TY - THES A1 - Münch, Steffen T1 - The relevance of the aeolian transport path for the spread of antibiotic-resistant bacteria on arable fields T1 - Die Bedeutung des äolischen Transportpfads für die Ausbreitung antibiotikaresistenter Bakterien von Ackerböden N2 - The spread of antibiotic-resistant bacteria poses a globally increasing threat to public health care. The excessive use of antibiotics in animal husbandry can develop resistances in the stables. Transmission through direct contact with animals and contamination of food has already been proven. The excrements of the animals combined with a binding material enable a further potential path of spread into the environment, if they are used as organic manure in agricultural landscapes. As most of the airborne bacteria are attached to particulate matter, the focus of the work will be the atmospheric dispersal via the dust fraction. Field measurements on arable lands in Brandenburg, Germany and wind erosion studies in a wind tunnel were conducted to investigate the risk of a potential atmospheric dust-associated spread of antibiotic-resistant bacteria from poultry manure fertilized agricultural soils. The focus was to (i) characterize the conditions for aerosolization and (ii) qualify and quantify dust emissions during agricultural operations and wind erosion. PM10 (PM, particulate matter with an aerodynamic diameter smaller than 10 µm) emission factors and bacterial fluxes for poultry manure application and incorporation have not been previously reported before. The contribution to dust emissions depends on the water content of the manure, which is affected by the manure pretreatment (fresh, composted, stored, dried), as well as by the intensity of manure spreading from the manure spreader. During poultry manure application, PM10 emission ranged between 0.05 kg ha-1 and 8.37 kg ha-1. For comparison, the subsequent land preparation contributes to 0.35 – 1.15 kg ha-1 of PM10 emissions. Manure particles were still part of dust emissions but they were accounted to be less than 1% of total PM10 emissions due to the dilution of poultry manure in the soil after manure incorporation. Bacterial emissions of fecal origin were more relevant during manure application than during the subsequent manure incorporation, although PM10 emissions of manure incorporation were larger than PM10 emissions of manure application for the non-dried manure variants. Wind erosion leads to preferred detachment of manure particles from sandy soils, when poultry manure has been recently incorporated. Sorting effects were determined between the low-density organic particles of manure origin and the soil particles of mineral origin close above the threshold of 7 m s-1. In dependence to the wind speed, potential erosion rates between 101 and 854 kg ha-1 were identified, if 6 t ha-1 of poultry manure were applied. Microbial investigation showed that manure bacteria got detached more easily from the soil surface during wind erosion, due to their attachment on manure particles. Although antibiotic-resistant bacteria (ESBL-producing E. coli) were still found in the poultry barns, no further contamination could be detected with them in the manure, fertilized soils or in the dust generated by manure application, land preparation or wind erosion. Parallel studies of this project showed that storage of poultry manure for a few days (36 – 72 h) is sufficient to inactivate ESBL-producing E. coli. Further antibiotic-resistant bacteria, i.e. MRSA and VRE, were only found sporadically in the stables and not at all in the dust. Therefore, based on the results of this work, the risk of a potential infection by dust-associated antibiotic-resistant bacteria can be considered as low. N2 - Die Ausbreitung antibiotikaresistenter Bakterien stellt eine global zunehmende Gefahr für die öffentliche Gesundheitsfürsorge dar. Über den unsachgemäßen Einsatz von Antibiotika in der Tierhaltung können sich in den Ställen Resistenzen entwickeln. Übertragungen über den direkten Kontakt mit Tieren und der Kontaminierung von Lebensmitteln wurden bisher schon nachgewiesen. Die Exkremente der Tiere in Verbindung mit einem Bindemedium ermöglichen einen weiteren potentiellen Ausbreitungspfad in die Umwelt, wenn sie als organische Wirtschaftsdünger in Agrarlandschaften verwendet werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Feld- und Windkanalmessungen durchgeführt, um dem von den Ackerflächen ausgehenden potentiellen Risiko einer partikulären Ausbreitung antibiotikaresistenter Bakterien nachzugehen. Kern der Arbeit ist zum einen die Bedingungen zu charakterisieren, die zu Staubemissionen während der Prozesskette (Düngerausbringung mit Geflügelmist, nachfolgende Feldbearbeitungen, Winderosion) führen, zum anderen Staubemissionen dieser Prozesskette zu klassifizieren und quantifizieren. Flächenbezogene Emissionen für PM10 als ein Teil des Schwebstaubs (sogenannte PM10 Emissionsfaktoren) wurden zum ersten Mal für die Düngerausbringung mit Geflügelmist bestimmt. Sie lagen zwischen 0,05 und 8,37 kg ha-1 PM10 und waren abhängig vom Wassergehalt des Materials, der durch die Vorbehandlungen (frisch, kompostiert, gelagert, getrocknet) der Düngervarianten bestimmt war. Im Vergleich dazu wurden für die nachfolgenden Bodenbearbeitungen zwischen 0,35 kg ha-1 und 1,15 kg ha-1 PM10 freigesetzt. Zwar waren Mistpartikel weiterhin Bestanteil der Staubemissionen während der Bodenbearbeitung, jedoch sank ihr Anteil durch die Verdünnung des Düngers im Boden nach der Düngereinarbeitung auf unter 1 % ab. Ähnliche Tendenzen ergaben sich bei der mikrobiellen Betrachtung der freigesetzten Bakterien während der Ausbringung und Einarbeitung des Geflügelmists. Trotz eines höheren PM10 Austrags während der Düngereinarbeitung, verglichen mit der Ausbringung des Düngers, waren die Bakterienemissionen während der Düngerausbringung relevanter als bei der Düngereinarbeitung. Winderosion sorgt für eine bevorzugte Verfrachtung des Geflügelmists auf sandigen Böden, nachdem der Dünger frisch eingearbeitet wurde. Da vor allem organische Bestandteile im Boden durch ihre geringe Dichte von der Auswehung betroffen sind, führt Winderosion auch bei mit Geflügelmist gedüngten Böden bereits kurz nach Erreichen der Schwellenwindgeschwindigkeit von 7 m s-1 zu einer Entmischung der eingebrachten organischen Mistpartikel und der mineralischen Bestandteile des Bodens. Diese Effekte treten vor allem dann auf, wenn in trockenen Böden der Gefügezustand zwischen mineralischen und organischen Partikeln kaum oder nicht vorhanden ist. In Abhängigkeit der Windgeschwindigkeit konnten potentielle Austräge zwischen 101 und 854 kg ha-1 bei einer eingebrachten Düngermenge von 6 t ha-1 bestimmt werden. Der bevorzugte Austrag von Mistpartikeln bedingt auch einen bevorzugten Austrag von Bakterien fäkalen Ursprungs, da diese nach der Einarbeitung an den Mistpartikeln mit geringerer Dichte anhaften. Obwohl in den Geflügelställen antibiotikaresistente Bakterien in Form von ESBL bildenden Escherichia Coli (E. coli) in hohen Keimzahlen gefunden wurden, konnten keine weiteren Kontaminationen mit resistenten E.coli im Mist, in gedüngten Böden oder im Staub nachgewiesen werden. Parallelstudien aus dem Projekt zeigten, dass eine mehrtägige Lagerung von Hühnerstreu ausreichend ist (36 – 72 h), die Mehrzahl resistenter E.coli zu reduzieren, sodass sie sich nach der Düngerausbringung nicht mehr über Agrarflächen ausbreiten konnten. Weitere antibiotikaresistente Bakterien (MRSA, VRE) wurden nur vereinzelt in den Ställen und überhaupt nicht im Staub nachgewiesen. Aus unseren Versuchen kann daher das Risiko einer möglichen Infektion durch staubassoziierte antibiotikaresistente Bakterien als gering eingeschätzt werden. KW - wind erosion KW - dust emission KW - PM10 KW - manure application KW - tillage KW - sandy soils KW - poultry manure KW - antibiotic resistance KW - airborne bacteria KW - agricultural KW - fecal contamination KW - fertilization KW - PM10 KW - landwirtschaftlich KW - luftgetragene Bakterien KW - Antibiotikaresistenz KW - Staubemission KW - fäkale Kontamination KW - Düngung KW - Mistausbringung KW - Geflügelmist KW - sandige Böden KW - Bodenbearbeitung KW - Winderosion Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-536089 ER - TY - GEN A1 - Busch, Verena A1 - Klaus, Valentin H. A1 - Penone, Caterina A1 - Schäfer, Deborah A1 - Boch, Steffen A1 - Prati, Daniel A1 - Müller, Jörg A1 - Socher, Stephanie A. A1 - Niinemets, Ülo A1 - Peñuelas, Josep A1 - Hölzel, Norbert A1 - Fischer, Markus A1 - Kleinebecker, Till T1 - Nutrient stoichiometry and land use rather than species richness determine plant functional diversity T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Plant functional traits reflect individual and community ecological strategies. They allow the detection of directional changes in community dynamics and ecosystemic processes, being an additional tool to assess biodiversity than species richness. Analysis of functional patterns in plant communities provides mechanistic insight into biodiversity alterations due to anthropogenic activity. Although studies have considered of either anthropogenic management or nutrient availability on functional traits in temperate grasslands, studies combining effects of both drivers are scarce. Here, we assessed the impacts of management intensity (fertilization, mowing, grazing), nutrient stoichiometry (C, N, P, K), and vegetation composition on community-weighted means (CWMs) and functional diversity (Rao's Q) from seven plant traits in 150 grasslands in three regions in Germany, using data of 6 years. Land use and nutrient stoichiometry accounted for larger proportions of model variance of CWM and Rao's Q than species richness and productivity. Grazing affected all analyzed trait groups; fertilization and mowing only impacted generative traits. Grazing was clearly associated with nutrient retention strategies, that is, investing in durable structures and production of fewer, less variable seed. Phenological variability was increased. Fertilization and mowing decreased seed number/mass variability, indicating competition-related effects. Impacts of nutrient stoichiometry on trait syndromes varied. Nutrient limitation (large N:P, C:N ratios) promoted species with conservative strategies, that is, investment in durable plant structures rather than fast growth, fewer seed, and delayed flowering onset. In contrast to seed mass, leaf-economics variability was reduced under P shortage. Species diversity was positively associated with the variability of generative traits. Synthesis. Here, land use, nutrient availability, species richness, and plant functional strategies have been shown to interact complexly, driving community composition, and vegetation responses to management intensity. We suggest that deeper understanding of underlying mechanisms shaping community assembly and biodiversity will require analyzing all these parameters. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 651 KW - biodiversity exploratories KW - leaf economics KW - mowing KW - nutrient availability KW - nutrient ratios KW - phosphorus KW - plant functional traits KW - plant strategies KW - seed mass KW - fertilization Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-424617 SN - 1866-8372 IS - 651 ER - TY - GEN A1 - Boch, Steffen A1 - Müller, Jörg A1 - Prati, Daniel A1 - Fischer, Markus T1 - Low-intensity management promotes bryophyte diversity in grasslands T1 - Extensive Landnutzung fördert die Moosdiversität im Grünland T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Bryophytes constitute an important and permanent component of the grassland flora and diversity in Europe. As most bryophyte species are sensitive to habitat change, their diversity is likely to decline following land-use intensification. Most previous studies on bryophyte diversity focused on specific habitats of high bryophyte diversity, such as bogs, montane grasslands, or calcareous dry grasslands. In contrast, mesic grasslands are rarely studied, although they are the most common grassland habitat in Europe. They are secondary vegetation, maintained by agricultural use and thus, are influenced by different forms of land use. We studied bryophyte species richness in three regions in Germany, in 707 plots of 16 m2 representing different land-use types and environmental conditions. Our study is one of the few to inspect the relationships between bryophyte richness and land use across contrasting regions and using a high number of replicates.Among the managed grasslands, pastures harboured 2.5 times more bryophyte species than mead-ows and mown pastures. Similarly, bryophyte cover was about twice as high in fallows and pastures than in meadows and mown pastures. Among the pastures, bryophyte species richness was about three times higher in sheep grazed plots than in the ones grazed by cattle or horses. In general, bryophyte species richness and cover was more than 50% lower in fertilized than in unfertilized plots. Moreover, the amount of suitable substrates was linked to bryophyte diversity. Species richness of bryophytes growing on stones increased with stone cover, and the one of bryophytes growing on bark and deadwood increased with larger values of woody plant species and deadwood cover. Our findings highlight the importance of low-intensity land use and high structural heterogeneity for bryophyte conservation. They also caution against an intensification of traditionally managed pastures. In the light of our results, we recommend to maintain low-intensity sheep grazing on sites with low productivity, such as slopes on shallow soils. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1049 KW - biodiversity exploratories KW - competition KW - dry and mesic grasslands KW - grazing KW - fertilization KW - land use KW - liverwort KW - meadow KW - moss KW - pasture Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-460086 SN - 1866-8372 IS - 1049 SP - 311 EP - 328 ER -