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Consequences of future precipitation patterns for agroecosystem C and N cycling - a stable isotope labelling study
Andreea-Florentina Spiridon
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Interdisziplinäres Masterstudium Environmental Sciences
Betreuer*in
Wolfgang Wanek
DOI
10.25365/thesis.60490
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-25097.29227.654569-3
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Niederschlagsmuster werden sich in Zukunft durch den Klimawandel ändern. Sie sind ein essentieller Parameter für die pflanzliche Produktion von Biomasse, da der Niederschlag die Prozesse der Mineralisation von organischem Material sowie die Freisetzung von Nährstoffen kontrolliert. Der Effekt zukünftiger Niederschlagsmuster wurde an zwei unterschiedlichen Bodentypen untersucht, seichtgründiger und tiefgründiger Tschernosem. Ein regional angepasstes Niederschlagsszenario, abgeleitet von Emissionen beschrieben im fünften IPCC Assessment Report (RCP 4.5 und RCP 8.5), wurden in einer Langzeit-Lysimeter Anlage in Wien untersucht.
Stabile Isotopenmarkierung ist ein geeignetes Verfahren um das Schicksal und das Verhalten von landwirtschaftlichen Böden zu analysieren. In dieser Studie wurde Sinapis alba (Gelber Senf) mit 13C und 15N stabilen Isotopen markiert und als Gründünger verwendet. Dieser Dünger wurde Lysimetern beigemischt, mit welchen zukünftige Niederschlagsszenarios mit gegenwärtigen Niederschlagsmustern verglichen wurden. Beide Szenarien wurden an zwei verschiedenen Bodentypen getestet.
Boden.-, Pflanzen.-, Gas.- und Grundwasserproben wurden zu unterschiedlichen Zeitpunkten während der gesamten Vegetationsperiode 2018 gesammelt und mithilfe von Isotopenmassenspektrometrie untersucht. Ergebnisse zeigen einen Rückgang in Pflanzenbiomasse des zukünftige Niederschlagsszenarios aufgrund von Trockenstress, was durch erhöhte Blatt 13C Werte im zukünftige Niederschlagsszenarios verglichen mit den gegenwärtigen Niederschlagsmustern festgestellt wurde. Mineralisation des Gründüngers und Aufnahme der Isotopenmarkierung in Bodenorganismen (13C PLFA) begann innerhalb weniger Stunden nach der Applikation. Ergebnisse der Isotopenanalysen zeigen, dass die Mineralisation der Gründünger zu Beginn langsamer im zukünftige Niederschlagsszenarios ablaufen (Anorganisches Nitrat von Boden.- und Grundwasseranalysen, N2O Emissionen), und dass sich dies während der Sommerzeit ändert. Diese Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung der Produktion von Pflanzenbiomasse für die Nährstoffaufnahme in landwirtschaftlichen Systemen.
Zusammenfassend zeigt diese Studie, dass landwirtschaftliche Böden unterschiedlich auf veränderte Niederschlagsmuster reagieren. Außerdem wird die Bedeutung von interaktiven Prozessen zwischen Boden und Pflanzen hervorgehoben.
Abstract
(Englisch)
Climate change will alter precipitation patterns in the future, which is an essential parameter for plant production, as it controls processes of organic matter mineralisation and nutrient release. The effect of future rainfall patterns was investigated on two different soil types – a sandy calcaric phaeozem and calcic chernozem. A regionalised precipitation scenario derived from emissions from the 5th IPCC Assessment Report (RCP 4.5 and RCP 8.5) was used on a long-term lysimeter facility in Vienna.
Stable isotope labelling is useful in tracing the fate and behaviour of nutrients in agricultural soils. In this study, white mustard (Sinapis alba) dual labelled with 13C and 15N stable isotopes was used as green manure and applied to the lysimeters where future rainfall patterns are compared with current precipitation patterns on the different soil types.
Soil, plant, gas and groundwater samples were collected at different time points throughout the growing season 2018 and analysed using isotope ratio mass spectrometry. Results showed a decrease in plant biomass for the future scenario due to drought stress (increased leaf 13C for the future compared to current). Mineralisation of green manure and label uptake into soil microorganisms (13C PLFA) was shown to start within hours of application. However, isotope results showed that mineralisation of green manure is initially slower under the future scenario (soil and water inorganic NO3-, N2O emissions) and that it changes during summertime, which emphasises the importance of plant biomass production for nutrient uptake in agricultural systems.
Overall, this study shows that agricultural soils respond differently to changes in precipitations, and it emphasises the importance of a better understanding of interaction processes between soils and plants.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
agricultural soils climate change drought stress carbon cycling nitrogen cycling stable isotopes plant biomass
Schlagwörter
(Deutsch)
landwirtschaftliche Böden Klimawandel Dürrestress Kohlenstoffkreislauf Stickstoffkreislauf stabile Isotope pflanzliche Biomasse
Autor*innen
Andreea-Florentina Spiridon
Haupttitel (Englisch)
Consequences of future precipitation patterns for agroecosystem C and N cycling - a stable isotope labelling study
Publikationsjahr
2019
Umfangsangabe
87 Seiten : Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Wolfgang Wanek
Klassifikation
43 Umweltforschung > 43.00 Umweltforschung, Umweltschutz: Allgemeines
AC Nummer
AC15563215
Utheses ID
53452
Studienkennzahl
UA | 066 | 299 | |