Es wurden Wurzelsysteme auf 1900, 2400 und 3000 m eines südecuadorianischen Bergregenwaldes untersucht. Ziel war es, ein besseres Verständnis über den Einfluss der Höhenstufe auf die Wurzelfunktionen Nährstoffaneignung und Verankerung sowie Speicherung von C und Nährstoffen in der Wurzelbiomasse zu erlangen. Auf 2400 und 3000 m nahmen die Wurzellängendichten (WLD) mit zunehmender Bodentiefe schneller ab als auf 1900 m. Die vertikale Verteilung der N-Aufnahme war ähnlich der Verteilung der WLD. Das Nährstoffaneignungsvermögen war also in größerer Meereshöhe deutlich mehr auf die organische Auflage konzentriert war als auf 1900 m. Nährstoffkonzentrationen in Blättern zeigten, dass auf 1900 m das Pflanzenwachstum nicht durch Nährstoffmangel limitiert war, während auf 2400 und 3000 m v. a. N, aber auch P, S und K das Pflanzenwachstum limitierten. Die schlechte Nährstoffversorgung der Pflanzen in großer Meereshöhe war vermutlich auf langsame Mineralisation organisch gebundener Nährstoffe und auf ein geringes Nährstoffaneignungsvermögen aus tieferen Bodenschichten zurückzuführen. Die Wurzelbiomasse war auf 3000 m höher als in niedrigerer Meereshöhe. Die Bedeutung des Wurzelsystems für die C-Speicherung stieg also mit zunehmender Höhenstufe. Auch Vorräte an N, S, K, Ca und Mg in den Wurzeln waren auf 3000 m am höchsten. Die Grobwurzelsysteme der Bäume wiesen auf allen Höhenstufen Verankerungs-fördernde Merkmale auf. Bäume auf 3000 m bildeten flachgründigere Wurzelteller als auf 1900 m. Wurzeleigenschaften, die die horizontale Ausdehnung des Wurzeltellers fördern, waren auf 3000 m häufiger oder ausgeprägter als auf 1900 m. Es wird gefolgert, dass eine gehemmte Tiefendurchwurzelung des Bodens in größerer Meereshöhe sowohl das Nährstoffaneignungsvermögen als auch auf die Verankerung der Bäume verringerte. Die hohe Biomasseallokation in die Wurzeln in größerer Meereshöhe weist darauf hin, dass Umweltbedingungen hier besondere Anforderungen an die Wurzelfunktionen stellen. / Root systems at 1900, 2400 and 3000 m of a south Ecuadorian montane forest were investigated. The aim of this study was to improve our knowledge on the impact of altitude on the root functions nutrient acquisition, anchorage and storage of C and nutrients in root biomass. At 2400 and 3000 m, the decrease of root length densities (RLD) with increasing soil depth was more pronounced than at 1900 m. The vertical distribution of N uptake was similar to the vertical distribution of RLD. Thus, the ability for nutrient uptake was more concentrated to the organic surface layer at high altitudes than at 1900 m. Foliar nutrient concentrations showed that plant growth at 1900 m was not limited by nutrient deficiency. In contrast, at 2400 and 3000 m especially N, but also P, S and K limited plant growth. The decreased nutritional status of plants at high altitudes was caused by low mineralization rates of nutrients as well as low ability for nutrient acquisition from deeper soil layers. At 3000 m, root biomass was higher than at low altitudes. Hence, the importance of root systems for C sequestration increased with increasing altitude. Similarly, pools of N, S, K, Ca and Mg were higher at 3000 m than at 1900 and 2400 m. At all altitudes, coarse root systems of trees showed traits that are supposed to improve anchorage. At 3000 m, root soil plates were more superficial than at 1900 m. Root traits that improve the horizontal extension of root soil plates were more pronounced or occurred more often at 3000 m than at 1900 m. It is concluded that impeded rooting in deeper soil layers at high altitudes decreased both the ability for nutrient acquisition and anchorage. At high altitudes, the high allocation of biomass to the root systems showed that at these sites, environmental conditions enhanced the requirements to the functions of roots.

Die Oblast Tyumen in Südwest-Sibirien ist von globaler Bedeutung für den Klimaschutz und die Biodiversität. Moore, Wälder, Steppen und Dauerbrachen fungieren als Kohlenstoffsenke im globalen Kohlenstoffkreislauf. Faktoren wie Klima und natürliche Bodeneigenschaften wirken sich positiv auf die Kohlenstoffvorräte in Böden der Oblast Tyumen aus. Durch die aktuelle Praxis im Ackerbau werden die Humusgehalte jedoch reduziert und das Bodengefüge wird negativ beeinflusst. Somit gehen drei wichtige Funktionen des Bodens verloren: die Kohlenstoffsenken-Funktion, die Produktivität für den Ackerbau und die Erhaltung der Biodiversität. Durch das sich ändernde Klima und die schnelle sozio-ökonomische Entwicklung wird eine Ausweitung der landwirtschaftlichen Produktion in der Oblast Tyumen erwartet. Das interdisziplinäre Projekt „SASCHA – Nachhaltiges Landmanagement und Anpassungsstrategien an den Klimawandel für den Westsibirischen Getreidegürtel“ verfolgt das Ziel, negative Auswirkungen auf Ökosystemdienstleistungen wie Kohlenstoffsequestrierung, Wasserverfügbarkeit und Wasserqualität sowie Biodiversität durch landwirtschaftliche Nutzung zu verhindern. Ein Teilprojekt der Universität Osnabrück untersucht die Bodenqualität, das Düngungspotential sowie die Umweltwirkung von Wirtschaftsdünger in der Oblast Tyumen. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurden Daten erhoben, um die Bodenqualität, das Handling und das Düngepotential des Wirtschaftsdüngers sowie den Einfluss des Wirtschaftsdüngerhandlings auf das Klima und die Umwelt zu bestimmen. Folgende Methoden kamen dabei zum Einsatz: Bodenuntersuchungen, Sichtung russisch-, englisch- und deutschsprachiger Literatur, Betriebsbesichtigungen, Auswertungen der russischen Agrarstatistik und Anwendung verschiedener Bewertungs- und Berechnungsmethoden. In den Ergebnissen spiegelt sich der Einfluss der Betriebsgröße wider. Die Landwirtschaft in der Oblast Tyumen ist gekennzeichnet durch sehr unterschiedliche Produktionsformen. Die wichtigsten Betriebsformen in der Versorgung der Bevölkerung mit landwirtschaftlichen Erzeugnissen sind Großbetriebe und in ländlichen Räumen sogenannte Haushalte. Als umweltverträglich gelten neben den sehr kleinen Haushalten die kleinen Betriebe. Der anfallende Wirtschaftsdünger wird in diesen kleinen Betriebsformen und bei den Haushalten in geschlossenen Nährstoffkreisläufen wiederverwertet. Der Umgang mit dem Wirtschaftsdünger in den Großbetrieben ist in der Oblast Tyumen dagegen in vielerlei Hinsicht problematisch. Dort wird er zum Beispiel in überhöhten Mengen auf Schwarzbrachen ausgebracht. Das Düngepotential des Wirtschaftsdüngers bleibt bei solcher Vorgehensweise zum großen Teil ungenutzt. Zeitgleich degradieren die Böden der von Großbetrieben bewirtschafteten Äcker, die ca. 80 % der Ackerfläche in der Oblast Tyumen ausmachen. Aufgrund zu geringer mineralischer und organischer Düngung sowie wendender Bodenbearbeitung nimmt die Produktivität der Ackerböden ab. Durch die Verteilung von anfallendem Wirtschaftsdünger auf Ackerflächen kann der Bodendegradierung entgegengewirkt werden, und die nachteiligen Umwelteffekte durch das aktuelle Wirtschaftsdünger-Handling in Großbetrieben würden ebenfalls vermieden werden. Im Rahmen des Projektes SASCHA wurde der Wirtschaftsdünger-Rechner entwickelt, der die Transportkosten in Relation zum Geldwert der darin enthaltenen Nährstoffe setzt. Bei einer vollständigen Verteilung dieser organischen Reststoffe würden 23 % der Äcker mit Nährstoffen versorgt werden. Für den übrigen Anteil der Ackerflächen müssen andere Maßnahmen ergriffen werden, um die Bodenfunktionen zu erhalten und zu verbessern. Dazu zählen reduzierte Bodenbearbeitung, nachhaltige Fruchtfolgen sowie ein ausgewogenes Düngekonzept mit organischer und mineralischer Düngung. Durch Separation, Biogasnutzung und die Umstellung von Gülle auf Festmistverfahren könnten zukünftig im Rahmen des Einsatzes von Wirtschaftsdünger Treibhausgasemissionen eingespart werden. Die ungenutzten landwirtschaftlichen Flächen in der Oblast Tyumen erfüllen die Funktion als Kohlenstoffsenke und fördern die Erhaltung der Biodiversität. Eine Konversion zu Ackerland sollte deshalb vermieden. Durch eine nachhaltige Intensivierung von bereits genutzten Flächen und durch eine gesetzliche Einschränkung der Nutzung von Brachen kann dieses Ziel erreicht werden. Dies setzt jedoch ein verbessertes Bewusstsein für den Klimawandel bei allen Akteuren in der lokalen und nationalen Agrarpolitik voraus. In der Oblast Tyumen sowie auch im gesamten Westsibirienbesteht ein hoher Forschungsbedarf für alternative Bodenmanagementmaßnahmen und für Treibhausgas senkende Produktionsverfahren.

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