In the frame of the project microbial turnover processes of phosphorous shall be investigated in forest soils and drivers for the corresponding populations as well as their activity pattern shall be described. Furthermore microbial transport and uptake systems for phosphorous should be characterized to understand the competition between plants and microbes for phosphorous in more detail, in relation to the availability of phosphorous and other nutrients. Therefore it is planned to investigate different soil compartments with different nutrient amounts (litter layer - rhizosphere - bulk soil). To reach the described goal molecular metagenomic methods will be used to characterize the structure and function of microbial communities as well as to describe the regulation of selected important pathways. In addition quantitative real time PCR and enzymatic measurements will be used to describe the abundance and activity of the corresponding populations and to describe their relevance for P turnover in the different soil compartments under investigation. With this we hope to reconstruct mainly the microbial phosphorous cycle and give important data to improve the model development of P dynamics in forest soils.
Der Wechsel zwischen aerober und anaerober Stoffwechselprozesse in Böden findet überwiegend in Mikrohabitaten statt. Bodenaggregate stellen solche Mikrohabitate dar, in denen Sauerstoffverfügbarkeit durch Diffusionsbarrieren (wassergefülltes Porenvolumen) und die Sauerstoffzehrung durch mikrobielle Aktivität (Substrat) bestimmt wird. Ziel des Vorhabens ist es, auf mikroskaliger Ebene kritische Werte der Sauerstoffverfügbarkeit zu ermitteln, unter denen vorwiegend anaerobe Stoffwechselprozesse stattfinden. Dazu wird ein Durchflussmikrokalorimeter genutzt, in dem die unmittelbare Reaktion der mikrobiellen Aktivität auf stufenlos veränderbare Sauerstoffpartialdrücke bei einer gleichzeitigen Analyse von isotopenmarkierten Gasverbindungen (CO2, N2O, CH4) bestimmt werden kann. In Parallelansätzen in Mikrokosmen werden weitere wichtige Kenngrößen anaerober Stoffwechselprozesse wie organische Säuren und reduzierte Eisen- und Manganverbindungen ermittelt. Die Ergebnisse aus diesem Vorhaben sollen dazu beitragen, Prognosen über ablaufende Stoffwechselprozesse im Grenzbereich aerober und anaerober Zustände in Bodenaggregaten und bei natürlich oder anthropogen verursachten Veränderungen von Umweltbedingungen zu erstellen.
Die meisten Ökosysteme der Erde kommen in der 'tiefen Biosphäre' in permanenter Dunkelheit vor. Die Verwitterungszone - der unterirdische Teil der 'Critical Zone' - bildet einen aktiven Teil dieses Lebensraums. Wir werden die Formung dieser Zone mittels innovativer Isotopen- und geochemischer Methoden erforschen. Dieses Vorhaben ist Teil der 'DeepEarthshape' Projektgruppe, die Geochemie, Mikrobiologie, Geophysik, Geologie und Biogeochemie verbindet. 'DeepEarthshape' beruht auf den Erkenntnissen der ersten EarthShape Phase. An allen vier untersuchten Standorten ist die Verwitterungszone so tief, dass deren Basis in keinem der Bodenprofile angetroffen wurde. Jedoch wurden im gesamten Saprolith beträchtliche Mengen an mikrobieller Biomasse gefunden.Die Frage ist nun: wie trägt Niederschlag und Pflanzenbedeckung entlang des Earthshape-Transekts zur Formung der tiefen Verwitterungszone bei? Folgende Hypothesen werden geprüft: 1) die Verwitterungsfronten an den EarthShape-Standorten sind heute aktiv; 2) die Massenverluste durch Erosion und chemische Verwitterung werden durch die Abtiefung der Verwitterungsfront ausgeglichen; und 3) die Verwitterungszone umfasst eine Reihe von unterscheidbaren, komplexen Fronten, die unterschiedliche biogeochemische Prozesse widerspiegeln (z. B. Wasserinfiltration, Eisenoxidation, mikrobielle Aktivität und organischem Kohlenstoffkreislauf).Im Mittelpunkt aller DeepEarthshape Projekte steht eine Bohrkampagne, die durch geophysikalische Bildgebung der tiefen 'Critical Zone' ergänzt wird. An allen vier Standorten werden wir Bohrkerne entnehmen, die durch Boden und Saprolith hindurch bis in das unverwitterte Ausgangsgestein führen. Durch die innovative Kombination von Methoden der Uran-Zerfallsreihen (Bestimmung der Abtiefunggeschwindigkeit der Verwitterungsfront) mit in situ kosmogenem Beryllium-10 (Bestimmung der Abtragungsrate) werden wir das Gleichgewicht zwischen der Produktion von verwittertem Material in der Tiefe und dessen Verlust an der Oberfläche ermitteln. Zusätzlich werden wir die Tiefenverteilung von meteorischem kosmogenen 10Be als Proxy für die Wasserinfiltration und die des stabilen 9Be als Proxy für die silikatische Verwitterung in der Tiefe verwenden. Wir werden die mineralogische und chemische Zusammensetzung der Kerne beschreiben und Elementabreicherung, Dichte, Porosität, Öberfläche und den Redoxzustand von Eisen messen, um die Verwitterungsfronten zu lokalisieren. Mit den Ergebnissen können wir den Einfluss von Klima und Vegetation auf die Bildungsmechanismen der einzelnen Verwitterungsfronten bestimmen. Der relative Einfluss dieser zwei Faktoren wird anhand eines Massenbilanzmodells ermittelt, welches Verwitterungskinetik und Nährstoffbedarf der nachwachsenden Pflanzenmasse verknüpft. Dieses Vorhaben leitet somit einen Beitrag, mit dem der Einfluss der tiefen Biosphäre und der tiefen 'Critical Zone' auf den CO2-Entzug aus der Atmosphäre und damit das Klima der Erde bilanziert werden kann.
Nikotinsaeure hat in der chemischen Industrie eine bedeutende Stellung. Die Nikotinsaeure ist das Provitamin zum Nikotinsaeureamid und hat die gleiche biologische Aktivitaet. Sie wird als Zusatzstoff in Nahrungs- und Futtermitteln eingesetzt. Ein herkoemmliches Verfahren zur Herstellung von Nikotinsaeure ist die homogen katalysierte Oxidation von 2-Methyl-5-ethyl-Pyridin mit HNO3 und anschliessender Decarboxylierung. Nachteil dieser zweistufigen Reaktion ist einerseits die anfallende Salzfracht und der Verlust von Geruestkohlenstoff durch Totaloxidation (Lonza-Verfahren). Das Nikotinsaeureamid wird zweistufig durch Ammoxidation des 3-Picolin zum 3-Cyanpyridin und Verseifung der Nitrilgruppe hergestellt. Beide Schritte sind heterogen katalyisiert (Degussa-Verfahren). Ein einstufiger Prozess durch Direktoxidation mit Sauerstoff ist oekonomisch wie oekologisch wuenschenswert. Die Oxidation von 3-Picolin zur Nikotinsaeure wird mit Sauerstoff bzw. Luft in einem Temperaturbereich von 250-400 Grad Celsius durchgefuehrt. In der heterogen katalysierten Oxidation von 3-Picolin wird Wasserdampf als Traegergas verwendet. Wasser ist bis auf den energetischen Aspekt ein unkritisches Loesemittel, und dient der Waermeabfuhr und der Erleichterung der Desorption des Produktes von der Katalysatoroberflaeche. Da bei der Direktoxidation keine Salzfrachten anfallen und die Nebenprodukte allein Wasser und CO2 sind, entfallen aufwendige Prozessschritte zur Reinigung des Produktes und die Entsorgung der Salze. Die Gasphasenoxidation wird in einem Integralfestbettreaktor durchgefuehrt. Im Festbett koennen wegen der exothermen Reaktion 'Hot Spots' entstehen, die eine Totaloxidation zu CO2 bevorzugen. Durch kurze Verweilzeiten und geeigneter Traegergase mit hoher Waermekapazitaet und/oder Waermeleitfaehigkeit koennen die 'Hot Spots' ganz oder teilweise vermieden werden. Die entstehenden Carbonsaeuren werden nach Austritt aus dem Reaktor aus dem Prozessgas kristallisiert und damit als Feststoff gewonnen.
Das kontinuierliche Wahrnehmen von Umweltbedingungen und die nachfolgende Adaption sind bei einzelligen Organismen die Voraussetzung zum Überleben. Bei pathogenen Bakterien ist dies gleichzeitig mit der Induktion der Expression von Virulenzgenen verbunden. Eine Vielzahl von Reizleitungssystemen, die für diese Prozesse verantwortlich sind, konnten in den letzten Jahren identifiziert werden. Diese Systeme sind relativ einfach gebaut und bestehen aus einer Sensorkinase und einem Antwortregulator. Die eigentlichen Reize, die durch diese Sensorproteine 'gefühlt' werden, sowie die Mechanismen der Reizaufnahme und Signalweiterleitung sind allerdings für die meisten Systeme bisher unbekannt. Ich möchte in diesem Projekt am Beispiel der Sensorkinasen EnvZ (Osmosensor), CpxA (Wahrnehmung von Streß auf die bakterielle Zellhülle, pH) und des Sensors und Transkriptionsaktivators CadC (pH-Sensor) aus Escherichia coli die Natur des Reizes sowie die molekularen Mechanismen der Reizaufnahme untersuchen. Die Osmolarität hat auch einen bedeutenden Einfluss auf die Regulation der Expression der Virulenzgene bei verschiedenen pathogenen Bakterien. Ziel der Untersuchungen ist es, die Sensorkinase EnvZ (Osmosensor) aus Shigella flexneri erstmalig biochemisch zu charakterisieren. Weiterhin soll mittels 2D-Elektrophorese nach weiteren Proteinen in S.flexneri gesucht werden, die in Abhängigkeit von Veränderungen der Osmolarität phosphoryliert werden.
Die Nährstoffeinträge über die Flüsse zeigen trotz großer interannueller Unterschiede eine abnehmende Tendenz. Die Abfluss-normierten Einträge nehmen seit Mitte der 1980er Jahre mit einer Rate von 2 bis 3% pro Jahr stetig ab. Für Trenduntersuchungen eignen sich die Nährstoffkonzentrationen im Winter aufgrund der niedrigen biologischen Aktivität am Besten. Für Phosphat und gelösten anorganischen Stickstoff (DIN) ist sowohl für die offene Deutsche Bucht als auch für das Wattenmeer eine signifikante Abnahme im Winter zu verzeichnen. Die auf den Salzgehalt 30 normierten winterlichen Nährstoffkonzentrationen in der Deutschen Bucht und im Wattenmeer korrelieren signifikant mit den abflussnormierten Flussfrachten. Die auf den Salzgehalt 30 normierten Phosphatkonzentrationen im Wattenmeer und im Küstengewässer lagen im Jahr 2006 mit 1,06 ± 0,05 µmol/L (32,8 ± 1,5µg/L P) noch oberhalb des im Rahmen vom BLMP für die Küstengewässer und das Wattenmeer festgelegten Orientierungswertes von 0,6 µmol/L (18,6 µg/L P). Die auf den Salzgehalt 30 normierten Konzentrationen des gelösten anorganischen Stickstoffs waren im Jahr 2006 mit 44,7 ± 3,2 µmol/L (0,63 ± 0,05 mg/L N) gut dreimal höher als die Orientierungswerte von 11 bis 14 µmol/L (0,15 bis 0,20 mg/L N).
As part of PhytOakmeter platform (www.phytoakmeter.de), soil chemical parameters were determined each year between 2014 and 2024. Soil pH was measured using a glass electrode in a 1:2.5 soil-to-0.01 M CaCl2 suspension after one hour of equilibration. Gravimetric soil moisture was assessed with a fully automated moisture analyzer (DBS60-3, KERN & SOHN GmbH, Balingen, Germany), here defined as soil moisture (MOI). Total nitrogen (TN) and total carbon (TC) contents in the soil were analyzed in triplicate through dry combustion using a Vario elemental analyzer (EL III, Elementar, Hanau, Germany), and the carbon-to-nitrogen ratio (TC/TN) was subsequently calculated from these values. To evaluate the potentially bioavailable soil organic carbon and nitrogen for microbial activity, hot water-extractable carbon and nitrogen (HWC and HWN, respectively) were determined following the methods of Ghani et al. (2003) and Schulz et al. (2011). Additionally, the labile organic carbon and nitrogen easily decomposable by soil microorganisms were measured as cold water-extractable carbon (CWC) and nitrogen (CWN) based on procedures described by Zsolnay (1996), Zakharova et al. (2015), and Schmidt et al. (2017). Ammonium and nitrate (NH4±N and NO3—N, respectively) were quantified, with their sum representing the total mineral nitrogen content (Nmin).
Sauerstoffhaltige polyzyklische aromatischen Kohlenwasserstoffe (OPAK) können bei Verbrennungsprozessen oder durch sekundäre Transformation aus PAK in der Umwelt entstehen. Einige OPAKs zeigen eine höhere Toxizität, Bioverfügbarkeit und Mobilität in Böden als PAKs. Um das Umweltrisiko von PAKs und OPAKs einschätzen zu können, muss die OPAK-Entstehung verstanden werden. Dazu müssen primäre (aus Verbrennung) und sekundäre photochemische und mikrobielle Quellen von OPAKs unterschieden die Transformation von PAKs zu OPAKs besser verstanden werden. Unser Ziel ist, mithilfe von substanzspezifischen Stabilisotopenverhältnissen primäre und sekundäre OPAK-Quellen in Aerosolen und Böden am Beispiel des Muttersubstanz-Derivat-Paars Anthracen (ANTH) und 9,10-Anthrachinon (9,10-AQ), des oft häufigsten OPAK, zu unterscheiden. Wir prüfen fünf Hypothesen: (i) Primäres und sekundäres 9,10-AQ kann mithilfe der substanzspezifischen C- und H-Isotopenverhältnisse (d13C- und d2H-Werte) unterschieden werden. (ii) Photochemisch produziertes 9,10-AQ zeigt einen spezifischen d2H-Wert. (iii) Die Unterschiede der d13C- und d2H-Werte von 9,10-AQ aus den drei Quellen (primär, sekundär photochemisch und mikrobiell) ermöglichen die Lösung eines Drei-Komponenten-Mischungsmodells. (iv) Der Beitrag des biologisch produzierten 9,10-AQ steigt mit der mikrobiellen Aktivität im Boden, die wir als CO2-Freisetzung aus pflanzenfreien Mikrokosmen messen werden, und der Beitrag des photochemisch produzierten 9,10-AQ ist in ländlichen Böden höher als in städtischen. (v) Wenn die Bodenmikroorganismen vergiftet werden, werden keine OPAKs aus PAKs produziert. Um die fünf Hypothesen zu prüfen, werden wir drei Arbeitspakete (AP) realisieren. Jedes AP umfasst einen experimentellen und einen Beobachtungs-Teil. Im ersten AP werden wir d13C- und d2H-Werte von ANTH und 9,10-AQ sowie zum Vergleich auch von Benz(a)pyren (B(A)P) als reines Verbrennungsprodukt in den gesamten in der Atmosphäre suspendierten Partikeln (TSP) aus der Verbrennung von Biomasse und fossilen Energieträgern bestimmen. Im zweiten AP werden wir die d13C- und d2H-Werte von 9,10-AQ aus photochemischer Entstehung in der Atmosphäre und im dritten AP aus mikrobieller Entstehung im Boden bestimmen. Wir werden TSP aus den Emissionen einer experimentellen Verbrennung von Biomasse und fossilen Brennstoffen und städtischer und ländlicher Luft untersuchen. Wir werden an ein künstliches Aerosol sorbiertes ANTH der Sonneneinstrahlung in Glaskugeln aussetzen und mikrobielle Umsatz-Experimente in Mikrokosmen mit ländlichen Böden, zu denen wir ANTH hinzudotieren, durchführen. Außerdem werden wir die vertikale Verteilung von ANTH, B(A)P und 9,10-AQ und deren d13C- und d2H-Werte in Moder-Waldbodenauflagen, in denen der Abbaugrad der PAK mit der Tiefe zunimmt, untersuchen. In allen TSP- und Bodenproben werden wir PAK- und OPAK-Gehalte sowie d13C- und d2H-Werte von ANTH, 9,10-AQ und teilweise auch B(A)P bestimmen.
Die Vielfalt und Aktivität der Bodengemeinschaften aus Pilzen, Bakterien, Archaeen und anderen Einzellern ist wichtig für Funktionen wie die C Speicherung, die Resilienz von Bäumen gegenüber dem Klimawandel und den Umsatz von organischen Bestandteilen. Es gibt zwar mit der Bodenzustandserhebung im Wald (BZE) ein bundesweites Monitoring, welches Auskunft über die Vitalität der Bäume und den physikochemischen Bodenzustand gibt. Die Bodenbiologie wird dabei allerdings nicht berücksichtigt. Ein erweitertes systematisches Monitoring kann helfen, Zusammenhänge zwischen standörtlichen Gegebenheiten und Bodenorganismen und deren Funktionen besser zu verstehen. Dieses Projekt zielt daher darauf ab, die umfangreichen Daten der BZE mit neu erhobenen Daten zu Biodiversität und biologische Aktivität im Boden zu verknüpfen. Im Zuge der dritten BZE soll eine deutschlandweite Probennahme an BZE-Punkten und auf Flächen des Level-II-Intensivmonitorings stattfinden. Die Proben sollen hinsichtlich der Biodiversität mithilfe molekularer und komplementärer Verfahren zur Messung von Biomasse und Aktivität analysiert werden. Ziel ist ein besseres prozessbasiertes Verständnis des Beitrags von Wäldern und Waldböden zu ausgeglichenen und nachhaltigen biogeochemischen Kreisläufen. Daraus lassen sich waldbauliche Handlungsempfehlungen zur Vorbeugung und Anpassung an den globalen Wandel entwickeln. Gleichzeitig kann eine Wissenslücke zum Zustand der Biodiversität in Deutschlands Waldböden geschlossen werden.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 900 |
| Europa | 45 |
| Kommune | 1 |
| Land | 43 |
| Weitere | 6 |
| Wissenschaft | 475 |
| Zivilgesellschaft | 14 |
| Type | Count |
|---|---|
| Daten und Messstellen | 9 |
| Ereignis | 1 |
| Förderprogramm | 887 |
| Text | 23 |
| unbekannt | 12 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 24 |
| Offen | 907 |
| Unbekannt | 1 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 792 |
| Englisch | 288 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 4 |
| Datei | 6 |
| Dokument | 14 |
| Keine | 504 |
| Unbekannt | 1 |
| Webseite | 405 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 751 |
| Lebewesen und Lebensräume | 932 |
| Luft | 516 |
| Mensch und Umwelt | 932 |
| Wasser | 641 |
| Weitere | 920 |