Description: Die Entschlüsselung von Fließwegen und Herkunftsräumen des Zwischenabflusses (SSF) sowie der unterirdischen hydrologischen Konnektivität ist durch unterschiedliche Prozessvorstellungen und wenigen direkten Messmöglichkeiten begrenzt. Es werden Tracer benötigt, mit denen Herkunftsräumen und Fließwege von SSF räumlich identifiziert werden können. Die über die Umwelt-DNA (eDNA) abgeleitete Zusammensetzung mikrobieller Gemeinschaften sowie die räumlichen Unterschiede der optischen Eigenschaften wasserlöslicher organischer Substanz (WSOM; Absorption und Fluoreszenz) in Böden bietet eine bisher wenig beachtete Möglichkeit. In Abhängigkeit von topographischen und bodenkundlichen Eigenschaften bilden sich spezifische Habitate für mikrobielle und makrobiologische Bodengemeinschaften, die als räumliche eDNA-Muster kartiert und zur Lokalisierung der Herkunftsgebiete von SSF genutzt werden können. Die Anwendung künstlicher Tracer-DNA bietet die Möglichkeit, mit geringem technischem Aufwand und hohem Informationsgehalt hinsichtlich der unterirdischen Fließwege mehrere kontrollierte Experimente durchzuführen. Trotzdem fehlt bisher noch eine umfangreiche und konsequente Bewertung der Anwendbarkeit dieser biochemischen Tracer im Hinblick auf den SSF. Es ist das Ziel des Projektes, das Potenzial von eDNA, künstlich aufgebrachter Tracer-DNA und optischer Eigenschaften von WSOM als nicht-konservative Tracer für zur Identifizierung von SSF und der unterirdischen Konnektivität in vier Einzugsgebieten im Mittel- und Hochgebirge (Sauerland, Erzgebirge, Schwarzwald, Alpen) zu bewerten. In diesen werden an 12 Hängen an jeweils 10 Bodenprofilen Bodenproben entnommen, um die Verteilung von eDNA und WSOM über das Bodenprofil und im Hang zu erfassen. Die zeitliche Variabilität des Exports von eDNA und WSOM aus dem Boden wird während natürlicher Niederschlagsereignisse an einem mit einem Trench versehenen Hang in jedem Einzugsgebiet untersucht, wozu Wasserproben des unterirdischen Abflusses in verschiedenen Bodentiefen entnommen werden. Um genaue Fließwege des SSF in der Hangskala zu identifizieren werden an zwei Hängen künstliche DNA-Tracer eingesetzt und deren Transport durch Beregnungsexperimente aktiviert. Zur Untersuchung der eDNA und WSOM im Labor, werden eine Reihe modernster Laborgeräte und Methoden (TOC-Analysator, Fluoreszenzspektrometrie, Hochdurchsatz-Amplikonsequenzierung, real-time PCR) angewandt. Der Einsatz vielfältiger statistischer Verfahren (z.B. PARAFAC, Cluster-, Netzwerkanalyse) wird helfen, zeitliche und räumliche Muster zu erkennen, um Herkunftsräume von SSF zu identifizieren und biochemische Signaturen als Tracer für SSF zu erkennen.Diese systematische Untersuchung von eDNA und WSOM in Mittel- und Hochgebirgslandschaften ermöglicht es, diese biochemischen Tracer grundlegend zu bewerten. Darüber hinaus wird eine einzigartige Datenbank für die Ableitung biogeochemischer Signaturen geschaffen, um Herkunftsräume und Fließwege von SSF zu identifizieren.
Types:
SupportProgram
Origins:
/Bund/UBA/UFORDAT
Tags:
Sauerland
?
Schwarzwald
?
Fluoreszenz
?
Erzgebirge
?
Humus
?
Tracer
?
Habitat
?
Hydrogeologie
?
Biochemische Methode
?
Bodenprobe
?
Bodenprofil
?
Geoakkumulation
?
Einzugsgebiet
?
Hydrochemie
?
Limnologie
?
Siedlungswasserwirtschaft
?
Wasserprobe
?
Hochgebirge
?
Alpen
?
Datenbank
?
Hydrologie
?
Niederschlag
?
Integrated Water Resources Management
?
Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung
?
Urban Water Management
?
Water Chemistry
?
Region:
Hessen
Nordrhein-Westfalen
Bounding boxes:
9° .. 9° x 50.55° .. 50.55°
6.76339° .. 6.76339° x 51.21895° .. 51.21895°
License: cc-by-nc-nd/4.0
Language: Deutsch
Organisations
-
Umweltbundesamt (Bereitstellung)
-
Universität Duisburg-Essen, Fachbereich Biologie und Geografie, Arbeitsgruppe Aquatische Ökosystemforschung (Projektverantwortung)
-
Universität Marburg, Fachgebiet Boden- und Hydrogeographie (Projektverantwortung)
-
Universität Wien, Institut für Geographie und Regionalforschung (Mitwirkung)
Time ranges:
2022-01-01 - 2025-08-17
Alternatives
-
Language: Englisch/English
Title: Sub project: SSF NOVEL TRACERS - Exploration of biogeochemical tracers (environmental and artificial DNA, organic carbon) for tracing subsurface stormflow
Description: Inferences of subsurface flow paths, sources and subsurface hydrological connectivity are limited by the various assumptions and sparse direct measurement opportunities. In response to the need for new tracers to detect source areas of subsurface stormflow (SSF), microbial community composition inferred via environmental DNA (eDNA) metabarcoding as well as the spatial differences of optical characteristics of water-soluble organic matter (WSOM; absorbance and fluorescence) in soils offers a so far little considered possibility. Depending on topographic and soil properties, specific habitats for soil microbial and macro-communities are formed, which can be mapped as spatial eDNA patterns and used to precisely locate and regionalize the source areas of SSF. Composition of eDNA is a found to be function of soil organic carbon composition which suggests a close connection of these. The application of artificial tracer DNA offers the possibility to carry out multiple tracer experiments with low technical effort and high information content with respect to subsurface flow paths. However, a rigorous assessment of the applicability of these novel tracers, also in combination, with respect to SSF has not yet been carried out. Thus, we propose to evaluate the potential of eDNA from natural communities as well as artificially applied tracer DNA and optical characteristics of WSOM as non-conservative tracers for SSF and subsurface connectivity in four contrasting catchments in the low and high mountain ranges (Sauerland, Ore Mountains, Black Forest, Alps). We will carry out soil sampling on 12 hillslopes in these catchments each with 10 soil profiles to detect spatial and dept-related distribution of eDNA and WSOM. In order to investigate the dept-dependent temporal variability of eDNA and WSOM we will take water samples of the subsurface runoff in different soil depths at one trenched hillslope in every catchment during natural rainfall-runoff events. During artificial irrigation experiments at two trenched hillslopes (low and high mountain) the SSF generation and flow paths will be studied in detail using self-designed and applied artificial DNA tracers. To analyze eDNA and WSOM in the lab we will use an array of state-of-the-art laboratory equipment and methods (TOC-Analyzer, Fluorescence Spectrometry, High-throughput amplicon sequencing and quantitative PCR). The use of multivariate statistical techniques (e.g., PCA, CCA, PARAFAC, Clusteranalysis, WGCNA)) will help to identify temporal and spatial patterns to identify source areas of SSF and to detect biochemical signatures of SSF as tracer for SSF.This systematically investigation of eDNA and WSOM at the hillslope scale in contrasting landscape will allow to assess these different biochemical tracers to trace SSF. Moreover, these investigations will create a unique comprehensive database for the derivation of biogeochemical signatures to identify source areas and flow pathways of SSF.
https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1138962
Resources
Status
Quality score
- Overall: 0.46
-
Findability: 0.50
- Title: 0.00
- Description: 0.13
- Identifier: false
- Keywords: 0.85
- Spatial: RegionIdentified (1.00)
- Temporal: true
-
Accessibility: 0.67
- Landing page: Specific (1.00)
- Direct access: false
- Publicly accessible: true
-
Interoperability: 0.00
- Open file format: false
- Media type: false
- Machine-readable metadata: false
- Machine-readable data: false
-
Reusability: 0.67
- License: ClearlySpecifiedAndFree (1.00)
- Contact info: false
- Publisher info: true
Accessed 1 times.