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s/auslaufverhalten/Auslaugverhalten/gi

Untersuchungen zur Ausbreitung von Haldenlösungen der Kalirückstandshalden am Beispiel der Halde Sollstedt, Thüringen

Durch die Verarbeitung und Förderung von Kalisalzen sind in Thüringen große Abraum- und Rückstandshalden entstanden. Die aufgehaldeten Salze werden niederschlagsinduziert aufgelöst und gelangen in Grund- und Oberflächengewässer. Das hoch mineralisierte Infiltrationswasser breitet sich im Grundwasser als Salzfahne aus und kann in Quellen wieder zutage treten. Am Beispiel der Kalirückstandshalde Sollstedt wird die Ausbreitung der in den Untergrund eingebrachten Salzlösung untersucht. Ziel des Vorhabens ist der Erwerb von Kenntnissen über die regionalen geologischen und hydrogeologischen Verhältnisse einerseits. Andererseits im Sinne der Wasserwirtschaft, Untersuchungen der Wasserverhältnisse im Hinblick auf ihre Salinität und Wasserwegsamkeit. Im Abstromgebiet der Halde Sollstedt liegen mehrere Quellen, die stark mineralisiert sind. Die Halde Sollstedt sowie der von ihr ausgehende Salzeintrag in Oberflächen- und Grundwässer ist aufgrund der topographischen Situation und der geologischen Verhältnisse als möglicher Teilverursacher der hohen Mineralisation der Quellen einzustufen. Als weiterer möglicher Teilverursacher der Quellwasserbelastung wird eine ehemalige Hausmülldeponie, die sich im vermuteten Einzugsbereich der Quellen befindet untersucht. Geogene Ursachen, wie bisher nicht bekannte, natürliche Salzvorkommen im Untergrund sind als Weitere Ursachen der hohen Quellwassermineralisation nicht auszuschließen.

Micro-scaled hydraulic heterogeneity in subsoils

Nutrient and water supply for organisms in soil is strongly affected by the physical and physico-chemical properties of the microenvironment, i.e. pore space topology (pore size, tortuosity, connectivity) and pore surface properties (surface charge, surface energy). Spatial decoupling of biological processes through the physical (spatial) separation of SOM, microorganisms and extracellular enzyme activity is apparently one of the most important factors leading to the protection and stabilization of soil organic matter (SOM) in subsoils. However, it is largely unknown, if physical constraints can explain the very low turnover rates of organic carbon in subsoils. Hence, the objective of P4 is to combine the information from the physical structure of the soil (local bulk density, macropore structure, aggregation, texture gradients) with surface properties of particles or aggregate surfaces to obtain a comprehensive set of physical important parameters. It is the goal to determine how relevant these physical factors in the subsoil are to enforce the hydraulic heterogeneity of the subsoil flow system during wetting and drying. Our hypothesis is that increasing water repellency enforces the moisture pattern heterogeneity caused already by geometrical factors. Pore space heterogeneity will be assessed by the bulk density patterns via x-ray radiography. Local pattern of soil moisture is evaluated by the difference of X-ray signals of dry and wet soil (project partner H.J. Vogel, UFZ Halle). With the innovative combination of three methods (high resolution X-ray radiography, small scale contact angle mapping, both applied to a flow cell shaped sample with undisturbed soil) it will be determined if the impact of water repellency leads to an increase in the hydraulic flow field heterogeneity of the unsaturated sample, i.e. during infiltration events and the following redistribution phase. An interdisciplinary cooperation within the research program is the important link which is realized by using the same flow cell samples to match the spatial patterns of physical, chemical, and biological factors in undisturbed subsoil. This cooperation with respect to spatial pattern analysis will include the analysis of enzyme activities within and outside of flow paths and the spatial distribution of key soil properties (texture, organic carbon, iron oxide content) evaluated by IR mapping. To study dissolved organic matter (DOM) sorption in soils of varying mineral composition and the selective association of DOM with mineral surfaces in context with recognized flow field pattern, we will conduct a central DOM leaching experiment and the coating of iron oxides which are placed inside the flow cell during percolation with marked DOM solution. Overall objective is to elucidate if spatial separation of degrading organisms and enzymes from the substrates may be interconnected with defined physical features of the soil matrix thus explaining subsoil SOM stability and -dynami

Gemengeanbau von Ackerbohnen und Ölfrüchten

Der Anbau von Ölpflanzen zur Gewinnung von Speiseöl und Energie ist bislang im Organischen Landbau wenig entwickelt. Zum einen mindern Probleme bei der Regulierung von Schaderregern und Unkraut die Wirtschaftlichkeit, zum anderen konkurriert der Anbau von Energiepflanzen um Fläche für die Erzeugung von Lebensmitteln. Der Gemengeanbau leistet einen Beitrag zur Diversifizierung im Ackerbau und lässt Synergie-Effekte zwischen den Gemengepartnern wirksam werden. Eine effizientere Ressourcennutzung, geringere Anfälligkeit gegenüber Schaderregern und reduziertes Unkrautaufkommen können zu höheren Gesamterträgen bzw. Gewinnen je Flächeneinheit führen. Im Hinblick auf diese Aspekte wird untersucht, inwieweit die Ölsaaten Öllein (Linum usitatissimum L.), Saflor (Carthamus tinctorius L.) bzw. Senf (Sinapis alba L.) für den jeweils zeitgleichen Anbau mit Ackerbohnen (Vicia faba L.) geeignet sind. In Abhängigkeit von verschiedenen Standraumzumessungen werden die Erträge und die Konkurrenzverhältnisse um Stickstoff und Wasser bei den jeweiligen Gemengepartnern untersucht,sowie die Ölsaaten hinsichtlich Ölgehalt und Fettsäurezusammensetzung analysiert. Arbeitshypothesen: - Der zeitgleiche Anbau von Ackerbohnen und Ölfrüchten führt zu höheren Gesamterträgen bei nur unwesentlich verminderten Ackerbohnen-Erträgen. - Die hauptsächlich im Bodenraum zwischen den Ackerbohnenreihen freigesetzten Stickstoffmengen werden zur Ertragsbildung der Ölfrüchte effizient genutzt. - Ein weiterer Abstand zwischen Ölfrucht- und Ackerbohnenreihe führt zu geringerer interspezifischer Konkurrenz und durch gleichmäßigere Durchwurzelung des Bodenraumes zur effizienteren Nutzung von bodenbürtig freigesetztem Stickstoff und Wasser. Die Folge sind, verglichen mit engerem Reihenabstand, höhere Ölfruchterträge und nur unwesentlich geringere Ackerbohnen-Kornerträge. - Die Ölfrüchte Saflor, Öllein und Senf nehmen aufgrund ihres Pfahlwurzelsystems Stickstoff auch aus tieferen Bodenschichten auf und senken so das Austragungspotential von bodenbürtig freigesetztem Stickstoff bzw. Stickstoff-Restmengen.

Origin and fate of dissolved organic matter in the subsoil

Dissolved organic matter (DOM) is one major source of subsoil organic matter (OM). P5 aims at quantifying the impact of DOM input, transport, and transformation to the OC storage in the subsoil environment. The central hypotheses of this proposal are that in matric soil the increasing 14C age of organic carbon (OC) with soil depth is due to a cascade effect, thus, leading to old OC in young subsoil, whereas within preferential flowpaths sorptive stabilization is weak, and young and bioa-vailable DOM is translocated to the subsoil at high quantities. These hypotheses will be tested by a combination of DOC flux measurements with the comparative analysis of the composition and the turnover of DOM and mineral-associated OM. The work programme utilizes a DOM monitoring at the Grinderwald subsoil observatory, supplemented by defined experiments under field and labora-tory conditions, and laboratory DOM leaching experiments on soils of regional variability. A central aspect of the experiments is the link of a 13C-leaf litter labelling experiment to the 14C age of DOM and OM. With that P5 contributes to the grand goal of the research unit and addresses the general hypotheses that subsoil OM largely consists of displaced and old OM from overlying horizons, the sorption capacity of DOM and the pool size of mineral-associated OM are controlled by interaction with minerals, and that preferential flowpaths represent 'hot spots' of high substrate availability.

Entwicklung des Eintrages von Nitrat, Nitrit und Ammonium unter sandigen landwirtschaftlichen Nutzflächen - Langzeitstudie Landkreis Gifhorn

Im Projekt erfolgt eine Langzeitbeobachtung des Eintrages von Nitrat, Nitrit und Ammonium in das sich unter landwirtschaftlichen Nutzflächen befindliche Grundwasser. Dazu werden im Landkreis Gifhorn seit 1989 ausgewählte Beregnungsbrunnen beprobt. Diese Erhebungen werden ergänzt durch eine Auswertung der beim Gesundheitsamt des Landkreises Gifhorn vorliegenden Daten zur Trinkwasserüberwachung. Herangezogen werden auch die Grundwasser-Überwachungsdaten aus den im Landkreis Gifhorn verbreitet anzutreffenden Trinkwasserschutzgebieten. Mit dem Projekt soll insbesondere der Fragestellung nachgegangen werden, in wieweit bei Böden mit hohem Nährstoffauswaschungspotential Stickstoffeinträge langfristig in immer tiefere Grundwasserbereiche verlagert werden. Da aus tieferen Grundwasserleitern in der Regel auch die öffentliche Trinkwasserversorgung gespeist wird, ist diese Fragestellung von besonderer Relevanz. Wegen des Vorhandenseins vielfach sandiger Böden in Kombination mit verbreitet intensiver Landwirtschaft und mit einer i.d.R. auf den landwirtschaftlichen Nutzflächen gegebenen Grundwasserneubildung, kann im Landkreis Gifhorn von einem insgesamt hohem Nährstoffauswaschungspotential ausgegangen werden. Das Untersuchungsgebiet Landkreis Gifhorn eignet sich daher gut als 'worst case'.

Entwicklung eines Schnellauslaugungsverfahrens zur Beurteilung von industriellen Nebenprodukten und Recycling-Baustoffen für den Einsatz im Straßenbau

Das Auslaugverfahren nach DEV S4 soll durch ein Schnellauslaugverfahren ergänzt werden, mit dem industrielle Nebenprodukte und RC-Baustoffe in ca. 30 Minuten in vergleichbarer Weise eluiert werden können wie nach dem Normverfahren. Das Verfahren soll so weit optimiert werden, dass es zur Eingangskontrolle bei der Anlieferung von Baustoffen zugelassen werden kann. Es sollen verschiedene Ultraschallsysteme erprobt und die Randbedingungen des Verfahrens so variiert werden, dass die Ergebnisse weitgehend denen aus dem modifizierten S4-Verfahren gleichen. Das Verfahren wird an auseinandergesiebten und nach vorgegebener Sieblinie zusammengesetzten Rückstellproben sowie an weiteren praxisrelevanten Baustoffen erprobt. Durch Vergleich mit laufenden praxisgerechten Feldversuchen an RC-Baustoffen können die für Routineanalysen wichtigen Parameter ermittelt werden. Eine Schnelluntersuchung einschließlich der Analyseverfahren soll modellhaft vorgeschlagen werden.

Linking nutrient cycles, land use and biodiversity along an elevation gradient on Mt. Kilimanjaro

To understand impacts of climate and land use changes on biodiversity and accompanying ecosystem stability and services at the Mt. Kilimanjaro, detailed understanding and description of the current biotic and abiotic controls on ecosystem C and nutrient fluxes are needed. Therefore, cycles of main nutrients and typomorph elements (C, N, P, K, Ca, Mg, S, Si) will be quantitatively described on pedon and stand level scale depending on climate (altitude gradient) and land use (natural vs. agricultural ecosystems). Total and available pools of the elements will be quantified in litter and soils for 6 dominant (agro)ecosystems and related to soil greenhouse gas emissions (CO2, N2O, CH4). 13C and 15N tracers will be used at small plots for exact quantification of C and N fluxes by decomposition of plant residues (SP7), mineralization, nitrification, denitrification and incorporation into soil organic matter pools with various stability. 13C compound-specific isotope analyses in microbial biomarkers (13C-PLFA) will evaluate the changes of key biota as dependent on climate and land use. Greenhouse gas (GHG) emissions and leaching losses of nutrients from the (agro)ecosystems and the increase of the losses by conversion of natural ecosystems to agriculture will be evaluated and linked with changing vegetation diversity (SP4), vegetation biomass (SP2), decomposers community (SP7) and plant functional traits (SP5). Nutrient pools, turnover and fluxes will be linked with water cycle (SP2), CO2 and H2O vegetation exchange (SP2) allowing to describe ecosystem specific nutrient and water characteristics including the derivation of full GHG balances. Based on 60 plots screening stand level scale biogeochemical models will be tested, adapted and applied for simulation of key ecosystem processes along climate (SP1) and land use gradients.

Biogeochemische Prozesse bei wiedereinsetzender Strömung und Sedimenttransport: Ein umfassendes Konzept für temporäre und permanente Fließgewässer

Das Projekt soll die Mechanismen klären, die die Biogeochemie (Metabolismus und Stickstoffaufnahme der mikrobiellen Gemeinschaft) in verschiedenen Chronologien der Wiederaufnahme des Flusses mit und ohne Sedimenttransport modulieren. Die Wiederaufnahme der Strömung nach der Trocknung wird als biogeochemisches Heißmoment betrachtet, bei dem hohe Metabolismusraten und Stickstoffaufnahme durch die Häufigkeit der vorherigen Trocknung beeinflusst werden. Die Mechanismen, die diesen Heißmoment modulieren, sind wenig bekannt. Bisher waren es vor allem Einzelfaktorstudien in temporären Bach- und Flussökosystemen. Allerdings treten Intermittenz und Wiederaufnahme der Strömung zunehmend auch in mehrjährigen Gewässerökosystemen auf und die Oberflächenströmung impliziert oft Sedimenttransport (z.B. Wanderrippel, Oberstufenebene), insbesondere in sandigen Gewässern. Darüber hinaus kann die Wiederaufnahme der Strömung verschiedenen Chronologien folgen, wie z.B. sofort bei Regen oder langsam bei steigendem Grundwasser, und die Konzentrationen von Nährstoffen und Kohlenstoff, die bei der Wiederaufnahme der Strömung ausgelaugt werden, können auch die biogeochemische Reaktion beeinflussen. Ich schlage ein neues allgemeines Konzept von 'intermittierenden Bachlebensräumen' für alle Bereiche eines Bachbettes vor, die trotz variabler Wechselwirkungen von Faktoren irgendwann trocken sind (z.B. Oberflächenwassermangel). Die hier vorgeschlagene Untersuchung der Mechanismen bei verschiedenen Chronologien der Strömungswiederaufnahme, gekoppeltem Sedimenttransport und in temporären und mehrjährigen Gewässerökosystemen wird zeigen, ob eine solche allgemeine und integrative Sichtweise angewendet werden kann. Die Wechselwirkungen von Strömungswiederaufnahme, Sedimenttransport, Nährstoff- und Kohlenstoffkonzentrationen und Trocknungshäufigkeit werden in Mikrokosmosversuchen mit Sedimentgemeinschaften von intermittierenden Lebensräumen aus mehrjährigen und temporären Strömen untersucht. Die Antwortvariablen unter Beachtung sind: Kohlenstoffstoffwechsel, gemessen an Veränderungen der Sauerstoffkonzentration in der Dunkelheit und im Licht, Netto-Stickstoffaufnahme durch Zugabe des stabilen Isotops 15N (15NH4Cl) und der Struktur und Architektur (z.B. Biofilm) der mikrobiellen Gemeinschaft (nur für gekoppelten Sedimenttransport). Die Ergebnisse werden zu einem vollständigen mechanistischen Bild der Kohlenstoff- und Stickstoffdynamik Gewässerökosystemen beitragen, die zu starken Strömungsschwankungen und Trocknung neigen. Die Ergebnisse werden es ermöglichen, die Wiederaufnahme der Strömung in die aktuellen Konzepte der Strömungsbiogeochemie zu integrieren. Ein solcher konzeptioneller Rahmen ist der Schlüssel für das Management von Ökosystemen im Mittelmeerraum und immer mehr gemäßigten Strömungen, die aufgrund der zunehmenden Wasserentnahme und des Klimawandels trocken werden.

Gewässermonitoring an Schienenwegen (Identifizierung und Quantifizierung der Schadstoffleistungen von Gleisabwässern)

Ressortforschungsplan 2024, Beurteilung endokriner Wirkungen von Bauprodukten in der Umwelt

Ökotoxische und mutagene Wirkungen von Bauprodukten können bereits zuverlässig anhand harmonisierter Testmethodik (CEN/TS 17459) beurteilt werden. Diese Methodik wird bereits erfolgreich bei der Vergabe des Blauen Engels eingesetzt (bisher in den Produktgruppen Pflastersteine, Dachbahnen und Dachsteine). Aktuell fehlt die Möglichkeit, die endokrinen Wirkungen von Bauprodukten gleichzeitig mit den ökotoxischen und mutagenen Wirkungen zu bewerten. Dieser Aspekt sollte mit Hilfe eines Projekts anhand experimenteller Untersuchungen in die Methodik ergänzt werden. Die bereits vorhandenen YES- und YAS-Tests (ggf. weitere vorhandene Tests) für endokrine Wirkungen sollten auf ihre Eignung und Aussagefähigkeit bei Bauprodukteluaten getestet werden. Bei den Untersuchungen sind sowohl Kurzzeiteluate (24 h) als auch Langzeiteluate (64 d) gemäß harmonisierter Auslaugtests CEN/TS 16637-2 / CEN/TS 16637-3 zu untersuchen. Um einen Überblick zu gewinnen, sind diverse Bauproduktgruppen mit Regen- oder Sickerwasserkontakt in der Anwendung vom Interesse. Basierend auf bisherige Ergebnisse zur Ökotoxizität (UBA-Veröffentlichung Texte 151/2022) sind drei Produktgruppen auszuwählen (z.B. Dachbahnen, Fugenmörtel und Kunstrasensysteme). Zusätzlich zu Screening-Tests und Produktprüfungen sollte ein Ringversuch durchgeführt werden mit dem Ziel, qualifizierte Labore für den Blauen Engel für die Durchführung von Ökotox-Tests inklusive des YES- und YAS-Tests zu identifizieren. Als Ergebnis werden zusätzlich zum Abschlussbericht eine peer reviewed -Veröffentlichung, eine veröffentlichte Prüfanleitung und eine Liste von geeigneten Prüfinstituten erwartet.

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