Institute

Publications

Publication
Long-term effects of plant diversity and composition on plant stoichometry.
Guiz Jordan, Hillebrand Helmut, Borer Elisabeth, Abbas Maike, Ebeling Anne, Weigelt Alexandra, Oelmann Yvonne, Fornara Dario, Wilcke Wolfgang, Temperton Vicky, Weisser Wolfgang W. (2016), Long-term effects of plant diversity and composition on plant stoichometry., in Oikos, 125, 613-621.
Plant diversity and functional groups affect Si and Ca pools in aboveground biomass of grassland systems.
Schaller Jörg, Roscher Christiane, Hillebrand Helmut, Weigelt Alexandra, Oelmann Yvonne, Wilcke Wolfgang, Ebeling Anne, Weisser Wolfgang W. (2016), Plant diversity and functional groups affect Si and Ca pools in aboveground biomass of grassland systems., in Oecologia, 182, 277-286.
Land use intensification alters ecosystem multifunctionality via loss of biodiversity and changes to functional composition.
Allan Eric, Manning Pete, Alt Fabian, Binkenstein Julia, Blaser Stefan, Blüthgen Nico, Böhm Stefan, Grassein Fabrice, Hölzel Norbert, Klaus Valentin H., Kleinebecker Till, Morrys Elisabeth Kathryn, Oelmann Yvonne, Prati Daniel, Renner Sven C., Rillig Matthias C., Schäfer Martin, Schloter Michael, Schmitt Barbara, Schöning Ingo, Schrumpf Marion, Solly Emily, Sorkau Elisabeth, Steckel Juliane, Wilcke Wolfgang + 8 further authors (2015), Land use intensification alters ecosystem multifunctionality via loss of biodiversity and changes to functional composition., in Ecology Letters, 18, 834-843.
Flooding disturbances increase resource availability and productivity but reduce stability in diverse plant communities.
Wright Alexandra J., Ebeling Anne, De Kron Hans, Roscher Christiane, Weigelt Alexandra, Buchmann Nina, Buchmann Tina, Fischer Christine, Hacker Nina, Hildebrandt Anke, Leimer Sophia, Mommer Liesje, Oelmann Yvonne, Scheu Stefan, Steinauer Katja, Strecker Tanja, Weisser Wolfgang W., Wilcke Wolfgang, Eisenhauer Nico (2015), Flooding disturbances increase resource availability and productivity but reduce stability in diverse plant communities., in Nature Communications, 6, 6092.
Plant diversity shapes microbe-rhizosphere effects on P mobilization from organic matter in soil.
Hacker Nina, Ebeling Anne, Gessler Arthur, Gleixner Gerd, González Macé Odette, De Kron Hans, Lange Markus, Mommer Liesje, Eisenhauer Nico, Ravenek Janneke, Scheu Stefan, Weigelt Alexandra, Wagg Cameron, Wilcke Wolfgang, Oelmann Yvonne (2015), Plant diversity shapes microbe-rhizosphere effects on P mobilization from organic matter in soil., in Ecology Letters, 18, 1356-1365.
Time matters for plant diversity effects on nitrate leaching from grassland.
Leimer Sophia, Oelmann Yvonne, Wirth Christian, Wilcke Wolfgang (2015), Time matters for plant diversity effects on nitrate leaching from grassland., in Agriculture,Ecosystems and Environment, 211, 155-163.
Biotic and abiotic properties mediating plant diversity effects on soil microbial communities in an experimental grassland.
Lange Markus, Habekost Make, Eisenhauer Nico, Roscher Christiane, Bessler Holger, Engels Christof, Oelmann Yvonne, Scheu Stefan, Wilcke Wolfgang, Schulze Ernst-Detlef, Gleixner Gerd (2014), Biotic and abiotic properties mediating plant diversity effects on soil microbial communities in an experimental grassland., in PLOS one, 9, 96182.

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Prof. Dr. Yvonne Oelmann, Eberhard-Karls-Universität Tübingen Germany (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
- Exchange of personnel
Prof. Dr. Nico Eisenhauer, iDiv, University of Leipzig Germany (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
Prof. Dr. Christian Wirth, iDiv, University of Leipzig Germany (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Exchange of personnel
Prof. Dr. Wolfgang W. Weisser, Technische Universität München Germany (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
- Exchange of personnel
Prof. Hans de Kron, Radboud Universiteit, Nijmegen Netherlands (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
131195 Exploring mechanisms underlying the relationship between biodiversity and ecosystem functioningSubproject 11: Nitrogen and phosphorus cycling (D-A-CH/LAE) 01.01.2011 Project funding (Div. I-III)

Abstract

The previous phases of the Jena Experiment demonstrated that increasing species richness (SR) (i) stimulated ammonification, (ii) influenced aboveground P storage in a similar way as N storage, and (iii) had time-dependent effects on N and P cycles. However, it remained unclear whether positive effects of SR on ammonification were cancelled out by negative effects on other N transformation processes. Furthermore, we were not able to link aboveground P cycling with soil P processes. The temporal change of the SR-N and -P cycle relationships are attributable to increased organic matter accumulation in soil of diverse plant mixtures. We propose to (i) model the effect of SR on pool sizes of 6 N pools and rates of 9 N transformations based on a tracer experiment with 15NO3- and 15NH4+ in the laboratory for all main plots. (ii) We will separately determine P release rates from soil mineral phase and soil organic matter combining kinetic extractions and incubations with an 18O-H2O isotope label to identify PO43- originating from hydrolysis of organic P in the bioavailable P pool in soil. (iii) We will continue the long-term monitoring of all relevant N and P ecosystem fluxes started in 2002. Finally, (iv) we will test if the stimulated microbial activity under species-rich plant communities accelerates the degradation of persistent organic pollutants such as polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs).
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