Sustainable food production depends on the recovery of water, energy, and nutrients from waste streams within existing supply chains. Greenhouse hydroponic systems (HYP) and recirculating aquaculture systems (RAS) are two intensive food production systems that in combined production as an aquaponics system (AP) can utilize fish wastes as fertilizers, while recycling water and energy to increase both systems' sustainability and efficiency. However, despite significant environmental benefits, such systems current infrastructure costs limit widespread application. Implementing relevant technology for such resource-efficient systems requires designs that can optimize performance. AquapnicsOpti contributes to innovative, decarbonized, and resource-efficient food production systems by improving nutrient reuse, increasing energy efficiency and reducing fossil fuel dependence, reducing freshwater needs, and developing scalable models for improving microbial relationships for fish and plant health. In direct collaboration with stakeholders, we will analyze design aspects, business models and consumer preferences, while also carefully examining barriers and economic challenges of AP facilities in different countries. The consortium will take a holistic approach in the context of agroecology to evaluate AP operations in diverse geo-climatic zones and document how adaptations of their technologies and practices can better support local and regional food production. Relevant technology for such resource-efficient systems requires designs that explore and quantify multifactor interactions of biological components to maintain or enhance productivity beyond the capabilities of current AP systems. Scientific testing of microbial digester designs aims to maximise decomposition of fish wastes and provide plant crops with essential nutrients in bioavailable forms. Development and integration of smart biosensors to automatically collect water quality data and automate systems will facilitate operational monitoring and controls that are currently labour-intensive and not always timely. Design innovations will consider existing fish-plant AP pairs but evaluate and test the potential of other culturally acceptable species that would have production and marketing appeal. Simulations of operational conditions will be used to compare and contrast situational variables for AP stakeholder operators to consider, and for design engineers to optimise before modifications are implemented. Integral to this research, we will analyze a broad range of quantitative and qualitative data about stakeholder attitudes, regulatory policies and socio-economic conditions within the diverse geo-climatic zones represented among our project partners. Six research work packages (WP) emphasise integration across disciplinary lines, and the seventh WP ensures that sustained communications among them results in interdisciplinary deliverables and dissemination.
Pflanzen passen sich an räumliche und zeitliche Fluktuationen von Nährstoffen im Boden durch das "Sensing" von Nährstoffen und Veränderungen in der Wurzelarchitektur an. Solche morphologischen Anpassungen ermöglichen es, verfügbare Nährstoffe im Boden effizienter zu erschließen. Wenn Pflanzen unter leichtem bzw. mildem Mangel an Stickstoff (N) wachsen, erhöhen sie die Länge von Primär- und Seitenwurzeln. Diese Reaktion birgt Potential zur Verbesserung der N-Effizienz, weil sich das Bodenvolumen vergrößert, aus dem limitierende Nährstoffe aufgenommen werden. In unseren Vorarbeiten haben wir in natürlichen Akzessionen der Modellpflanze Arabidopsis allelische Variation in Genen der Brassinosteroid- und Auxinbiosynthese bzw.-Signaltransduktion (YUC8, BSK3) gefunden, die die Wurzelverlängerung unter mildem N-Mangel verändern. Das finale Ziel dieses 6-jährigen Projekts ist es, die hormonelle Regulation der Wurzelverlängerung unter N-Mangel aufzuklären und diese Kenntnis zu nutzen, um in Gerstenwurzeln die Wurzelentwicklung unter N-Mangel und damit die N-Aufnahmeeffizienz zu verbessern. Ziele der ersten 3 Jahre sind: i) in Arabidopsis die Rolle der YUC8-abhängigen Auxinbiosynthese und ihre Beziehung zu Brassinosteroiden in der Wurzelverlängerung unter leichtem N-Mangel aufzuklären und ii) in einem translationalen Ansatz in Gerste den Beitrag der allelischen Variation von Genen der Brassinosteroid- bzw. Auxinbiosynthese oder Signaltransduktion zur Wurzelstreckung zu untersuchen und zu modulieren. Zunächst werden in Arabidopsis die molekularen Mechanismen hinter den identifizierten allelischen Variationen im YUC8-Gen sowie seine Rolle in der Regulation der Wurzelverlängerung bestimmt. Dabei wird die Wurzelantwort auf milden N-Mangel in yuc-Mutanten und YUC8-komplementierten Linien charakterisiert. Diese und weitere Mutanten- und Reporterlinien werden auch eingesetzt, um die Beziehung zwischen Brassinosteroiden und Auxin in der transkriptionellen Regulation der Wurzelantwort auf milden N-Mangel aufzuklären. In einem translationalen Ansatz wird in Gerste das "schwache" BSK3-Allel durch das "starke" BSK3-Allel aus Arabidopsis ersetzt, da alle bisher untersuchen Gerstenakzessionen nur ein "schwaches" BSK3-Allel tragen. In einem Schritt wird die Cas Endonuklease-vermittelte Deletion des schwachen BSK3-Endogens mit der Komplementation durch das starke Transgen kombiniert. In einem RNA-Sequenzierungsansatz werden N-Mangel-regulierte Gene in Gerstenwurzeln identifiziert, um Kandidatengene auszuwählen, die zur CRISPR-Cas-vermittelten Gendeletion und zur Überexpression mithilfe eines wurzelspezifischen Promoters eingesetzt werden. Alle transgene Linien werden anschliessend hinsichtlich der Veränderung ihrer Wurzelarchitektur unter N-Mangel phänotypisiert.
Zielsetzung des Teilvorhabens der Universität Hohenheim ist es, mit Hilfe von verfahrenstechnischen Untersuchungen im Labor bzw. im halbtechnischen Maßstab den Einfluss der Prozessparameter Raumbelastung, Verweilzeit und Prozesstemperatur auf die Schaumbildung beim lastflexiblen Betrieb zweiphasiger Biogasanlagen zu ermitteln. Ebenso soll geprüft werden, ob und wie eine veränderte pH-Wert Differenz zwischen der Hydrolysestufe und dem Methanreaktor die Schaumbildung im Methanreaktor beeinflusst. Die Untersuchungen werden an zwei parallel betriebenen, vollständig automatisierten Laboranlagen durchgeführt. An diesen Anlagen ist jeweils ein vollständig durchmischter Reaktor zur Säurebildung (Versäuerungsreaktor, 'Hydrolyse' ausgeführt als CSTR, Volumen 100 L) über eine Feststoff-abscheidung mit einem Festbett-Methanreaktor (Volumen 100 L) verbunden. Die Prozessparameter Temperatur, Raumbelastung und pH-Wert können für beide Reaktoren unabhängig variiert werden. Ergänzende Untersuchungen sind an einer halbtechnischen Anlage vorgesehen, die sich an der Forschungsbiogasanlage 'Unterer Lindenhof' der Universität Hohenheim befindet. In dieser praxisnahen Anlage sollen vergleichende Untersuchungen zur Validierung der Laborergebnisse durchgeführt werden. Zur Überwachung der biologischen Stabilität und der Effizienz des Gärprozesses werden die Zusammensetzung und der Volumenstrom des Produktgases kontinuierlich erfasst. Ebenso werden die pH-Werte der Reaktoren online erfasst und in einer Datenbank gesichert. Proben des Gärsubstrates werden regelmäßig im Labor der Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie mit Hilfe eines GC, einer HPLC, eines TC/TOC-Analyzers und einer ICP-MS auf Gärsäuren, Alkohole, organischen Kohlenstoffgehalt und die Konzentration der Mikronährstoffe untersucht. Zudem übernimmt die Universität Hohenheim im Projekt das Forschungsdatenmanagement.
Weltweit wird mit Anstieg der Temperaturen und abnehmendem Wasserangebot gerechnet, was Depressionen in der Pflanzenproduktivität zur Folge hat. Im Feld treten beide Stressoren gleichzeitig auf, jedoch ist über ihren kombinierten Einfluss auf Pflanzen bisher wenig bekannt. Das Kornertragspotential von Weizen, einer relativ Hitze-empfindlichen Pflanze, wird durch drei Parameter bestimmt: Anzahl ährentragender Halme pro Pflanze bzw. pro Fläche, Kornzahl pro Ähre und Einzelkorngewicht. Diese Parameter werden zu den folgenden Wachstumsstadien spezifisch beeinflusst: Bestockung, Schossen, Blüte und Kornfüllung. Somit müssen verschiedene Phasen der Weizenentwicklung untersucht werden, um die entscheidenden Determinanten für die Kornertragsbildung unter Stress zu identifizieren. Bisher konzentrierten sich die meisten Studien auf die Kornfüllungsphase, Untersuchungen zu einzelnen und insbesondere kombinierten Effekten von Hitze- und Trockenstress während des vegetativen Wachstums und zur Blüte sind rar. Unsere vorausgegangene Studie zeigte, dass unter kontinuierlichem Hitzestress die Anzahl an ährentragenden Halmen pro Weizenpflanze stark zunahm. Dieses Potential zur Ertragsstabilisierung konnte nur teilweise ausgeschöpft werden, da der Kornansatz stark reduziert war. Die angelegten Körner zeigten jedoch eine gute Kornfüllung. Source-Limitierung trat nicht auf, aber die Sinkkapazität war reduziert (weniger und kleinere Körner) und vermutlich auch die Sinkaktivität. Dies erfordert weitere Untersuchungen der beteiligten Enzyme, insbesondere der Sauren Invertase, der Plasmalemma H+-ATPase, und der Stärke-Synthase. Im beantragten Projekt wird individueller oder kombinierter Hitze- und Trockenstress zu zwei Weizensorten entweder während des vegetativen Wachstums, zur Blüte oder während der Kornfüllung appliziert. Außerdem werden die Einflüsse von kurzzeitigem Trockenstress während des vegetativen Wachstums auf die Kornertragsentwicklung von während der Blüte gestressten Pflanzen untersucht, und die Fähigkeit der Weizenpflanzen sich nach Stress zu erholen wird ausgewertet. Source- und Sinkstärke werden durch die Untersuchung zahlreicher Parameter charakterisiert, entweder durch Messungen an lebenden Pflanzen oder durch Analysen verschiedener Pflanzenorgane, die in Ernten zum Stadium der Kornfüllung oder zur Vollreife gewonnen werden. Dieses Projekt adressiert die wichtige Frage: welches ist der limitierende Faktor für die Kornertragsbildung, wenn Pflanzen während verschiedener Wachstumsstadien Stress ausgesetzt sind. Diese Kenntnis trägt dazu bei, Merkmale der Resistenz gegen Hitze bzw. Dürre zu identifizieren und kann in Züchtungsprogrammen zur Erhöhung der Ertragsstabilität unter Stress genutzt werden. Die Wasser- und Nährstoffnutzungseffizienzen können verbessert werden, was dem Schutz begrenzter Ressourcen dient und eine nachhaltige Weizenproduktion fördert.
Freigelüftete Schweineställe mit Ausläufen (NVPBOYs) werden weltweit mit zunehmendem Interesse verfolgt. Der Luftwechsel zwischen Außen- und Innenbereich von NVPBOY ist kaum verstanden, weshalb Emissionen und die Ausbreitung von Aerosolen derzeit nicht abgeschätzt werden können. Ziel des Antrags ist es, grundlegende Erkenntnisse hinsichtlich des Einflusses von Öffnungsgröße, Windgeschwindigkeit, Windrichtung, Temperatur, Lebendmasse und dem Aufenthaltsort der Schweine im Stall auf die Lüftungsrate und die Innenraumströmungsmuster von NVPBOYs zu erhalten. Im Projekt wird die Drei-Säulen-Modell-Methode, bestehend aus Windkanalexperimenten, On-Farm-Messungen und numerischer Strömungsdynamik, genutzt. Zur Modellierung der Lüftungsrate der NVPBOYs wird die Response-Surface Methode eingesetzt. Das Projekt wird grundlegende Erkenntnisse über die Wechselwirkung zwischen Lüftungsrate, Innenraumströmungen und ihren Einflussfaktoren bei NVPBOYs liefern. Dies ermöglicht eine genaue Quantifizierung der Lüftungsrate in Abhängigkeit von baulichen und klimatischen Randbedingungen sowie dem Tierverhalten. Die erwarteten Forschungsergebnisse sind eine Grundlage für die Sicherstellung eines guten Stallklimas, für die Abschätzung der Emissionen und für das Verständnis des Gas- und Aerosoltransports für die Schweine unter verschiedenen Randbedingungen.
Obwohl in den letzten Jahren vermehrt auf dem Gebiet der Latentwärmespeicherung und deren Anwendung in den unterschiedlichsten Bereichen geforscht wird, liegen bislang kaum Arbeiten über die Implementierung dieser Speichertechnik in Solartrocknungsanlagen für landwirtschaftliche Produkte vor. Durch die Realisierung einer solchen Speicherung der stark fluktuierenden Solarstrahlung würde eine weitere Erschließung der Solarenergienutzung für die landwirtschaftliche Trocknungstechnik ermöglicht. Latentwärmespeicher können die unvermeidlichen Tag/Nacht-Unterschiede der Trocknungstemperaturen reduzieren, die aus Sicht einer gleichmäßigen Prozessführung unerwünscht sind und in der Regel negative Auswirkungen auf die Produktqualität haben. Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll modelliert werden, wie sich ein mit Latentwärmespeicher ausgestatteter Solartrockner im Vergleich zu einem konventionellen System verhält, welches nur aus einem Luftkollektor und einer Trocknereinheit besteht. Eine Simulationsrechnung erlaubt dabei die Bestimmung des Einflusses der verschiedensten Designparameter auf die Gesamtsystemleistung.Es werden dazu zunächst numerische Modelle für die Hauptsystemkomponenten Luftkollektor, Latentwärmespeicher und Trockner in Simulationsprogramme in einer MATLAB Umgebung implementiert. Mit diesen können anschließend parametrische Studien der unterschiedlichen Konfigurationen durchgeführt werden und deren Kenndaten etwa hinsichtlich der erwarteten Trocknungsdauer, des spezifischen Energiebedarfs, des solaren Deckungsgrades und der Produktqualität verglichen werden. Die erwarteten Forschungsergebnisse und die zu entwickelnden Simulationsprogramme ermöglichen eine wesentliche Erweiterung des Wissensstandes zur Nutzung von Solarenergie in der landwirtschaftlichen Trocknungstechnik und bilden zudem die Grundlage der technischen und ökonomischen Bewertung von Latentwärmespeichern bei Trocknungsprozessen.
Die menschliche Gesellschaft zeichnet sich durch komplexe soziale Organisationsformen aus, die im Laufe der Zeit weltweit vielfältige Siedlungsmuster hervorgebracht haben. Stadtgrenzen markieren eine willkürliche Trennung zwischen einem (urbanen) Innenraum unter starker menschlicher Kontrolle und einem (ruralen) Äußeren, das stärker natürlichen, biophysikalischen Prozessen ausgesetzt ist. Tatsächlich sind aber beide Räume seit jeher eng miteinander verknüpft, und werden mit immer intensiverer Nutzung natürlicher Ressourcen zunehmend durch rural-urbane Transformationsprozesse geprägt. Im Anthropozän haben Urbanisierung und die damit verbundenen sozialen und ökologischen Veränderungen globale Dimensionen erreicht. "Rurales" und "Urbanes" gehen dabei auf verschiedenen Skalenebenen immer wieder neue Beziehungen ein und werden zu einer sich oft selbst organisierenden Einheit von großer wissenschaftlicher, gesellschaftlicher und politischer Bedeutung. Der vorliegende Antrag zur Einrichtung der Forschungsgruppe „Nachhaltige Rurbanität“ befasst sich mit diesem Phänomen und begreift es als einen sich ständig neu erfindenden Zustand des Seins und Werdens. Geleitet von drei übergeordneten Hypothesen nutzen die 10 natur- und sozialwissenschaftlichen Projekte Fallstudien in rurbanen Ballungsgebieten Indiens, Westafrikas und Marokkos, um Wirkmechanismen, Folgen und Steuerungsprozesse von Rurbanität beispielhaft zu untersuchen. Ein interdisziplinärer, sozial-ökologischer Forschungsansatz erlaubt die Schaffung von Synergien zwischen den Fachkulturen und verschiedenen Wissenschaftsdisziplinen, unter Einbeziehung von Perspektiven des Globalen Südens. Dieser gemeinsame Rahmen ist Voraussetzung dafür, kontextuelle empirische Forschung mit theoriegeleiteten analytischen Vergleichen zu verbinden, sowie innovative Methoden für die Systemanalyse und die Synthese der Ergebnisse zu nutzen. Dadurch lassen sich rural-urbane Transformation und das daraus abgeleitete Phänomen der Rurbanität in seiner skalen- und regionsübergreifenden Komplexität verstehen und dessen zentrale Implikationen für eine nachhaltige Landnutzungs- und Gesellschaftsentwicklung bewerten.
Irrigation in the Yanqi Basin, Sinkiang, China has led to water table rise and soil salination. A model is used to assess management options. These include more irrigation with groundwater, water saving irrigation techniques and others. The model relies on input data from remote sensing.The Yanqi Basin is located in the north-western Chinese province of Xinjiang.This agriculturally highly productive region is heavily irrigated with water drawn from the Kaidu River. The Kaidu River itself is mainly fed by snow and glacier melt from the Tian Mountain surrounding the basin. A very poor drainage system and an overexploitation of surface water have lead to a series of environmental problems: 1. Seepage water under irrigated fields has raised the groundwater table during the last years, causing strongly increased groundwater evaporation. The salt dissolved in the groundwater accumulates at the soil surface as the groundwater evaporates. This soil salinization leads to degradation of vegetation as well as to a loss of arable farmland. 2. The runoff from the Bostan Lake to the downstream Corridor is limited since large amount of water is used for irrigation in the Yanqi Basin. Nowadays, the runoff is maintained by pumping water from the lake to the river. The environmental and ecological system is facing a serious threat.In order to improve the situation in the Yanqi Basin, a jointly funded cooperation has been set up by the Institute of Environmental Engineering, Swiss Federal Institute of Technology (ETH) , China Institute of Geological and Environmental Monitoring (CIGEM) and Xinjiang Agricultural University. The situation could in principle be improved by using groundwater for irrigation, thus lowering the groundwater table and saving unproductive evaporation. However, this is associated with higher cost as groundwater has to be pumped. The major decision variable to steer the system into a desirable state is thus the ratio of irrigation water pumped from the aquifer and irrigation water drawn from the river. The basis to evaluate the ideal ratio between river and groundwater - applied to irrigation - will be a groundwater model combined with models describing the processes of the unsaturated zone. The project will focus on the following aspects of research: (...)
EDELNASS fokussiert auf die stoffliche Verwertung von Aufwüchsen von wiedervernässten Moor-Grünland, welches heterogen in der Artenzusammensetzung ist und oft Bewirtschaftungseinschränkungen unterliegt (z.B. Erntezeitpunkt). Biomasse und ihre Standortparameter von 5 Moorstandorten in ganz Deutschland werden analysiert und hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit in 2 Verwertungsverfahren untersucht, getestet und bewertet: (i) Umwandlung in Bioraffinerien zu den biobasierten, hochwertigen Basischemikalien HMF und Furfural und der Optimierung der Verfahren an der Universität Hohenheim. Ebenso wird Lignin als weiteres Produkt hergestellt. Das HMF kann zur Herstellung des recyclebaren, biobasierten Hochleistungskunststoff PEF weiterverarbeitet werden, woraus die Hochschule Albstadt-Sigmaringen nachhaltige Verpackungslösungen entwickelt, (ii) Das Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie stellt zusammen mit seinen Partnern Faserstoffe aus der Biomasse her und verarbeiten diese weiter zu Papieren und Fasergussformteilen. Kopplungspotentiale von Stoffströmen der Rohstofffraktionen zwischen den Verfahren untersucht, indem Zwischen- und Nebenprodukte der Verfahren in die jeweils anderen Prozesse eingespeist werden. Ziel der Untersuchungen ist es, neue Wertschöpfungsketten auf der Grundlage von Nasswiesen-Bewirtschaftung zu entwickeln, die eine produktive Nutzung von Nassgrünland mit dem Erreichen von Naturschutz- und Klimaschutzzielen verbindet. Für eine zukünftige Honorierung von Ökosystemdienstleistungen vernässter Moore werden Datengrundlagen erstellt: CO2-Bilanz der Verfahren und möglicher Produkte (inkl. bodenbürtiger Emissionen), Entwicklung von Artenvielfalt und Wasserqualität. Die Kosten von der Rohstoffbereitstellung bis zum Endprodukt werden analysiert, um geeignete Betriebsmodelle für die einzelnen Verfahren abzuleiten und beispielhaft in Moorregionen zu projektieren.
EDELNASS fokussiert auf die stoffliche Verwertung von Aufwüchsen von wiedervernässten Moor-Grünland, welches heterogen in der Artenzusammensetzung ist und oft Bewirtschaftungseinschränkungen unterliegt (z.B. Erntezeitpunkt). Biomasse und ihre Standortparameter von 5 Moorstandorten in ganz Deutschland werden analysiert und hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit in 2 Verwertungsverfahren untersucht, getestet und bewertet: (i) Umwandlung in Bioraffinerien zu den biobasierten, hochwertigen Basischemikalien HMF und Furfural und der Optimierung der Verfahren an der Universität Hohenheim. Ebenso wird Lignin als weiteres Produkt hergestellt. Das HMF kann zur Herstellung des recyclebaren, biobasierten Hochleistungskunststoff PEF weiterverarbeitet werden, woraus die Hochschule Albstadt-Sigmaringen nachhaltige Verpackungslösungen entwickelt, (ii) Das Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie stellt zusammen mit seinen Partnern Faserstoffe aus der Biomasse her und verarbeiten diese weiter zu Papieren und Fasergussformteilen. Kopplungspotentiale von Stoffströmen der Rohstofffraktionen zwischen den Verfahren untersucht, indem Zwischen- und Nebenprodukte der Verfahren in die jeweils anderen Prozesse eingespeist werden. Ziel der Untersuchungen ist es, neue Wertschöpfungsketten auf der Grundlage von Nasswiesen-Bewirtschaftung zu entwickeln, die eine produktive Nutzung von Nassgrünland mit dem Erreichen von Naturschutz- und Klimaschutzzielen verbindet. Für eine zukünftige Honorierung von Ökosystemdienstleistungen vernässter Moore werden Datengrundlagen erstellt: CO2-Bilanz der Verfahren und möglicher Produkte (inkl. bodenbürtiger Emissionen), Entwicklung von Artenvielfalt und Wasserqualität. Die Kosten von der Rohstoffbereitstellung bis zum Endprodukt werden analysiert, um geeignete Betriebsmodelle für die einzelnen Verfahren abzuleiten und beispielhaft in Moorregionen zu projektieren.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 633 |
| Land | 26 |
| Zivilgesellschaft | 1 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 628 |
| Text | 13 |
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| unbekannt | 18 |
| License | Count |
|---|---|
| geschlossen | 26 |
| offen | 630 |
| unbekannt | 4 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 626 |
| Englisch | 188 |
| Resource type | Count |
|---|---|
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| Datei | 2 |
| Dokument | 20 |
| Keine | 316 |
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| Webseite | 325 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 512 |
| Lebewesen und Lebensräume | 660 |
| Luft | 369 |
| Mensch und Umwelt | 660 |
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| Weitere | 659 |