Globally, agriculture covers 40% of the earth’s surface and food systems are responsible for one-third of humanity’s contribution to global climate change. Yet, smallholder and subsistence farmers are among the most vulnerable to climate change, with extreme weather events and related food price volatility affecting livelihoods, biodiversity, and food security at multiple scales. This project builds on transdisciplinary research on agroecological transitions in vulnerable farming communities in Canada, Germany, India and Brazil. We will examine the influence of agroecological networks (farming organizations, institutional actors, and consumer groups) in promoting the perennialization of agriculture to support climate adaptation (improving resilience in livelihoods and food security) and mitigation (increasing carbon sequestration). Perennialization of agriculture integrates annual and perennial crops and trees into the same farming system. Compared to annual cropping systems which currently dominate global agriculture and markets, perennial crops show promise for climate adaptation and mitigation because of their contributions to carbon sequestration in tree biomass and soil organic carbon, and their buffering effects against soil degradation, drought, and other forms of extreme weather and climate variability. From a social wellbeing perspective, agroforestry and other diversified perennial systems offer opportunities to adapt to climate change and escape poverty traps, including higher and more stable farm incomes, balanced agricultural labour across growing seasons, improved working conditions compared to more input-intensive forms of agriculture and improved nutrition and health. Using a participatory action research approach, this project will use a novel methodology to test the relationships between personal, political, and practical leverage points driving the adoption of agroforestry and other practices supporting agricultural perennialization. We will sample farms and organizations in each case study across a diversification gradient from low-diversity farming systems to perennial and agroforestry-based management systems. We will then use qualitative and quantitative methods to assess climate resilience outcomes and estimate the potential of scaling adoption of perennial and agroforestry practices. A cross-case synthesis will take local institutional, environmental, and relational contexts into account to inform decision-making.
Zu verstehen, wie die Koproduktion von Mensch und Natur die Strukturen und Leistungen von Ökosystemen bestimmt, ist eine zentrale Herausforderung der Nachhaltigkeitsforschung. Dieses Projekt untersucht einen herausragenden Landschaftstyp, der von lokalen Gemeinschaften über Jahrhunderte hinweg koproduziert und erhalten wurde: Kultivierte Terrassen, ein an Biodiversität und Ökosystemleistungen reicher Landschaftstyp, der im gesamten Mittelmeerraum zu finden ist. Das übergeordnete Ziel des Projekts ist es, neue Erkenntnisse darüber zu gewinnen, wie ein sozial-ökologischer Systemansatz die Transformation bedrohter Terrassenlandschaften hin zur Nachhaltigkeit unterstützen kann, wobei das Konzept der Koproduktion im Mittelpunkt steht und weiterentwickelt wird. Das Projekt wird ein „Mensch und Natur“-Forschungsparadigma fördern, indem es Konzepte von Koproduktion und die empirischen Realitäten mediterraner Terrassenlandschaften in einen Dialog bringt. Es wird das Verständnis von Koproduktion entlang vier Hauptdimensionen fördern: a) Landschaftliche Strukturen, b) Hinterlassenschaften der Landnutzung, c) Werte-Regeln-Wissen,d) Landschafts-Stewardship. Diese vier konzeptionellen Eckpfeiler spiegeln sich in vier spezifischen Zielen und Arbeitspaketen innerhalb des Projekts wider: 1. Klassifizierung der Vielfalt der natürlichen und menschlichen Koproduktion in kultivierten Terrassen; 2. Analyse der taxonomischen Vielfalt, der Vegetationszusammensetzung und des Naturschutz-Zustands traditioneller Nutzpflanzen über einen Gradienten der Koproduktion; 3. Ermittlung des Zusammenspiels von lokalem ökologischem Wissen, Werten und Regeln in Terrassen, die von unterschiedlichen Koproduktionstypen geprägt sind; 4. Identifizierung von Visionen für die zukünftige Entwicklung von Terrassenlandschaften. Das vorgeschlagene Projekt ist interdisziplinär und stützt sich auf Konzepte und Methoden aus den Landnutzungswissenschaften, der Ökologie und den Sozialwissenschaften, um eine Reihe von sozial-ökologischen Hypothesen empirisch zu testen. Die Analysen werden an einem archetypischen Fall einer mediterranen Terrassenlandschaft, dem Jerte-Tal in Spanien, durchgeführt. Zu den erwarteten Ergebnissen gehören: eine empirisch fundierte Typologie der Koproduktion in kultivierten Terrassen; ein Inventar traditioneller Nutzpflanzen als Vermächtnis vergangener und gegenwärtiger Landnutzungen; eine Kategorisierung verschiedener Bündel von Werten, Regeln und Wissenstypen im Zusammenhang mit der Bewirtschaftung von Terrassen; und ein Ansatz zur Wissens-Koproduktion, um wünschenswerte Zukünfte für Terrassenlandschaften zu entwerfen.
Dieses Teilprojekt wird Zusammenhänge zwischen sozialen und ökologischen Folgen der Wiederherstellung von Ökosystemen mit besonderem Fokus auf sozialen Zusammenhalt untersuchen. Wir werden aufzeigen, welche zugrunde liegenden Aspekte der Governance und des Managements von der Wiederherstellung von Ökosystemen den sozialen Zusammenhalt fördern, hindern oder anderweitig beeinflussen. Wir unterscheiden zwei Dimensionen des Zusammenhalts: den horizontalen Zusammenhalt innerhalb einer Gemeinschaft und den vertikalen Zusammenhalt zwischen Mitgliedern einer Gemeinschaft und dem Staat. Darüber hinaus stellen wir die Hypothese auf, dass unterschiedliche Wiederherstellungsansätze (in Bezug auf Governance, gepflanzte Arten oder Beteiligung von Interessengruppen) sozialen Zusammenhalt unterschiedlich beeinflussen. Das Teilprojekt wird (1) Stakeholder und ihren Grad an Zusammenarbeit, Vertrauen und sozioökonomischer Inklusion identifizieren und kartieren; (2) Indikatoren entwickeln, um die Auswirkungen der Wiederherstellung von Ökosystemen auf sozialen Zusammenhalt zu messen; (3) kausale Zusammenhänge zwischen verschiedenen Ansätzen zur Wiederherstellung von Ökosystemen und sozialem Zusammenhalt untersuchen; und (4) verschiedene bestehende Wiederherstellungsansätze hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf den sozialen Zusammenhalt bewerten. Die Analyse wird in sechs verschiedenen Dörfern in zwei Distrikten durchgeführt werden. Dabei werden wir uns auf drei in Ruanda verbreitete Ansätze zur Wiederherstellung von Ökosystemen konzentrieren: Agroforstwirtschaft, Baumpflanzungen und Bepflanzung von Wassereinzugsgebieten. Darüber hinaus werden wir Hausgärten einbeziehen, die oft eine hohe Biodiversität aufweisen. Dies wird es uns ermöglichen, die Auswirkungen von eher selbstorganisierten Formen der Wiederherstellung von Ökosystemen (Hausgärten) mit institutionalisierten Wiederherstellungsansätzen (Agroforstwirtschaft, Baumpflanzungen, Bepflanzung von Wassereinzugsgebieten) auf sozialen Zusammenhalt zu vergleichen. Dabei zielen wir darauf ab, kontextspezifische sowie verallgemeinerbare Faktoren zu identifizieren, die sich auf die Wiederherstellung von Ökosystemen und den sozialen Zusammenhalt auswirken. Dafür werden wir ein Mixed-Methods-Ansatz verwenden, der qualitative Interviews und die partizipativen Methoden Net-Map-Tool und World Café mit einer quantitativen Haushaltsbefragung kombiniert. Die Befragung wird mit insgesamt 300 Teilnehmenden durchgeführt werden. Die komplexen, vielschichtigen Zusammenhänge zwischen Ressourcenmanagement und sozialem Zusammenhalt sowie die diesen Zusammenhängen zugrunde liegenden Mechanismen sind im Allgemeinen und insbesondere im Kontext der Wiederherstellung von Ökosystemen bislang kaum verstanden. Ein besseres Verständnis dieser Zusammenhänge wird die bestehende Theorie des sozialen Zusammenhalts voranbringen und zur Identifizierung von Best-Practice-Ansätze zur sozial-ökologischen Wiederherstellung von Ökosystemen beitragen.
Die Intensivierung der Landwirtschaft und insbesondere der Einsatz von Düngemitteln ist der Schlüssel zur Ernährungssicherung einer wachsenden Weltbevölkerung. Der im Dünger enthaltene Stickstoff geht jedoch nicht nur in die pflanzliche Biomasse ein und wird schließlich geerntet, sondern wird auch als reaktiver Stickstoff (Nr) über verschiedene gasförmige und hydrologische Pfade in die Umwelt abgegeben. Dies führt zu gravierenden Umweltproblemen wie Eutrophierung, Treibhausgasemissionen oder Grundwasserverschmutzung. Wir gehen davon aus, dass wissenschaftlich fundierte Stickstoffminderungsstrategien es ermöglichen, die N2O- und NH3-Emissionen zu reduzieren und die NO3-Einträge in die Gewässer zu verringern, während die Erträge erhalten bleiben. Ziel des MINCA-Projekts ist daher die Etablierung eines gekoppelten, prozessbasierten hydro-biogeochemischen Modells zur Identifizierung von Feldbewirtschaftungsstrategien zu nutzen, die es ermöglichen, den Nr-Überschuss zu reduzieren und damit die N-Belastung in landwirtschaftlich dominierten Landschaften zu mindern. Unser besonderes Interesse gilt den Nr-Umwandlungsmechanismen an den Schnittstellen von Feldern, Grundwasser, Uferzone und Bächen. Um das derzeit begrenzte Verständnisses der zeitlichen und räumlichen hydro-biogeochemischen Flüsse bei der Nr-Transformation in der Landschaft zu überwinden, werden wir innovative Feldexperimente mit einem prozessbasierten Modellierungsansatz kombinieren. Der N-Zyklus in hydro-biogeochemischen Modellen ist jedoch komplex und die Validierung der zugrunde liegenden Prozesse datenintensiv. Die Messungen werden daher auf vier verschiedenen landwirtschaftlichen-, einem Grünland- und einem Waldgebiet durchgeführt. MINCA besteht aus vier eng miteinander verbundenen Arbeitspaketen (WP). In WP1 werden bereits laufende Messung der Wasser- und Stickstoffflüsse im Vollnkirchener Bach Studiengebiet beschrieben. Die bereits relativ umfangreichen kontinuierlichen Messungen, z.B. N2O-Emissionen, Bodenfeuchte, Abfluss und Gewässerqualität, sollen durch weitere Messungen wie NO3-Auswaschung und -Konzentrationen, saisonale Blattflächenindices, Erträge, Biomasse und deren C- und N-Gehalt ergänzt werden. Zusätzlich werden 15N2O und 15NO3 Isotopomer in Feldkampagnen gemessen. Komplexe Messungen für Modellversuche in WP1, modellbasierte hochskalierungs-Methoden im Rahmen von WP2 und Parameterreduktion, Unsicherheitsanalyse und Prozessplausibilitätsprüfung von WP3 erlauben es uns zu erkennen, wann und wo N-Belastung in der Landschaft auftreten. Dieses vertiefte Wissen wird die Grundlage für die Entwicklung von wissenschaftlich fundierten Mitigationsszenarien im WP4 bilden. Das gekoppelte Modell wird im Echtzeit-Modus ausgeführt, um die vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft erstrebten Zielwerte von reduziertem Nr-Überschuss zu erreichen. Maßgeschneiderte in-situ-Experimente zu N2O-Emissionen und NO3-Auswaschung werden die Wirksamkeit des Minderungspotenzials aufzeigen.
Interaktionen zwischen Pflanzen und Mikrooganismen werden als treibende Faktoren für die Zusammensetzung und Diversität von Pflanzengemeinschaften angesehen. Oomyceten (z.B. Pythium) und Cercozoen (z.B. Plasmodiophora) gehören zu den weltweit bedeutendsten Pflanzenparasiten. Neben Feldfrüchten besiedeln sie ein weites Spektrum von Wirtspflanzen und üben darüber wahrscheinlich einen wichtigen, bisher aber nicht erforschten Einfluss auf die Diversität von natürlichen Pflanzengemeinschaften aus. Trotz ihrer funktionellen Bedeutung wurde ihre Verbreitung in natürlichen Lebensräumen noch nie systematisch untersucht. Molekulare Sequenziermethoden erlauben es nun die Diversität und Verbreitung mikrobieller Pathogene in nie dagewesener Genauigkeit in Böden und Pflanzen zu bestimmen. In Böden aller 300 experimenteller Plots in Grünland und Wäldern der Biodiversitätsexploratorien und in Rhizosphärenproben des BELOW Subprojekts sollen über High-troughput Illumina Sequenzierung die Diversität und die natürlichen Reservoirs von zwei Protistengruppen, Oomyceten und Cercozoen , untersucht werden. Beide Protistengruppen sind funktionell hochdivers und decken ein breites Spektrum von fakultativen zu obligatorischen Pflanzenparasiten bis hin zu freilebenden Bakterivoren ab, wobei manche parasitische Taxa einen Teil ihres Lebenszyklus als Saprotrophe verbringen. Die Biodiversitätsexploratorien bieten die Möglichkeit den Einfluss der Intensivierung von Landnutzung auf die Verbreitung von Pflanzenparasiten in verschiedenen geographischen Regionen Deutschlands zu untersuchen. Netzwerkanalysen ermöglichen es komplexe Gemeinschaften interagierender Mikroorganismen zu analysieren und potenzielle Hubs d.h. zentral agierende Pflanzenpathogene, mögliche pathogen-unterdrückende Bodengemeinschaften, und ihre Beziehung zu Wurzelmetaboliten und Pflanzentraits zu identifizieren. Erstmal würde eine großflächige Studie zur Verbreitung dieser hochdiversen und funktionell bedeutenden Pflanzenpathogene in natürlichen Habitaten durchgeführt. Diese Studie wird einen wichtigen Beitrag leisten um Faktoren zur Unterdrückung von Pflanzenparasiten durch Bewirtschaftungsverfahren zu identifizieren und Hinweise für Pathogenausbrüche liefern.
Der menschliche ökologische Fußabdruck wächst weiter, mit tiefgreifenden Auswirkungen auf die globale Biodiversität. Die Folgen für die lokale Biodiversität sind jedoch unklar. Angesichts des Eigenwerts der Biodiversität und ihrer Bedeutung für die Bereitstellung von Ökosystemfunktionen und -dienstleistungen ist dies ein ernstes Anliegen. Das Hauptziel des Projekts ist es, die Mechanismen besser zu verstehen, die die lokale Biodiversität vorantreiben. Das Projekt wird auf funktionalen Merkmalen basierende Ansätze verwenden, um die Mechanismen im Zusammenhang mit der Ausbreitung von Arten und der lokalen Entstehung von Artengemeinschaften aus einem Pool potenzieller Kolonistenarten zu bewerten. Es konzentriert sich auf 6 taxonomische Gruppen (Bienen, Vögel, Schmetterlinge, Karabidenkäfer, Gastropoden und Spinnen) in der Schweiz. Diese Gruppen weisen unterschiedliche Bewegungskapazitäten und ökologische Bedürfnisse auf, was ihren Vergleich relevant macht, um zu verstehen, wie ökologische Strategien die räumlichen Muster und Triebkräfte der lokalen Biodiversität beeinflussen. Wir schlagen vor, eine grosse Multi-Taxa-Vorkommens- und Merkmalsdatenbank zu verwenden, um (1) die potentielle Bewegung von Arten zwischen verschiedenen Lokalitäten (potentielle funktionelle Konnektivität der Landschaft) zu evaluieren und zu kartieren, (2) räumliche funktionelle Merkmalsverschiebungen zu quantifizieren und zu kartieren und ihre Triebkräfte zu identifizieren und (3) die relative Bedeutung von Ausbreitungsbeschränkungen sowie abiotischen und biotischen Einschränkungen zu bewerten und die mit jedem dieser Prozesse verbundenen Arten und funktionellen Merkmale zu identifizieren. Das Projekt ist in drei Arbeitspakete unterteilt: Arbeitspaket 1 untersucht die funktionelle Konnektivität zwischen lokalen Gemeinschaften, Arbeitspaket 2 konzentriert sich auf die Quantifizierung von Merkmalsverschiebungen im Raum, und Arbeitspaket 3 identifiziert die Mechanismen, die für diese Verschiebungen verantwortlich sind. Das Projekt wird neue Methoden entwickeln und erproben, um unser Verständnis der räumlichen Variationen in den Prozessen der Artengemeinschaftsentstehung multipler taxonomischer Gruppen zu verbessern, landesweite Karten ökologischer Prozesse zu erstellen und die mit diesen Prozessen verbundenen funktionellen Merkmalssyndrome zu identifizieren. Im Gegensatz zu den meisten Studien in der Landschaftsökologie wird das Projekt einen auf Merkmalen basierenden Mehrartenansatz verfolgen, um aus Biodiversitäts- und Umweltdaten auf eine potenzielle Konnektivität zwischen den Orten zu schließen. Es wird auch über die klassischen Studien der Gemeinschaftszusammensetzung hinausgehen, indem es einen auf Merkmalen basierenden Ansatz und eine räumlich-dynamische Definition des Artenpools kombiniert, was die ökologischen Eigentümlichkeiten einzelner Arten reduziert und zu einem mechanistischeren und allgemeineren Verständnis der lokalen Biodiversitätsdynamik führt.
Die Mischung von Bäumen in Produktionswäldern ist eines der wichtigsten Instrumente der waldbaulichen Forstwirtschaft. In den Biodiversitätsexploratorien ist der zunehmende Anteil von Nadelbäumen ein wichtiger Faktor für die Bestimmung der Nutzungsintensität. Die ökologischen Mechanismen, die die Vielfalt im Kronendach von Bäumen, die in verschiedenen evolutionären Nachbarschaften eingebettet sind, antreiben, sind jedoch kaum bekannt. Die Nachbarschaft zu Baumarten mit zunehmender phylogenetischer Isolation kann sich auf verschiedene Weise auf den Zielbaum und seine Bewohner auswirken: Erstens durch Veränderung der Kronen- und Blatteigenschaften und zweitens durch die reine phylogenetische Isolation zu den Nachbarbäumen. Hier testen wir die Hypothese, dass die phylogenetische Isolation eines Wirtsbaums die Arthropodengemeinschaften der vier wichtigsten Baumarten in Mitteleuropa - Fagus sylvatica, Quercus petrae, Pinus sylvestris und Picea abies - beeinflusst. Wir werden Proben von Baumkronen-Arthropoden mittels Benebelung, terrestrisches Laserscanning, Mikroklimamessungen, Blattmessungen und innovative Barcoding-Methoden kombinieren, um acht Vorhersagen in vier Bereichen zu testen. Erstens werden wir untersuchen, ob die phylogenetische Isolation die Insektengemeinschaften direkt über die Isolation oder indirekt über Veränderungen der Kronenstrukturen beeinflusst. Zweitens werden wir die Auswirkungen der phylogenetischen Isolation auf die Variation innerhalb der Bäume und drittens die Auswirkungen dieser Variation auf die Insektengemeinschaften untersuchen. Viertens werden wir die Auswirkungen der phylogenetischen Isolation auf die Herbivorie, die Diversität der verschiedenen Arthropoden-Gilden und die Variation innerhalb von Insektenarten untersuchen. Auf diese Weise können wir zum ersten Mal prüfen, inwieweit frühere Ergebnisse von Eichen auf andere Baumarten verallgemeinert werden können, und einen tieferen Einblick in die ökologischen Mechanismen hinter der Mischungskomponente des Landnutzungsgradienten in Wäldern gewinnen.
The impacts of climate change pose one of the main challenges for agriculture in Central Europe. In particular, an increase of extreme and compound extreme climate events is expected to strongly impact economic revenues and the provision of ecosystem services by agroecosystems. A highly relevant, still open question is how grassland farming systems can cope best with these climate risks to adapt to climate change. A prominently discussed economic instrument to relieve income risks is the formal insurance, but natural and social insurances are newly under discussion as well. Natural insurances include specific grassland management practises such as maintaining species-rich grasslands. Social insurances, in our terminology, comprise all forms of societal support for farmers’ climate risk management. This includes in particular arrangements of community-supported agriculture that reduce income risks for farmers, or payments for ecosystem services if their design takes risk into account. Formal, natural and social insurances may be substitutes or complements, and affect farmer behaviour in different ways. Thus, policy support for any of the three forms of insurance will have effects on the others, which need to be understood. InsuranceGrass takes an innovative interdisciplinary view and assesses formal, natural and social insurances: on how to cope best with impacts of climate extremes on grasslands, integrating social and natural sciences perspectives and feedbacks between them. Based on this holistic analysis, InsuranceGrass will provide recommendations for policy and insurance design to ensure effective risk-coping of farmers and to enhance sustainable grassland farming, considering economic, environmental and social aspects. Impacts of extreme and compound extreme events on the provision of ecosystem services (e.g. magnitude and quality of yield, climate regulation via carbon sequestration, plant diversity) by permanent grasslands in Germany and Switzerland are quantified based on long-term observations and field experiments. Cutting-edge model-based approaches will be based on behavioural theories and empirically calibrated. With the help of social-ecological modelling, InsuranceGrass explicitly incorporates feedbacks between farmers’ and households’ decision, grassland management options, and ecosystem service provision in a dynamic manner. The contributions of different insurance types are developed, discussed and evaluated jointly with different groups of stakeholders (i.e., farmers, insurance companies, public administration). A scientifically sound and holistic assessment of the role of formal, natural, and social insurances for the sustainability of grassland farming under extreme events requires both disciplinary excellence and seamless interdisciplinary collaboration. InsuranceGrass brings together four groups from Zürich and Leipzig, with unique disciplinary expertise and a track record of successful collaboration.
Ziel des Projektes ist es, erstmals belastbare Daten zur Bedeutung des Maisanbaus als Lebensraum für Singvögel im Sommer und Herbst zu erheben. Hierbei soll herausgefunden werden, ob in Abhängigkeit von der Landschaftskonfiguration (Anteil an Maisanbaufläche und Flächenanteil an gehölzbestandenen Flächen der Umgebung) Maisfelder für Vögel förderlich oder nachteilig sind. Im geplanten Projekt soll dies über einen innovativen Ansatz erfolgen, bei dem sowohl ein Netz an ehrenamtlich tätigen Fachkräften als auch ProjektmitarbeiterInnen deutschlandweit Daten zu Vögeln in Maisfeldern erheben und ebenso ein automatisiertes Telemetriesystem zum Einsatz kommt.Aufgrund seines hohen Brennwertes wird Mais als Nahrungs- und Futtermittel und zunehmend zur Strom- und Wärmegewinnung in Biogasanlagen angebaut. Letzteres hat dazu geführt, dass mittlerweile auf 7,6 % der Gesamtfläche Deutschlands Mais angebaut wird. Maisfelder werden für die Biodiversität überwiegend negativ bewertet. Einzelstudien legen aber nahe, dass Maisfelder im Sommer und Herbst als Habitat von Vögeln genutzt werden und sie diese möglicherweise auch als wichtige Nahrungsressource nutzen. Allerdings lassen diese Studien aufgrund der kleinen Stichprobe bisher keine generellen Aussagen zu. Ebenso wurde bisher nicht untersucht, welchen Einfluss die Landschaftsumgebung auf das Vorkommen von Vogelarten in Maisfeldern hat und welche Interaktionen bei den Vögeln zwischen Maisfeldern und anderen Lebensräumen bestehen. Daher soll die Erfassung der Anzahl der Arten und Individuen sowie der Aufenthaltsdauer von Vögeln in Maisfeldern hierbei mit standardisierten Netzfängen zwischen August und Oktober erfolgen. Mittels Fang-Wiederfang-Methode können Daten zur Gewichtsveränderungen von Vögeln in Maisfeldern erhoben und damit Aussagen zu einer möglichen Veränderung der Fitness der Vögel gemacht werden. Ergänzend soll die Verfügbarkeit von Nahrung in Maisfeldern für Vögel durch die Erfassung der Arthropoden-Biomasse ermittelt werden. Diese Daten sind notwendig, um wichtige Rückschlüsse zur Attraktivität und damit zur Bedeutung des Maisfeldes als Habitat und Rastlebensraum für Vögel ziehen zu können. Um die exakte Nutzungsdauer von Vögeln in Maisfeldern und mögliche Interaktionen zwischen Maisfeldern und angrenzenden Lebensräumen herauszufinden, soll erstmals eine Raumnutzungsanalyse von ausgewählten Vogelarten mit Hilfe der automatisierten Radiotelemetrie durchgeführt werden. Hiermit können zeitliche Nutzungsmuster und Habitatpräferenzen der Vögel im Mais ermittelt werden. Aufgrund der Ausweitung des Maisanbaus in den letzten Jahren sind die Ergebnisse des Projektes von großer gesellschafts- und umweltpolitischer Relevanz. Sie können die Grundlage sein, um dessen Bedeutung für Vögel und damit für einen wichtigen Teil der Biodiversität zu bewerten. So sollen Schwellenwerte zum maximalen Flächenanteil des Maisanbaus in einer Region aufgezeigt werden bis zu denen die Biodiversität profitiert.
Eine Substitution fossiler durch biogene Rohstoffe für stoffliche Anwendungen ist ein maßgeblicher Schritt zur Reduktion der anthropogenen CO2 Emissionen. Dabei sollte Biomasse im Sinne der Bioökonomie möglichst ganzheitlich und effizient genutzt werden, um die Flächeneffizient und den Beitrag zur Eindämmung des Klimawandels zu maximieren. Die hochwertige Verwendung von bisher kaum genutzten landwirtschaftlichen Reststoffen ist eine vielversprechende Methode zur Effizienzsteigerung. Die stoffliche Nutzung von Agrarreststoffen ist allerdings problematisch. Biogene Stoffe haben stets eine schwankenden Produktqualität. Deshalb ist eine Vorbehandlung und Auftrennung der Reststoffe auf verwertbare Bestandteile notwendig und ein entscheidender Schritt für die Weiternutzung. Deutschland und Taiwan stellen zwei Technologieführer mit hohem Umweltbewusstsein in ihrer jeweiligen Klimazone dar. Deutschland befindet sich in der gemäßigten Klimazone, während Taiwan sich in der (sub-)tropischen Klimazone befindet. Besonders vielversprechende landwirtschaftliche Reststoffe, die sich für eine stofflich Nutzung eignen und daher untersucht werden sollen, sind in der gemäßigten Klimazone Getreidestroh und in der (sub-)tropischen Klimazone Kakao- und Bananenschalen, sowie Reisstroh. Zudem fallen Tomatenpflanzenreste in beiden Klimazonen an. Im angestrebten Projekt wird der landwirtschaftliche Reststoff zunächst in einem hydrothermalen Aufbereitungsverfahren aufgeschlossen, um die anaerob kaum abzubauenden Fasern von den sehr gutvergärbaren Bestandteilen zu trennen. Dies wird in Deutschland mittels Thermodruckhydrolyse realisiert und in Taiwan mittel Überkritischer Wassermethode. Anschließend folgt eine Auftrennung in einem Flüssig/Fest-Separator. Der faserreiche Feststoff soll als Torfersatzprodukt und als Substrat zur mikrobiellen Zelluloseproduktion genutzt werden. Torf findet insbesondere im Gartenbau Anwendung, da er diverse Vorteile besitzt. Allerdings bildet sich Torf in Mooren nur sehr langsam und zur Gewinnung müssen die CO2-bindende Moore entwässert werden. Im Projekt soll untersucht werden in wie weit die produzierten Fasern Torf ersetzen können. Ein zweiter zu untersuchender Ansatz im Projekt ist es die Feststofffraktion als Nährmedium für Bakterienkulturen zu verwenden, die gezielt mikrobielle Zellulose produzieren. Die Flüssigkeit soll mithilfe innovativer zweistufiger Biogasanlage energetisch genutzt werden soll. Die Nutzung der Organik zur Biogasproduktion soll die Prozessenergie der energieintensiven Aufbereitung bereitstellen. Der TS-Gehalt der flüssigen Fraktion ist sehr gering, was bei herkömmlichen volldurchmischten Reaktoren eine lange Verweilzeit und somit ein sehr großes Reaktorvolumen verursacht. Um diese Nachteile zu reduzieren, sollen im Projekt zweistufige Reaktorsysteme untersucht werden. Während in Taiwan beide Fermenter volldurchmischt betrieben werden, wird in Deutschland der Methanreaktor als Festbettfermenter ausgeführt.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 103 |
| Europa | 2 |
| Wissenschaft | 65 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 103 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 103 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 98 |
| Englisch | 101 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Webseite | 103 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 78 |
| Lebewesen und Lebensräume | 103 |
| Luft | 46 |
| Mensch und Umwelt | 103 |
| Wasser | 43 |
| Weitere | 103 |