Die Versalzung von Böden stellt ein zunehmendes Risiko für die Produktivität im weltweiten Nassreisanbau dar, welcher die Ernährung für etwa 50% der Weltbevölkerung sichert. Es ist jedoch nicht abschließend geklärt, wie sich Salzstress auf den Kreislauf der organischen Bodensubstanz (SOM) und den Vorrat an organischem Kohlenstoff in Paddy-Böden auswirkt, insbesondere in afrikanischen Reisanbausystemen. Vereinzelte Forschungsarbeiten deuten darauf hin, dass Salinität und Sodizität unterschiedliche Wirkungen im SOM-Kreislauf entfalten, aber nur sehr wenige Studien haben bislang die Auswirkungen von salinen und sodischen Bedingungen auf die drei allgemeinen Faktoren des SOM-Umsatzes direkt miteinander verglichen, d. h. den OM-Eintrag (Menge und Qualität der Ernterückstände), OM-Abbau und Mineralisierung sowie SOM-Stabilisierungsmechanismen. Um diese Wissenslücke zu schließen, zielt das vorliegende Projekt darauf ab, Prozesse und Kontrollmechanismen entlang der SOM-Prozesskaskade unter salzbeeinflussten Bedingungen tropischer ostafrikanischer Paddy-Böden zu untersuchen. Das Projekt kombiniert Labor- und Feldexperimente in Zentralmosambik und stützt sich dabei auf definierte Bodenversalzungskategorien mit sowohl salzfreien und jeweils durch Salinität bzw. Sodizität geprägten Böden. Entlang dieser Kategorien werden physikochemische Bodeneigenschaften, der SOC-Eintrag und die daraus resultierenden SOC-Vorräte untersucht, um so Steuerungsfaktoren der SOM-Sequestrierung zu ermitteln. Dichtefraktionierung in Kombination mit Radiokohlenstoffanalysen wird zur Charakterisierung funktioneller SOM-Fraktionen und ihres Umsatzes eingesetzt. Durch chemolytische Analyse molekularer Biomarker wird die chemische Zusammensetzung und der mikrobielle bzw. pflanzliche Ursprung der SOM unter variablen Salzeinfluss erfasst. Zur Bewertung des SOM-Eintrags wird ein Feldversuch mit Streubeuteln über einen vollständigen Anbauzyklus durchgeführt, der die Bestimmung der Zersetzungsdynamik von Reisstroh unter den verschiedenen Salzregimen ermöglicht. Insbesondere werden wir den Massenverlust der Streu, den relativen Beitrag von Invertebraten und Mikroorganismen zur Zersetzung der Rückstände und die entsprechende Veränderung der Streuqualität mittels 13C-NMR-Spektroskopie quantifizieren. Schließlich gewährt ein Inkubationsexperiment unter feldnahen Bedingungen mit isotopisch markiertem Reisstroh Einblicke in die C-Flüsse, die Aufnahme von Reisstroh-C in funktionale SOM-Fraktionen, sowie die Wechselwirkungen zwischen SOM und der Mineralphase unter variablen Redoxbedingungen. Insgesamt bietet unser Projekt zum ersten Mal die Möglichkeit, die verschiedenen Prozesse und kontrollierenden Faktoren entlang der SOM-Prozesskaskade in Paddy-Böden unter salzbeeinflussten Bedingungen zu erfassen und damit ein konzeptionelles Modell für die Auswirkungen verschiedener Salzbelastungen auf die SOM-Sequestrierung zu entwickeln.
Der Petén-Itzá-See, gelegen in den nördlichen Neotropen Zentralamerikas, ist ein einzigartiger Ort, um den Klima- und Umweltwandel in der Vergangenheit und Gegenwart zu verstehen. Aufgrund seiner Anfälligkeit für bedeutende Klimatreiber wie die Innertropische Konvergenzzone (ITCZ) und die Atlantische Meridionale Umwälzzirkulation (AMOC) bietet der See eine ideale Umgebung zur Untersuchung der Auswirkungen klimatischer und vulkanischer Ereignisse auf die Landschaft und die Reaktion der Ökosysteme. Seine Nähe zu großen vulkanischen Zentren in West-Zentralamerika macht ihn zu einem besonderen Standort, um die Wechselwirkung von Klima und Vulkanismus im Laufe der Zeit zu erforschen und die kombinierten Auswirkungen auf terrestrische und aquatische Ökosysteme zu bewerten. Im Jahr 2006 wurden vom International Continental Scientific Drilling Program (ICDP) Sedimentkerne aus dem Petén-Itzá-See gewonnen, die eine der längsten und ältesten kontinentalen Sedimentabfolgen in den nördlichen Neotropen darstellen und etwa 400.000 Jahre umfassen. Durch jüngste Fortschritte in der Chronologie dieses Archivs ist es nun möglich, Klimasignale zu untersuchen, die älter als 80.000 Jahre sind, einschließlich des MIS5-Interglazials (Marines Isotopenstadium 5; 130-70 ka BP). Diese Periode, die als Analogon zur heutigen globalen Erwärmung betrachtet wird, ist besonders wertvoll, um die Reaktionen von Ökosystemen in einer biodiversen und dicht besiedelten Region wie den Tiefländern Zentralamerikas zu verstehen und mögliche Anwendungen für zukünftige Klimaszenarien abzuleiten. Dieses Projekt zielt darauf ab, die Auswirkungen des früheren Klimas auf terrestrische und aquatische Ökosysteme in den Tiefländern Zentralamerikas während MIS5 zu analysieren. Wir werden innovative Biomarker, darunter n-Alkane und GDGTs, anwenden, um Veränderungen in der Produktivität des Sees, der Vegetationsdecke, den Wasserspiegeln, der Sauerstoffversorgung am Grund und der atmosphärischen Temperatur zu rekonstruieren. Durch die Analyse dieser Proxys möchten wir klimatische Unterschiede und mögliche Umweltunterschiede in den Neotropen identifizieren. Das Projekt wird auch die Reaktion der Ökosysteme auf zwei bedeutende quartäre Eruptionen untersuchen, die in den Sedimenten des Petén-Itzá-Sees dokumentiert sind: L-Tephra (124 ka BP) und Los Chocoyos (75 ka BP), die in verschiedenen Klimakontexten auftraten. Wir werden dabei speziell untersuchen, ob diesen Ereignissen ein vulkanischer Winter folgte, und die Erholungszeiten von See und Landschaft analysieren. Diese Forschung wird wertvolle Erkenntnisse für die Paläoklimatologie und Vulkanologie sowie für die Untersuchung des quartären Klimas in den globalen Tropen liefern und gleichzeitig relevante Daten für die Planung der Resilienz von Ökosystemen in den Tiefländern Zentralamerikas bereitstellen.
Gegenstand des Vorhabens ist die organisch-geochemische Untersuchung von diatomeenspezifischen organischen Verbindungen (Biomarker) aus Sedimenten des Südpolarmeeres für die letzten ca. 150.000 Jahre. Diatomeen sind die wichtigsten Primärproduzenten südlich der heutigen Antarktischen Polarfront. Die Kohlenstoffisotope und Anteile der in den Sedimenten überlieferten Biomarker aus Diatomeen spiegeln unmittelbare Veränderungen in der Meerwasserchemie, ozeanischen Zirkulation und der Primärproduktivität wider und sind daher ein ausgezeichneter Indikator für klimagekoppelte Umweltveränderungen. Die Untersuchungen basieren auf etablierten Methoden der organischen Geochemie, Biomarkenanalytik und Isotopengeochemie und sind somit ohne methodische Neuentwicklungen durchzuführen.
Die Vorhersage und Anpassung der Gesellschaft an die Folgen des gegenwärtigen Klimawandels benötigt ein tiefes Verständnis der natürlichen, internen Wechselwirkungen an der Erdoberfläche, unabhängig vom Einfluss der Menschen. Die arktische Tundra und die borealen Wälder reagieren besonders sensitiv auf Klimaveränderungen und beeinflussen globale biogeochemische und biophysikalische Mechanismen maßgeblich, z.B. über ihr Feuerregime. Allerdings sind die langfristigen Wechselwirkungen zwischen Feuerregime, Vegetation und Klima weitestgehend unklar, obwohl gerade die langfristige natürliche Variabilität stark die kurzfristige Variabilität beeinflusst. Besonders unbekannt ist, ob und wie die derzeitig stark ansteigenden Temperaturen über der Arktis zu Verschiebungen der Biome und zu Veränderungen der Feuerregime führen. Daher wird dieses Projekt nordostsibirische Feuerregimeveränderungen während mehrerer plio- und pleistozäner Interglaziale untersuchen und dabei das einzige kontinuierliche Sedimentarchiv der letzten 3,6 Millionen Jahre nutzen: den ICDP-See El'gygytgyn. Mit einer Fokussierung auf Interglaziale verschiedener klimatischer Ausprägung (z.B. der Temperaturen) und Vegetationstypen (Tundra, sommergrüner, immergrüner Nadelwald) bearbeite ich die höchst-relevanten Fragen, was die Langfriständerungen der Feuerregime in den hohen nördlichen Breiten steuert ist - Klima oder Vegetation, und welche internen Feuer-Permafrost Interaktionen die Vegetation stabilisieren oder destabilisieren. Regionale Feuerregime werden untersucht über die Analyse von mikroskopischer Holzkohle als Proxy für Hochintensitätsfeuer, die für den immergrünen Nadelwald charakteristisch sind, und, von den gleichen Proben, die neuen sedimentären Proxies für Geringtemperaturfeuer - die Anhydrozucker Levoglucosan und seine Isomere. Diese Biomarker entstehen bei Biomasseverbrennung kleiner als 350 Grad Celsius, z.B. in den für die sommergrünen borealen Lärchenwälder charakteristischen Bodenfeuern. Um die Steuergrößen für Feuerregimeveränderungen zu identifizieren werden die Feuerrekonstruktion statistisch mit Vegetationsrekonstruktionen von Pollen und unabhängigen Klimarekonstruktionen aus dem gleichen Archiv bzw. aus der Kompilation regionaler und globaler Archive verglichen. Um zu quantifizieren, inwieweit häufige Feuer die Permafrostdegradierung und -erosion und damit die internen Vegetations-Permafrost-Interaktionen beeinflussen, werden die Feuerzeitreihen mit regionalen und lokalen Erosionsproxyreihen aus der neuen Auswertung von Korngrößendaten mittels Endmember-Modellierung verglichen. Dabei ermöglichen die Probennahme und die Analysestrategie robuste und quantitative Aussagen, unabhängig von der absoluten Altersunsicherheit der Proben. Dadurch wird das Projekt zu einem neuen und essentiellen Verständnis zeitskalenabhängiger Wechselwirkungen zwischen Klima, Feuer, Vegetation und Permafrost beitragen um die derzeitigen Umweltveränderung langfristig besser einordnen zu können.
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.
Aktuelle Publikationen und Tagungen zum Thema Biomonitoring belegen, dass die Anwendung molekularer Biomarker in Biotaproben zur Identifikation von Umwelteinflüssen auf genetischer Ebene immer mehr an Bedeutung zunimmt. Das Ziel dieser Studie war es daher zu überprüfen, ob die Verwendung von Biomarkern auf genetischer Ebene in Jahreshomogenatproben der Umweltprobenbank (UPB) des Bundes prinzipiell ebenfalls möglich ist. Im Rahmen dieser Machbarkeitsstudie wurden Untersuchungen mit archivierten Muskulatur- und Leberproben von Brassen (Abramis brama) durchgeführt, da diese zum einen im UPB-Programm schon langjährig beprobt werden. Zum anderen sind Fische in der aquatischen Umwelt einer Vielzahl von Schadstoffen ausgesetzt, so dass sich hier viele potentielle Anwendungen ergeben. Weiterhin liegen für Fische umfangreiche Daten aus genetischen Untersuchungen im Labor vor. So ist es durch die Ableitung aus den bekannten Gensequenzen des Zebrabärblings (Danio rerio), einer mit dem Brassen verwandten Spezies, gelungen, Gene zu identifizieren, die im Brassen durch unterschiedliche Stressoren reguliert werden. Es konnten sowohl Marker detektiert werden, die wirkstoff-unspezifisch reguliert werden, als auch solche, die als wirkstoff-spezifisch anzusehen sind. Als Wirkstoff-unspezifischer Marker konnte das Gen des so genannten Hitzeschockproteins (HSP; heat shock protein) identifiziert werden. HSP wird durch die unterschiedlichsten Stressoren sehr schnell reguliert und repräsentiert dahingehend einen Indikator, der Auskunft darüber gibt, in welchem allgemeinen Stresszustand sich der untersuchte Organismus befand. Als Wirkstoffspezifische Marker wurden die Gene des Metallothioneins, das durch verschiedene Schwermetalle, und des Vitellogenins, das durch östrogenwirksame Substanzen in der Expression stark beeinflusst werden, gewählt. Für diese Gene konnte in Brassenlebern eine von den Expositionsbedingungen abhängige Aktivität nachgewiesen werden. So zeigten Fische von belasteten Standorten im Vergleich zu einem Referenzstandort eine höhere Expression dieser Gene. Die vorliegende Studie zeigt damit prinzipiell, dass molekulare Biomarker auch in Brassenproben der Umweltprobenbank des Bundes im Sinne eines retrospektiven Monitoring erfolgreich Anwendung finden können. Mit Hilfe der DNA-Microarray Technik wird es nun möglich, entsprechende Untersuchungen auf eine Vielzahl relevanter Gene auszuweiten und an einer großen Probenzahl durchzuführen. Damit könnten die bisher schon erfolgreich durchgeführten retrospektiven Untersuchungen von UPB-Proben zur Exposition von Fischen gegenüber Schadstoffen mit Daten zu möglichen Effekten auf genetischer Ebene ergänzt werden. Da Biomarker geschlechtsspezifisch unterschiedlich reagieren können (z.B. Vitellogenin), wird empfohlen, insbesondere die Brassen für die UPB zukünftig nach Geschlechtern getrennt zu beproben und einzulagern, um so die Anwendungsmöglichkeiten noch zu erweitern.
Rhizodeposition der Pflanzen ist eine wichtige primäre Kohlenstoff- (C) und Energiequelle für Bodenorganismen. Die Ziele dieses Projektes sind die Abschätzung des C-Eintrages durch Mais in den Boden, die Verfolgung des wurzelbürtigen C in der ganzen Nahrungskette im Boden und die Aufstellung von C-Bilanzen. Mais wird in der 13CO2- und 14CO2-Atmosphäre markiert, um zwischen den wurzelbürtigen und bodenbürtigen C zu unterscheiden und den Haushalt des wurzelbürtigen C zu bestimmen. Der Einbau von wurzelbürtigem C in Mikroorganismen, Nematoden, Collembolen und Predatormakrofauna wird quantifiziert. 14C-Phosphor-Imaging der Wurzel ermöglicht es Hotspots der Rhizodeposition und der Exsudation zu lokalisieren. 13C-Pulsmarkierung wird die Empfindlichkeit der Koppelung des 13C mit Biomarker der Bakterien und Pilze (PLFA, Ergosterol) und Collembolen (neutrale Lipide) wesentlich erhöhen. Die Verzögerung zwischen der Photoassimillation der Pflanze, Wurzelexsudation in die Rhizosphäre und Einbau vom wurzelbürtigen C in die einzelnen Organismen wird bestimmt. Dies wird die Aufstellung und Modellierung des C-Flusses durch die Nahrungsketten im Boden ermöglichen. Durch mehrfache 13C-Pulsmarkierung von Mais wird eine hohe 13C-Anreicherung der Mikroorganismen erreicht, um anschließend die aktivsten Spezies in der Rhizosphäre mit Hilfe von Stable Isotope Probing (SIP) zu bestimmen.
Aussergewoehnliche gesundheitliche Belastungen der Wismut-Beschaeftigen zu DDR-Zeeiten - insbesondere durch Radioaktivitaet - lassen fuer die naechsten Jahre eine hohe Zahl an Berufserkrankungen erwarten. Die Berufsgenossenschaften muessen sich im Praeventionsbereich darauf mit der Entwicklung geeigneter Instrumentarien fuer Vorsorge und Frueherkennung vorbereiten. - Ziel: Charakterisierung des strahlenexponierten Risiko-Kollektivs; Ermittlung der diagnostischen Verfahren, die fuer eine regelmaessige Vorsorge geeignet sind, d.h. Sensitivitaet und Spezifitaet der Verfahren im Hinblick auf spezifische Einwirkungen und ihre Beziehungen zur Kanzerogenese; Ermittlung von Hoechst-Risikogruppen; Unterscheidung zwischen beruflich bedingten und ausserberuflich bedingten Tumoren. - Methodik: Repraesentative Auswahl von 100 ehemaligen Wismut-Beschaeftigten mit hoher Strahlenbelastung und 50 Kontrollpersonen; Gewinnung von Untersuchungsmaterial durch broncho-alveolaere Lavage und Buerstenbiopsie sowie aus Lymphozyten, Sputum und Tumorgewebe; Charakterisierung nachweisbarer Zellveraenderungen, die indikativ fuer Schaeden der zellulaeren genetischen Substanz durch radioaktive Strahlung und genotoxische Arbeitsstoffe sind; Einsatz aller derzeit verfuegbaren und ausgewiesenen Methoden des Nachweises genetischer Zellschaeden: Marker der DNA-Schaedigung in Zielzellen und Surrogatzellen, sytologische und zythogenetische Marker, Marker der veraenderten Genexpression (p53-Protin im Serum, Onkogenprodukte); Ausarbeitung und Optimierung des Methodenarsenals. - Umsetzung geplant: Medizinisches Vorsorgeprogramm fuer Wismut-Beschaeftigte (Screening, Biomonitoring).
In Projekt P2 werden wir die Chrolonolgie und Intensität der menschlichen Besiedelung der Bale-Mountains untersuchen und deren Auswirkungen auf die Entwaldung des Sanetti-Plateaus durch Feuer. Um diese Zusammenhänge zu untersuchen, werden wir uns auf folgende Punkte konzentrieren:1. In Zusammenarbeit mit Projekt P1 (Archäologie) werden wir Chronologie (mittels Radio-Kohlenstoff- und Optisch stimulierter Lumineszenz-Datierungen) und Art und Intensität der menschlichen Besiedelung untersuchen. Hierzu dienen Anthrosole unter Felsvorsprüngen und Höhlen als Archive und molekulare Marker als Landnutzungs-Indikatoren, wie z.B. Phosphor-Mapping (Birk et al. 2007), Benzolpolycarbonsäuren (Glaser et al. 1998) und Sterole und Gallensäuren als Fäkalbiomarker (Birk et al. 2012). 2. In Zusammenarbeit mit den Projekten P3 (Basis-Umweltdaten-Erhebung) und P7 (Erd-Käfer) werden wir typische Standortseigenschaften (Böden und Topographie) erhoben. Diese Daten erlauben uns die Rekonstruktion der ehemaligen Erica-Ausbreitung sowie von gegenwärtigen reellen und potenziellen Erica-Standorten. 3. Mit der gleichen Intension werden wir potenzielle molekulare Erica-Marker untersuchen wie z.B. Cutin und Suberin (Spielvogel et al. 2014), CuO lignin und Monosaccharide (Spielvogel et al. 2007; Eder et al. 2010), Phytolithe (Iriarte et al. 2010), n-Alkane, Stabilisotopen-Signaturen (Glaser und Zech 2005).Sollten keine Erica-spezifischen Biomarker gefunden werden, wenden wir Metabolomics-Techniken an, um zwischen Erica und Gras-Vegetation im Boden zu unterscheiden.4. Um mögliche Interaktionen zwischen der menschlichen Besiedelung und der zeitlichen und räumlichen Dynamik der Erica-Vegetation zu identifizieren, werden Sedimente von konkaven glazialen Ablagerungen auf dem Sanetti-Plateau mit den oben beschriebenen molekularen Markern untersucht. Wir gehen davon aus, dass die Chronologie und Intensität von Feuer die Dynamik der Erica-Vegetation bestimmt. In Zusammenarbeit mit P4 (Paleoökologie, Pollen) und P5 (Paleoclimatologie, 18O-Zucker) werden wir identifizieren, ob das Brennen der Erica-Standorte mehr durch die menschliche Besiedelung oder durch paläoklimatische Fluktuationen bestimmt wird.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 376 |
| Europa | 4 |
| Land | 20 |
| Weitere | 4 |
| Wissenschaft | 191 |
| Zivilgesellschaft | 4 |
| Type | Count |
|---|---|
| Daten und Messstellen | 25 |
| Förderprogramm | 353 |
| Text | 24 |
| unbekannt | 6 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 22 |
| Offen | 386 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 321 |
| Englisch | 143 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 5 |
| Datei | 22 |
| Dokument | 13 |
| Keine | 231 |
| Webseite | 142 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 295 |
| Lebewesen und Lebensräume | 388 |
| Luft | 232 |
| Mensch und Umwelt | 408 |
| Wasser | 239 |
| Weitere | 396 |