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Nitrogen utilization pathways of soil microorganisms

When organic material is available, soil microorganisms may either take up simple organic molecules directly and release the surplus nitrogen (N) into the soil in the form of ammonium (NH4+), or they may mineralize organic N first and take it up in the form of NH4+. The route of N uptake has implications for the competition for N between microorganisms and plants and therefore for the N nutrition of crops. The objective of the proposed study is to gain a better understanding of the factors controlling the relative importance of the two N utilization routes by soil microorganisms. In a first step, an assay to determine the extent of the extracellular deamination of amino acids in soil shall be developed and tested. In a second step, the new assay shall be applied in laboratory incubations in combination with other methods, namely gross N mineralization, mineralization of amino acid-N, and natural 15N abundance of the microbial biomass, to determine the factors affecting the relative importance of the two N uptake routes. In a third step, the same methods shall be applied in a field study, which will focus of the temporal effects of fertilization management, including organic and mineral fertilizers, and the interactions with crops.

Herstellung wasserlöslicher NPK-Dünger sowie NK, PK auf Basis von Biogas Gärrest und Gülle, Teilvorhaben 3: Ammoniumoxidation von Schweinegülle zur Eruierung der Leistungsfähigkeit der Nitrifikanten

Aufklärung der mikrobiellen Nitratumsetzung in einem Süßwasserhabitat bei Anwesenheit von Methan, Nitrat und Ammonium: Koppelung von n-damo (Nitrat/Nitrit-abhängige anaerobe Methanoxidation) und Anammox (anaerobe Oxidation von Ammonium)

In diesem Projekt wollen wir in einem Süßwasserhabitat die Koppelung der nitratabhängigen Methanoxidation (n-damo) mit dem Anammox Prozess nachweisen. Messungen der stabilen Isotope im Methan, Nitrat, Nitrit, Ammonium und DIC und molekularbiologische Methoden sollen helfen, diese Prozesse zu entschlüsseln. Zudem wollen wir klären, wie die Erkenntnis von einströmendem Grundwasser in das Habitat (Interaktion zwischen Grundwasser und Seewasser) zu erklären ist, dass die für die Prozesse (n-damo, Anammox, Methanogenese) benötigten stabilen Umwelt- bzw. anoxischen Redoxbedingungen vorliegen.

Bilanzierung des Beitrags mikrobieller Biomasse zur Bildung refraktärer organischer Substanz im Boden mittels Isotopentracertechniken (Zellen, Zellbestandteile, CO2 und NH4)

Beim mikrobiellen Umsatz von organischen Verbindungen wird ein beträchtlicher Anteil des Kohlenstoffs zunächst zum Aufbau von Biomasse durch Bakterien genutzt. Diese Biomasse unterliegt nach ihrem Absterben wieder einem Abbau durch andere Mikroorganismen. In diesem Prozess werden Fragmente der abgestorbenen Zellen entweder selbst wieder zum Substrat für andere Organismen oder direkt in der Bodenmatrix festgelegt. Damit tragen sie substanziell zur Bildung der organischen Bodensubstanz (SOM) bei. Im Rahmen der geplanten Arbeiten sollen vorwiegend durch Markierungsexperimente mit stabilen und radioaktiven Isotopen die mikrobiellen Umsatzraten und die Bildung von Huminstoffen aus bakterieller Biomasse und fraktionierten Zellbestandteilen wie auch aus mikrobiellen Mineralisationsprodukten wie CO2 und NH4 in Modellböden des Schwerpunktprogrammes detailliert untersucht werden. Dazu wird die Transformation isotopisch markierter Biomassebestandteile (14C; 13C; 15N) in Bodenbioreaktoren untersucht. Die festgelegten und umgewandelten Produkte der markierten Biomasse sollen in den verschiedenen Partikel- und Huminstofffraktionen des Bodens bilanziert und mit isotopenchemischen und strukturchemischen Methoden charakterisiert werden. Damit können der stoffliche Beitrag der Biomasse an der Bildung von Huminstoffen im Boden bilanziert und Konversionsfaktoren sowie Raten für die Stoffverteilung abgeschätzt werden. Ergebnisse aus ersten Versuchen lassen zudem auf einen signifikanten Einbau von Kohlenstoff aus CO2 in die SOM schließen. Daraus könnte sich eine Neubewertung von Tracerexperimenten zur Bildung von gebundene Resten aus Xenobiotika ergeben. Im zweiten Schritt sollen Methoden zur Ermittlung der Struktur und Funktionalität der festgelegten Biopolymere entwickelt werden. Besonderes Augenmerk wird auf die Festlegung von Zellwandbestandteilen, Strukturproteinen und Nukleinsäuren gelegt.

Herstellung wasserlöslicher NPK-Dünger sowie NK, PK auf Basis von Biogas Gärrest und Gülle, Teilvorhaben 1: Extraktion von Stickstoff- und Phosphorverbindungen aus Biogas-Gärresten und biologische Nitrifizierung von Ammoniumstickstoff

Qualifikation und Erprobung einer Sensorsystemlösung zur bedarfsgerechten Düngung in der Agrar- und Ernährungswirtschaft, Teilprojekt E

Bedarfsgerechtes Güllemanagement ist seit vielen Jahren eine vielschichtige Herausforderung für landwirtschaftliche Betriebe. Um den rechtlichen Rahmenbedingungen und Nachweispflichten nachzukommen, ist ein vielversprechender Lösungsansatz, die Gülle im Ausbringungsfahrzeug mittels NIR-Systems (Nahinfrarot) auf N-Gesamt (Gesamtstickstoff), NH4-N (Ammonium-N), P2O5 (Phosphor) und K2O (Kalium) sowie Trockenmasse hin zu analysieren. Eine breite Marktdurchdringung verlangt ein kompaktes, nachrüstbares und preisgünstiges NIR-System, welches die geforderte Genauigkeit und Qualitätsanforderungen erfüllt. Das Vorhaben iDentPlus setzt sich zum Ziel, eine Gesamtsystemlösung bestehend aus einem innovativen NIR-Sensorsystem basierend auf MEMS-IR-Detektoren und einem intelligenten Cloud-System mit KI-basierten Monitoring und Computing für den Feldeinsatz zu qualifizieren und bei einer hohen Anzahl von landwirtschaftlichen Betrieben zu erproben. Zur Gewährleistung der Funktionssicherheit unter den rauen Einsatzbedingungen werden neben einer Sensor-Selbstdiagnose auch eine kontinuierliche Überwachung der gemessenen NIR-Spektren im Feld und eine bedarfsgesteuerte Aktualisierung der Analysemodelle mittels Over-the-Air Update realisiert. Ferner sollen die für die Auswertung notwendigen Algorithmen entwickelt werden. Dabei wird ein besonderer Fokus auf Stickstoff gelegt, wobei die anderen Inhaltsstoffe mit bearbeitet werden. Basierend auf dem weiterzuentwickelnden NIR-Sensorsystem soll ein Verfahren zur automatisierten Erstellung der Analysemodelle aus Referenzdaten entwickelt werden, um eine genaue Nährstoffbestimmung über einen langen Betriebszeitraum sicherzustellen. Das Ziel ist die Entwicklung und Evaluierung einer ganzheitlichen Systemlösung bestehend aus einem NIR-Sensorsystem, einer Cloud-Lösung, mit Datenmanagement, Cloud-Monitoring und -Computing sowie die Entwicklung der Verfahren und der Algorithmen zur Bestimmung der Nährstoffgehalte des organischen Wirtschaftsdunges.

Qualifikation und Erprobung einer Sensorsystemlösung zur bedarfsgerechten Düngung in der Agrar- und Ernährungswirtschaft, Teilprojekt A

Bedarfsgerechtes Güllemanagement ist seit vielen Jahren eine vielschichtige Herausforderung für landwirtschaftliche Betriebe. Um den rechtlichen Rahmenbedingungen und Nachweispflichten nachzukommen, ist ein vielversprechender Lösungsansatz, die Gülle im Ausbringungsfahrzeug mittels NIR-Systems (Nahinfrarot) auf N-Gesamt (Gesamtstickstoff), NH4-N (Ammonium-N), P2O5 (Phosphor) und K2O (Kalium) sowie Trockenmasse hin zu analysieren. Eine breite Marktdurchdringung verlangt ein kompaktes, nachrüstbares und preisgünstiges NIR-System, welches die geforderte Genauigkeit und Qualitätsanforderungen erfüllt. Das Vorhaben iDentPlus setzt sich zum Ziel, eine Gesamtsystemlösung bestehend aus einem innovativen NIR-Sensorsystem basierend auf MEMS-IR-Detektoren und einem intelligenten Cloud-System mit KI-basierten Monitoring und Computing für den Feldeinsatz zu qualifizieren und bei einer hohen Anzahl von landwirtschaftlichen Betrieben zu erproben. Zur Gewährleistung der Funktionssicherheit unter den rauen Einsatzbedingungen werden neben einer Sensor-Selbstdiagnose auch eine kontinuierliche Überwachung der gemessenen NIR-Spektren im Feld und eine bedarfsgesteuerte Aktualisierung der Analysemodelle mittels Over-the-Air Update realisiert. Ferner sollen die für die Auswertung notwendigen Algorithmen entwickelt werden. Dabei wird ein besonderer Fokus auf Stickstoff gelegt, wobei die anderen Inhaltsstoffe mit bearbeitet werden. Basierend auf dem weiterzuentwickelnden NIR-Sensorsystem soll ein Verfahren zur automatisierten Erstellung der Analysemodelle aus Referenzdaten entwickelt werden, um eine genaue Nährstoffbestimmung über einen langen Betriebszeitraum sicherzustellen. Das Ziel ist die Entwicklung und Evaluierung einer ganzheitlichen Systemlösung bestehend aus einem NIR-Sensorsystem, einer Cloud-Lösung, mit Datenmanagement, Cloud-Monitoring und -Computing sowie die Entwicklung der Verfahren und der Algorithmen zur Bestimmung der Nährstoffgehalte des organischen Wirtschaftsdunges.

Ressourcenschonung in der kommunalen Abwasserreinigung unter dem Aspekt der Nährstoffrückgewinnung von Phosphor und Stickstoff und der Energieoptimierung

Ziel des Vorhabens ist es, ein gesamtheitliches Konzept zur Nährstoffrückgewinnung und Energieoptimierung auf der Kläranlage Felsalbe umzusetzen. Diese ist ausgelegt für 36.500 Einwohnerwerte (EW) und verfügt über eine zentrale Schlammbehandlungsanlage. Die technische Innovation des neuen Pilotprojektes besteht in der Kombination von Thermodruckhydrolyse im Teilstromverfahren und zwischengeschalteter Hochlastfaulung mit anschließender Fällung von Magnesiumammoniumphosphat. Es sollen jährlich 9.000 Kubikmeter Sekundärschlamm mit dem Ziel behandelt werden, 250 Tonnen Magnesiumammoniumphosphat aus dem Faulschlamm zurückzugewinnen. Magnesiumammoniumphosphat kann wegen seiner guten Pflanzenver- fügbarkeit direkt als Düngemittel eingesetzt werden. Zusätzlich ist geplant, aus einem Teil der im Schlamm enthaltenen Stickstofffracht Flüssigdünger in Form von Ammoniumsulfat (ca. 30 Tonnen pro Jahr) zu gewinnen, um so die anlageninterne Rückbe- lastung mit Ammonium zu verringern. Mit dem Vorhaben können mehr als 60 Prozent Phosphor zurückgewonnen werden. Die Gasausbeute soll sich um 15 Prozent und die Eigenenergieerzeugung von 10 auf 16 Kilowattstunden pro EW steigern. Der Energieverbrauch kann von 18 auf 16 Kilowattstunden pro EW gesenkt werden. Die damit verbundene Verringerung des CO 2 -Ausstoßes beträgt rund 75 Tonnen pro Jahr. Die Reduktion des Klärschlamms beträgt bis zu 15 Prozent, die Einsparung an Fällmittel bis zu 60 Prozent und von Polymer bis zu 50 Prozent. Branche: Öffentliche Verwaltung, Erziehung, Gesundheitswesen, Erholung Umweltbereich: Wasser / Abwasser Fördernehmer: Stadt Pirmasens Bundesland: Rheinland-Pfalz Laufzeit: seit 2016 Status: Laufend

Grundwassergütedaten Grundwasserbericht 2022 Niedersachsen

Die FeatureClass enthält die aktuellen Konzentrationen ausgewählter Grundwassergüteparameter für die Grundwassermessstellen der Messprogramme Wasserrahmenrichtlinie-Güte und Grundwassergüte. Sie dient der Darstellung der Gütedaten im Rahmen des Grundwasserberichts Niedersachsen. Die Darstellung erfolgt in separaten Layern für die einzelnen Güteparameter. Durch Klick auf eine Messstelle können weitere Informationen zum Parameter bzw. zur Messstelle abgerufen werden:- Parameterdatenblatt – Datenblatt mit tabellarischer Darstellung der Jahresmittelwerte und Zeitreihe der Konzentrationsentwicklung.- Messstellenbericht - Aktuellste Konzentrationen der an der Messstelle bestimmten Güteparameter.- Messstellenprofil – Informationen zum Ausbau der Messstelle. Die FeatureClass enthält die aktuellen Konzentrationen ausgewählter Grundwassergüteparameter für die Grundwassermessstellen der Messprogramme Wasserrahmenrichtlinie-Güte und Grundwassergüte. Sie dient der Darstellung der Gütedaten im Rahmen des Grundwasserberichts Niedersachsen. Die Daten werden in separaten Layern für die einzelnen Güteparameter angezeigt. Im Einzelnen sind die folgenden Layer enthalten: Gwb_Al - Aluminium, Gwb_NH4 - Ammonium, Gwb_AOX - AOX, Gwb_As - Arsen, Gwb_Pb - Blei, Gwb_KS8.2 - Basenkapazität pH 8,2, Gwb_B - Bor, Gwb_Ca - Calcium, Gwb_Cd - Cadmium, Gwb_Cr - Chrom, Gwb_Cl - Chlorid, Gwb_CN - Cyanid, Gwb_DOC – Gelöster organischer Kohlenstoff (DOC), Gwb_Fe - Eisen, Gwb_F - Fluorid, Gwb_K - Kalium, Gwb_Cu - Kupfer, Gwb_LHKW - LHKW, Gwb_LF - elektrische Leitfähigkeit, Gwb_Mg - Magnesium, Gwb_Mn - Mangan, Gwb_Na -Natrium, Gwb_Ni - Nickel, Gwb_NO3 - Nitrat, Gwb_NO2 - Nitrit, Gwb_PO4 - Ortho-Phosphat, Gwb_PSM - Pflanzenschutzmittel (PSM), Gwb_pH - pH-Wert, Gwb_Hg - Quecksilber, Gwb_SAK254 -SAK 254 / UV-Adsorption, Gwb_SAK436 - SAK 436 / Adsorption von sichtbarem Licht, Gwb_O2 - Sauerstoff, Gwb_Si - Silicium, Gwb_SO4 - Sulfat, Gwb_KS43 - Säurekapazität pH 4,3, Gwb_Zn - Zink.

Three-dimensional hydrochemical data of Lake Runstedt (Germany) for three campaigns in 2023

Lake Runstedt, around 30 km west of Leipzig, is a post-mining lake created by the flooding of the former Großkayna open-cast mine. After the end of the lignite mining, the pit was partially filled with industrial waste and fly ash for several decades. With high concentrations of ammonium in the sediment, oxygen consumption due to nitrification of ammonium released into the lake is a major challenge to the lake’s water quality. To ensure the oxygen supply in the hypolimnion (i.e. the bottom lake layer that is not affected by wind mixing) in summer, three aerators are operated in the lake by the Lausitzer und Mitteldeutsche Bergbau-Verwaltungsgesellschaft (LMBV). In 2023, the Freiberg University of Mining and Technology was commissioned by the BGR to carry out three measurement campaigns (end of July/beginning of August, mid-September, mid-October) on the lake using an autonomous surface vehicle (here: a catamaran-shaped robotic device) to assess the spatial effects of the aeration on lake water quality. The data set provided contains the collected three-dimensional data of water temperature, oxygen content, pH, electrical conductivity, turbidity and chlorophyll. In addition, laboratory analyses of water samples obtained with a Ruttner sampler are included. The data reflect the conditions before and after operation of the aerators. Detailed explanations can be found in the publication “Spatial heterogeneity of dissolved oxygen and sediment fluxes revealed by autonomous robotic lakewater profiling” (2025) by Röder et al. in the journal Limnology and Oceanography.

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