Feldtage:

• Agroforst-Feldtag bei Braunschweig (12.09.2022)
• Agroforst-Feldtag in Brandenburg, Forst (22.03.2023)
• Agroforst-Exkursion in Niedersachsen ( 26.und 27.05.2023)

Workshops:

• Agroforst-Workshop auf den Lüneburger Bodentagen (10.06.2022)
• Agroforst-Workshop beim Winterkurs an der KLVHS mit Junglandwirten und Junglandwirtinnen (19.12.2022)

Aufgezeichneter Online-Vortrag (Vorträge werden i.d.R. nicht aufgezeichnet):

• Online Vortrag in Mediathek von BiooekonomieREVIER: Stammtisch (13.12.2022)

• Poster zu ausgewählten SIGNAL-Ergebnissen für Veranstaltungen und Messen

Mehr Regenwürmer in Agroforstsystemen

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Regenwürmer gelten als Schlüsselindikator für die Bodenfruchtbarkeit. Daher ist es von Bedeutung ihre Anzahl und Artenzusammensetzung zu untersuchen und somit Rückschlüsse auf die Bodenfruchtbarkeit unterschiedlicher landwirtschaftlicher Systeme ziehen zu können.

Ziel ist es, die Effekte von Agroforstsystemen auf Regenwürmer zu messen und Reinkulturen ohne Gehölze mit Agroforstsystemen vergleichen zu können.

Standort: Forst

Ergebnisse aus dem Poster:

Die Regenwürmer werden auf einem Viertelquadratmetern mit einer organischen Verbindung, die für die Schleimhäute der Regenwürmer leicht reizend wirkt (Allylisothiocyanat (AITC)) aus dem Boden ausgetrieben, mit Wasser abgespült und gesammelt (siehe Bilder im Poster unter „Study design“). Anschließend werden die Tiere im Labor auf Artniveau bestimmt und gewogen. In den Balkendiagrammen im Poster werden die Anzahl der anektischen Regenwürmer (links) und die endogäischen Regenwürmer (rechts) unter drei unterschiedlichen Baumarten und an unterschiedlichen Abständen zur Baumreihen bzw. auf einer nahegelegenen Reinkultur ohne Gehölze dargestellt. Die unterschiedlichen Gruppen der Regenwürmer besiedeln dabei unterschiedliche Bodenschichten:

–> Anektische Regenwürmer legen vertikale Gänge an, welche bis zu 3m in den Boden reichen können und somit die Wasser- und Luftdurchlässigkeit des Bodens fördern.

–> Endogäische Regenwürmer leben in horizontalen, stark verzweigten Gangsystemen im Mineralboden. Ihre hohe Grabaktivität trägt zur Durchmischung des Bodens mit organischer Substanz bei.

Beide im Poster dargestellten ökologischen Gruppen von Regenwürmern profitieren von Agroforstsystemen und ihre Anzahl nimmt innerhalb der Gehölzreihen deutlich zu. Je nach Baumart nimmt die Anzahl an Regenwürmern dabei um das drei- bis zwölffache im Vergleich zur Getreidereinkultur zu. Dabei bleiben die anektischen Regenwürmer nur innerhalb der Baumreihe, die endogäischen Regenwürmer können sich von den Gehölzstreifen auch in die Ackerreihen ausweiten. Fazit ist: Agroforstsysteme fördern Regenwürmer am Standort.

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Mikrobiellen Aktivität und Kohlenstoff-Speicherung steigt in Gehölzstreifen

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Gehölzstreifen verbessern den mikrobielle Biomasse-Kohlenstoff (MBC) und den Bodenorganischen Kohlenstoff (SOC). In einer vorhergehenden Studie von Beuschel et al. 2019 (hier verlinkt) wurden bereits signifikante Unterschiede im Gehölzstreifen in den ersten 5 cm des Bodens festgestellt. Sieben Jahre später sind diese Messungen nun wiederholt worden.

–> Biomasse-Kohlenstoff (MBC): Mikroorganismen spielen eine entscheidende Rolle im Boden und beeinflussen zahlreiche ökologische Prozesse. Der MBC ist dabei eine wichtige Kennzahl zur Bewertung der mikrobiellen Aktivität im Boden. Dieser bezieht sich auf die Menge an Kohlenstoff, die von lebenden Mikroorganismen im Boden gebunden wird. Die MBC-Konzentration im Boden ist ein Indikator für die Menge und Aktivität der mikrobiellen Gemeinschaft. Je höher die MBC-Konzentration ist, desto größer ist die Biomasse der Mikroorganismen im Boden. Dies ist wichtig, da die mikrobielle Biomasse eine Schlüsselrolle bei der Zersetzung von organischem Material und der Freisetzung von Nährstoffen spielt.

–> Bodenorganischen Kohlenstoff (SOC): Der SOC hat eine Vielzahl von Funktionen im Boden. Eine seiner Hauptaufgaben ist die Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit. Organische Substanzen im Boden tragen zur Entwicklung einer günstigen Bodenstruktur bei, indem sie die Aggregatbildung fördern und die Durchlässigkeit des Bodens verbessern. Eine gute Bodenstruktur fördert auch das Wurzelwachstum und ermöglicht eine effiziente Nährstoffaufnahme durch die Pflanzen. Ein weiterer wichtiger Aspekt des SOC ist seine Rolle im Kohlenstoffkreislauf und beim Klimawandel: organischer Kohlenstoff im Boden wird über einen längeren Zeitraum gespeichert, was zur Kohlenstoffspeicherung beiträgt (Bildquellen: Macrovector auf Freepik und Flaticon.com).

Ziel ist es, zu untersuchen, inwiefern sich mit dem steigenden Alter von Agroforstsystemen die Effekte auf die Mikrobiologie und den Bodenorganischen Kohlenstoff verändern und ob diese Effekte auch in tiefere Bodenschichten reichen.

Standorte: Dornburg, Wendhausen und Forst

Ergebnisse aus dem Poster:

Neben unterschiedlichen Standorteigenschaften (abgebildet in Tabelle 1 mit PH-Werten und Tongehalten) wird deutlich, dass der SOC im Jahr 2022, vor allem in der Baumreihe selbst, höher ist als im Jahr 2015. In Dornburg wurde SOC im Durschnitt um 17%, in Forst um 3% und in Wendhausen um 8% gesteigert. Diese Steigerung konnte dabei  in den oberen Bodenschichten (0-5cm) gemessen werden.

Auch der MBC ist bei den Standorten Forst und Dornburg im Jahr 2022 höher als im Jahr 2015, was auf eine Anreicherung vom Biomasse-Kohlenstoff mit zunehmenden Alter des Agroforstsystems hinweist.

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Erhöhtes Kohlenstoffspeicherpotenzial von Agroforstsystemen

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Gehölze speichern als mehrjährige Pflanzen Kohlenstoff in ober- und unterirdischer Biomasse. Sie dienen somit als Kohlenstoffspeicher. Die Bindung von CO2 aus der Luft ist essentiell, um der Klimaerwärmung entgegen zu wirken.

–> Oberirdische Biomasse:

Stammholz, Kronenderbholz, Äste & Zweige

–> Unterirdische Biomasse:

Grob- & Feinwurzeln

Ziel der Untersuchung ist es, das Kohlenstoffspeicherpotenzial in der Biomasse von Agroforstsystemen zu ermitteln und den Beitrag der einzelnen Anbaukomponenten (Pappel, Fasernessel und einjährige Ackerfrüchte, hier Mais) zu vergleichen

Standort: Wendhausen

Ergebnisse aus dem Poster:

Im Poster ist in Abb. 2 abgebildet, wie Wurzelproben von Fasernessel, Mais und Pappel mittels Bohrstock und Bodenaushub bis zu einer Tiefe von 0,80 bis 1,60m genommen werden. Die Masse der Wurzeln wurde bestimmt und in Tabelle 1 abgebildet (diese wird noch veröffentlicht und ist daher verpixelt). Aus der Tabelle geht hervor, dass die Pappel eine deutlich größere Menge an Wurzelmasse – vor allem an Wurzeln größer als 10mm produziert und in der Summe der Wurzeln deutlich über der Fasernessel und dem Mais liegt.

In Tabelle 3 wird die Menge des Kohlenstoffs abgebildet, die in der Wurzelbiomasse enthalten ist. In den Wurzeln der Pappel wird 49mal mehr Kohlenstoff im Vergleich zur Fasernessel und 42mal mal mehr Kohlenstoff im Vergleich zu Mais gebunden.  Indem Gehölze in Agroforstsystemen Kohlenstoff längerfristig binden, bieten sie eine gute Möglichkeit als Kohlenstoffsenke.

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Zersetzung von Laub in Agroforstsystemen

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Durch Gehölze in Agroforstsystemen fällt pflanzliches Material wie Laub oder Zweige an. Dieses Material wird von Bodenorganismen zersetzt und macht Nährstoffe für Pflanzen wieder verfügbar. Somit stellt die Zersetzung einen wichtigen Prozess im Nährstoffkreislauf dar.

Ziel ist es, die Zersetzung von Laub in Agroforstsystemen und deren Einflussfaktoren zu untersuchen.

Standorte: Dornburg und Wendhausen

Ergebnisse aus dem Poster:

Das Laub wurde in unterschiedlichen Distanzen zur Baumreihe (Baumreihe, 1m, 7m, 24m), in Laubbeuteln gesammelt und anschließend auf die Menge, die Feuchtigkeit und den Nährstoffgehalt untersucht. Diese Untersuchungen fanden an mehreren Tagen statt. Für Stickstoff (N), Phosphor (P) und Kohlenstoff (C) – drei essentielle Nährstoffe – wurde die Menge für den Standort Dornburg (oben) und Wendhausen (unten) abgebildet. Die Nährstofffreisetzung aus dem Abbau des Laubs in Agroforstsystemen unterscheidet sich bei den beiden Standorten. Vor allem die Wasserverfügbarkeit im Boden und die Feuchtigkeit des Laubs sind wichtige Treiber für den Abbau des Laubs im Agroforstsystem: Desto feuchter das Laub war, umso schneller wurde es zersetzt (abgebildet in dem Streudiagramm rechts / Bild:  juicy_fish auf Freepik).

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Höhere CO2-Aufnahme und verbesserten Wassernutzungseffizienz in Agroforstsystemen

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Um CO2- und latente Wärme-Flüsse auf landwirtschaftlichen Flächen zu messen, benutzt man die Eddy-Kovarianz-Methode. Durch den latenten Wärme-Fluss wird erfasst, wie viel Energie vom verfügbaren Wasser im Ökosystem aufgenommen wird, was eng mit der Verdunstung zusammenhängt. Das Wasser wird durch Verdunstung in Form von Wasserdampf an der Oberfläche und durch Pflanzentranspiration in die Atmosphäre abgegeben. Die Eddy-Kovarianz-Methode liefert eine kontinuierliche Bewertung von Prozessen innerhalb eines Ökosystems, wie zum Beispiel die CO2-Aufnahme oder die Beziehungen zwischen Pflanzen und Wasser, und liefert somit wichtige Informationen über den Kohlenstoff- und Wasserkreislauf (Bild: Universität Hohenheim).

Standort: Wendhausen

Ziel ist es, die CO2- und verdunsteten Wärme-Flüsse zwischen einem Agroforstsystem und einer Reinkultur ohne Gehölze zu vergleichen. Im Rahmen der wissenschaftlichen Untersuchung wurde auch eine kostengünstigere Methode zur Eddy-Kovarianz-Messung im Vergleich zur herkömmlichen Methode getestet.

Ergebnisse aus dem Poster:

Die Unterschiede zwischen der kostengünstigeren und herkömmlichen Eddy-Kovarianz-Methode liegen innerhalb der üblichen Unsicherheiten. Dies deutet darauf hin, dass die kostengünstigere Eddy-Kovarianz-Methode auch für zuverlässige Messungen von Ökosystemprozessen verwendet werden kann (Abb. 2).

Abb. 3a zeigt den Tagesverlauf der CO2-Flüsse: Tagsüber (etwa von 6:00 bis 18:00 Uhr) nehmen sowohl das Agroforstsystem als auch die Reinkultur ohne Gehölze CO2 auf, während nachts CO2 freigesetzt wird. Die CO2-Aufnahme erfolgt tagsüber durch die Photosynthese der Pflanzen, bei der Sonnenlicht, Wasser und CO2 verwendet werden, um Biomasse aufzubauen. Nachts wird CO2 durch die Zellatmung freigesetzt. Im Vergleich nimmt das Agroforstsystem gegenüber der Reinkultur ohne Gehölze mehr CO2 auf. Die Bäume haben eine größere physiologische Aktivität gegenüber den Nutzpflanzen im Ackerbereich (Bild: brgfx auf Freepik).

Abb. 3b zeigt den Tagesverlauf der verdunsteten Wärme: Sowohl die Reinkultur als auch das Agroforstsystem geben tagsüber viel Wasser in Form von Wasserdampf an die Atmosphäre ab. Nachts sind die Werte entweder nahezu null, weil keine Energie (Sonneneinstrahlung) vorhanden ist, oder die Werte sind negativ, weil sich bei sinkenden Temperaturen Kondensation bildet, also sich Feuchtigkeit in Form von Wassertröpfchen absetzt. Das Agroforstsystem gibt mehr Wasser ab, da die Bäume eine größere Blattoberfläche haben und somit mehr Wasser verdunsten.

Abb. 4a zeigt die Gesamtmenge des aufgenommenen Kohlenstoffs (C) in den Reinkultur- und Agroforstfläche über die Monate verteilt. Das Agroforstsystem (gelb) nimmt im Vergleich zur Reinkultur mehr C auf, wie es auch schon in Abb. 3a gezeigt wird.

Abb. 4b zeigt die Gesamtmenge an verdunstetem Wasser (im Poster ET) über die Monate verteilt. Die Gesamtmenge des verdunsteten Wassers wurde berechnet, indem die Werte des verdunsteten Wassers über den gesamten Messzeitraum zusammengerechnet wurden. Im Agroforstsystem verdunstet insgesamt mehr Wasser, jedoch ist der prozentuale Unterschied zur Reinkultur bei der Wasserverdunstung geringer als bei der Kohlenstoffaufnahme. Dies bedeutet, dass das Agroforstsystem effizienter mit Wasser umgeht – also eine verbesserte Wassernutzungseffizienz hat.

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2 weitere folgen

• Langhof M, Schmiedgen A (2023) 13 years of biomass production from three poplar clones in a temperate short-rotation alley cropping agroforestry system. Biomass and Bioenergy, Volume 175, 2023, 106853, ISSN 0961-534,
  https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2023.106853. (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0961953423001514)
• Vaupel A, Bednar Z, Herwig N, Hommel B, Moran-Rodas VE and L Beule (2023) Tree-distance and tree-species effects on soil biota in a temperate agroforestry system. Plant Soil 2023. https://doi.org/10.1007/s11104-023-05932-9
• Veldkamp, E., M. Schmidt, C. …, M.D. Corre (2023) Multifunctionality of temperate alley-cropping agroforestry outperforms open cropland and grassland. Communications Earth & Environment 4, 20. DOI: 10.1038/s43247-023-00680-1
• Shao, G., G. O. Martinson, M. D. Corre, L. Luo, D. Niu, X. Bischel, and E. Veldkamp (2023) Impacts of monoculture cropland to alley cropping agroforestry conversion on soil N2O emissions. Global Change Biology-Bioenergy 15: 58-71. DOI: 10.1111/gcbb.13007
• Beule L, Guerra V, Lehtsaar E, Vaupel, A (2022) Digging deeper: microbial communities in subsoil are strongly promoted by trees in temperate agroforestry systems. Plant Soil 2022. https://doi.org/10.1007/s11104-022-05591-2
• Beule L, Vaupel A, Moran-Rodas VE (2022) Abundance, Diversity, and Function of Soil Microorganisms in Temperate Alley-Cropping Agroforestry Systems: A Review. Microorganisms 2022, 10(3), 616. https://doi.org/10.3390/microorganisms10030616
• Luo J, Beule L, Shao G, Veldkamp E, Corre MD (2022) Reduced soil gross N2O emission driven by substrates rather than denitrification gene abundance in cropland agroforestry and monoculture. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 127, e2021JG006629. https://doi.org/10.1029/2021JG006629
• Heidrich V, Karlovsky P, Beule L (2021) ‘SRS’ R Package and ‘q2-srs’ QIIME 2 Plugin: Normalization of Microbiome Data Using Scaling with Ranked Subsampling (SRS). Appl. Sci. 2021, 11(23), 11473; https://doi.org/10.3390/app112311473 (registering DOI)
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• Rummel P S, Beule L, Hemkemeyer M, Schwalb S A, Wichern F (2021) Black soldier fly diet impacts soil greenhouse gas emissions from frass applied as fertilizer. Frontiers in Sustainable Food Systems: 278. https://doi.org/10.3389/fsufs.2021.709993
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• Markwitz, C., Knohl, A., and Siebicke, L. (2020) Evapotranspiration over agroforestry sites in Germany. Biogeosciences, doi: https://doi.org/10.5194/bg-17-5183-2020
• Techen, A.-K., K. Helming, N. Brüggemann, E. Veldkamp, B. Reinhold-Hurek, M. Lorenz, S. Bartke, U. Heinrich, W. Amelung, K. Augustin, J. Boy, M. D. Corre, R. Duttman, R. Gebbers, N. Gentsch, R. Grosch, G. Guggenberger, J. Kern, R. Kiese, M. Kuhwald, P. Leinweber, M. Schloter, M. Wiesmeier, T. Winkelmann, and H.-J. Vogel (2020) Soil research challenges in response to emerging agricultural soil management practices. Advances in Agronomy 161: 179-240. DOI: 10.1016/bs.agron.2020.01.002.
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• Schiwek S, Beule L, Vinas M, Pfordt A, von Tiedemann A and Karlovsky P (2020) High-Resolution Melting (HRM) Curve Assay for the Identification of Eight Fusarium Species Causing Ear Rot in Maize. Pathogens 2020, 9(4), 270; https://doi.org/10.3390/pathogens9040270
• Guerra V, Beule L, Lehtsaar E, Liao H-L and Karlovsky P (2020) Improved Protocol for DNA Extraction from Subsoils Using Phosphate Lysis Buffer. Microorganisms 2020, 8(4), 532; https://doi.org/10.3390/microorganisms8040532
• Beule L, Lehtsaar E, Corre MD, Schmidt M, Veldkamp E, Karlovsky P (2020) Poplar Rows in Temperate Agroforestry Croplands Promote Bacteria, Fungi, and Denitrification Genes in Soils. Frontiers in Microbiology 10: 3108. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.03108
• Markwitz C and L Siebicke (2019) Low-cost eddy covariance: a case study of evapotranspiration over agroforestry in Germany. Atmos. Meas. Tech., 12, 4677–4696, https://doi.org/10.5194/amt-12-4677-2019
• Beuschel R, Piepho H-P, Joergensen R G, Wachendorf C (2019) Impact of willow-based grassland alley cropping in relation to its plant species diversity on soil ecology of former arable land.  Applied Soil Ecology, https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2019.103373
• Beule L, Corre MD, Schmidt M, Göbel L, Veldkamp E, Karlovsky P (2019) Conversion of monoculture cropland and open grassland to agroforestry alters the abundance of soil bacteria, fungi and soil-N-cycling genes. PLoS ONE 14(6): e0218779. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0218779
• The Journal had to make a correction to the above paper – The PLOS ONE Staff (2019) Correction: Conversion of monoculture cropland and open grassland to agroforestry alters the abundance of soil bacteria, fungi and soil-N-cycling genes. PLOS ONE 14(7): e0220713.https://doi.org/10.1371/journal.pone.0220713
• Otter, V., Langenberg, J. (2019) „Willingness to pay for environmental effects of agroforestry systems: a PLS-model of the contingent evaluation from German taxpayers‘ perspective“. Agroforestry Systems. https://doi.org/10.1007/s10457-019-00449-6
• Seserman, D.M.; Freese, D.; Swieter, A.; Langhof, M.; Veste, M. Trade-Off between Energy Wood and Grain Production in Temperate Alley-Cropping Systems: An Empirical and Simulation-Based Derivation of Land Equivalent Ratio. Agriculture 2019, 9, 147.
  doi: 10.3390/agriculture9070147
• Beuschel, R., Piepho, HP., Joergensen, R.G. et al. (2019). „Effects of converting a temperate short-rotation coppice to a silvo-arable alley cropping agroforestry system on soil quality indicators“. Agroforest Syst. https://doi.org/10.1007/s10457-019-00407-2
• Beule, L., Lehtsaar, E., Rathgeb, A., Karlovsky, P. (2019) „Crop Diseases and Mycotoxin Accumulation in Temperate Agroforestry Systems“. Sustainability 11(10), 2925; doi:10.3390/su11102925. Access via link https://www.mdpi.com/2071-1050/11/10/2925
• Beuschel, R., Piepho, H.-P., Joergensen, R.G., Wachendorf, C. (2018) „Similar spatial patterns of soil quality indicators in three poplar-based silvo-arable alley cropping systems in Germany“. Biology and Fertility of Soils. https://doi.org/10.1007/s00374-018-1324-3
• Beuschel, R., Piepho, H.-P., Joergensen, R.G., Wachendorf, C. (2018) „Correction to: Similar spatial patterns of soil quality indicators in three poplar-based silvo-arable alley cropping systems in Germany“. Biology and Fertility of Soils. https://doi.org/10.1007/s00374-018-1327-0
• Langenberg, J., Feldmann, M., Theuvsen, L. (2018) „Alley Cropping Agroforestry Systems: Using Monte-Carlo Simulation for a Risk Analysis in Comparison with Arable Farming Systems“. German Journal of Agricultural Economics (GJAE) 67, 95-112
• Swieter, A., Langhof, M., Lamerre, J., Greef, J.M. (2018) „Long-term yields of oilseed rape and winter wheat in a short rotation alley cropping agroforestry System“. Agroforestry Systems (), 1-12. https://doi.org/10.1007/s10457-018-0288-5
  Direkter Link zum Artikel >>> hier <<< .
• Lamersdorf, N., Schmidt, M., Brüggemann, C. (2018) „Vorteile von Agroforstsystemen werden zu wenig genutzt“. EAP – Energie aus Pflanzen 4/2018, 58-60.
  Das pdf dieses Artikels finden Sie >>> hier <<< .

• Lamersdorf, N., Schmidt, M., Brüggemann, C. (2018): Wie sich Acker und Forst gut ergänzen. LAND & Forst 40, Oktober 2018, 20-21. Das pdf dieses Artikels finden Sie >>> hier <<< . 

• Lamersdorf, N., Schmidt, M., Brüggemann, C. (2018): Gewappnet für den Klimawandel? Bauernzeitung, 45. Woche 2018, 24-25. Das pdf dieses Artikels finden Sie >>> hier <<< .
• Seserman, D.M., Pohle, I., Veste, M., Freese, D. Simulating Climate Change Impacts on Hybrid-Poplar and Black Locust Short Rotation Coppices. Forests 2018, 9, 419.
  doi: 10.3390/f9070419
• Brüggemann, C.: Agroforstsysteme: weniger Nährstoffe im Grundwasser. Energie aus Pflanzen 1, 2017, S. 68-69. (basierend auf Interview mit L. Göbel);
  Das pdf dieses Artikels finden Sie >>> hier <<< .
  
• Brüggemann, C.: Da scheiden sich doch die Geister. Land & Forst 21, S. 32-33. (basierend auf Interview mit L. Göbel); Das pdf dieses Artikels finden Sie >>> hier <<< . 
• Langenberg, J., Drittler, L., von Bierbrauer, T., Schaper, C. und Theuvsen, L. (2017) „Der Markt für Bioenergie“. German Journal of Agricultural Economics (GJAE) 66, 107-125.
• Wen, Y., M. D. Corre, C. Rachow, L. Chen, and E. Veldkamp (2017) Nitrous oxide emissions from stems of alder, beech and spruce in a temperate forest. Plant and Soil. DOI: 10.1007/s11104-017-3416-5. 
• Wen, Y., M. D. Corre, W. Schrell, and E. Veldkamp (2017) Gross N2O emission and gross N2O uptake in soils under temperate spruce and beech forests. Soil Biology and Biochemistry 112: 228-236. DOI: 10.1016/j.soilbio.2017.05.011. 
• Wen, Y., Z. Chen, M. Dannenmann, A. Carminati, G. Willibald, R. Kiese, B. Wolf, E. Veldkamp, K. Butterbach-Bahl, and M. D. Corre (2016) Disentangling gross N2O production and consumption in soil. Scientific Reports 6:36517. DOI: 10.1038/srep36517.