The importance of soil microorganisms and cover crops for copper remediation in vineyards

Mackie, Kathleen

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Mackie, Kathleen

The importance of soil microorganisms and cover crops for copper remediation in vineyards

Die Bedeutung der Bodenmikroorganismen und Gründüngung für Kupfer-Sanierung in den Weinbergen

(Übersetzungstitel)

Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:100-opus-10239
URL: http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2014/1023/

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SWD-Schlagwörter:

Kupfer , Bodenmikroorganismus , Weinberg , Pflanzenkohle

Freie Schlagwörter (Englisch):

Copper , Soil Microorganisms , Vineyard , Biochar

Institut 1:

Institut für Bodenkunde und Standortslehre

Institut 2:

Institut für Kulturpflanzenwissenschaften

Fakultät:

Fakultät Agrarwissenschaften

DDC-Sachgruppe:

Landwirtschaft, Veterinärmedizin

Dokumentart:

Dissertation

Hauptberichter:

Kandeler, Ellen Prof. Dr.

Sprache:

Englisch

Tag der mündlichen Prüfung:

02.10.2014

Erstellungsjahr:

2014

Publikationsdatum:

09.12.2014

Lizenz:

Veröffentlichungsvertrag mit der Universitätsbibliothek Hohenheim ohne Print-on-Demand

Kurzfassung auf Englisch:

The historical use of copper fungicides, as a plant protection agent, has moderately polluted agricultural topsoils across Europe. Organic agriculture, in particular, continues to be limited to the use of copper fungicides due to a lack of permitted alternative plant protection agents. In recent years, the effects of copper accumulation in the soil have been observed. Studies on the negative effects of copper in agricultural soils show a decrease in ecosystem services, which rely on macro- and micro-organisms. Thus, there is the question of how to remediate copper polluted crop fields. Although this topic has more recently been investigated in the laboratory, currently, there are no experiments available in the field. Viticulture is one of the largest perennial crops in Europe that utilize copper fungicides. Therefore, this dissertation was designed to investigate copper remediation strategies in vineyards, in order to best understand potential solutions for a growing problem, as well as their effect on ecosystem services. Understanding the reaction of and support by soil microorganisms will help determine which strategy has the best potential. The main project was implemented using two field experiments, each of which analyzed copper availability, microbial abundance, function and community composition to determine the overall outcome of copper remediation.
The dissertation is presented in four papers. The first paper is a review on copper in vineyards, which focused specifically on cutting-edge remediation strategies currently being studied. This paper also provided information on knowledge gaps in the literature. The second paper showed the spatial distribution of copper and soil microorganisms at the plot scale, providing a better understanding of copper and microbial distribution as well as a foundation for subsequent papers. The third paper analyzed copper phytoextraction by single species and mixed species cover crop plots and the microbial community that may support it. The fourth paper was aimed at observing the ability of biochar and biochar-compost to immobilize copper and improve ecosystem services. The studies utilized classic soil biological methods (enzyme activities, microbial C and N, ergosterol) and modern molecular techniques (quantitative polymerase chain reaction (qPCR) of 16S rRNA and taxa specific bacteria genes and phospholipid fatty acid analysis (PLFA)) as well as determination of chemical soil properties and copper fractions.

Kurzfassung auf Deutsch:

Die historische Nutzung von Kupferfungiziden als Pflanzenschutzmittel hat zu einer moderaten Belastung der landwirtschaftlichen Oberböden in Europa geführt. Besonders in der biologischen Landwirtschaft werden kupferbasierte Fungizide aus Mangel an alternativen Pflanzenschutzmitteln weiterhin eingesetzt. In den letzten Jahren wurden Effekte der Kupferanreicherung in Böden beobachtet. Studien zu den negativen Auswirkungen von Kupfer in landwirtschaftlichen Böden zeigen eine Verringerung der Ökosystemdienstleistungen, welche auf Makro- und Mikroorganismen beruhen. Daher stellt sich die Frage, wie kupferbelastete Anbauflächen saniert werden können. Obwohl diese Fragestellung in jüngerer Zeit in Laborversuchen untersucht wurde, stehen derzeit keine Studien mit Feldexperimenten zur Verfügung. Der Weinbau ist eine der größten Dauerkulturen Europas, in der kupferbasierte Fungizide eingesetzt werden. Daher wurde diese Dissertation zur Untersuchung von Kupfersanierungsstrategien in Weinbergen konzipiert, um ein besseres Verständnis für potentielle Lösungen dieses wachsenden Problems sowie für deren Effekte auf die Ökosystemdienstleistungen zur erlangen. Das Verständnis der Reaktion von und der Unterstützung durch Mikroorganismen wird helfen, die potentiell beste Lösungsstrategie zu bestimmen. Das Hauptprojekt wurde mit zwei Feldexperimenten umgesetzt, wovon jedes die Kupferverfügbarkeit, mikrobielle Abundanz, Funktion und Gemeinschaftsstruktur analysierte, um das Gesamtergebnis der Kupfersanierung zu bestimmen.
Diese Dissertation wird in vier wissenschaftlichen Veröffentlichungen präsentiert. Die erste wissenschaftliche Veröffentlichung ist ein Review über Kupfer in Weinbergen, das besonders auf derzeit untersuchte, innovative Sanierungsstrategien fokussiert ist. Diese Publikation bietet zudem Informationen über die derzeitigen Wissenslücken in der Literatur. Die zweite wissenschaftliche Veröffentlichung zeigt die räumliche Verteilung von Kupfer und Bodenmikroorganismen auf der Plotskala und bietet sowohl ein besseres Verständnis für die Verteilung von Kupfer und Mikroorganismen als auch das Fundament für nachfolgende Publikationen. Die dritte wissenschaftliche Veröffentlichung untersuchte die Phytoextraktion von Kupfer durch einzeln und gemischt gepflanzte Zwischenfruchtarten und die mikrobielle Gemeinschaft, die dies unterstützen könnte. Die vierte wissenschaftliche Veröffentlichung zielte darauf ab, die Eignung von Biokohle und Biokohle-Kompost zur Immobilisierung von Kupfer und zur Verbesserung der Ökosystemdienstleistungen zu betrachten. Die Studien nutzten klassische bodenbiologische Methoden (Enzymaktivitäten, mikrobieller C und N, Ergosterol) und moderne molekularbiologische Techniken (quantitative Polymerase-Kettenreaktion (qPCR) von 16S rRNA und taxaspezifischen Bakteriengenen und Phospholipidfettsäurenanalyse (PLFA)) sowie die Bestimmung chemischer Bodeneigenschaften und Kupferfraktionen.