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Entwicklung eines fernerkundungsbasierten Monitoringverfahrens auf Grundlage einer physiologisch fundierten Vitalitätsbewertung von Hauptbaumarten in Mischbeständen, Teilvorhaben 2: Vitalitätsdiagnostik mittels Biomarker

Im Zuge des Klimawandels steigt der Informationsbedarf zur Vitalitätsentwicklung von Waldbeständen, zu Baumarten, zu Folgereaktionen von Störungsereignissen wie z.B. Sturm, Kalamitäten, Da detaillierte Information häufig fehlen, sind die zahlreich verbreiteten Abschätzungen hierzu widersprüchlich und spekulativ. Parallel zur terrestrischen Waldzustandserfassung ist die forstliche Fernerkundung seit mehreren Jahrzehnten bemüht, diese Informationslücke zu schließen. Allerdings ist die Unterscheidung von Baumarten bzw. -gattungen und deren Zustand noch immer problematisch. Zur Erhebung dieser Messwerte fehlen u.a. belastbare baumphysiologisch belegte Zusammenhänge. Dafür bieten sich Verfahren der Fernerkundung an, wenn über eine rein empirische Erhebung hinaus die Ableitung baumphysiologischer Parameter gelingt. Vor diesem Hintergrund soll mit dem aktuellen Forschungsvorhaben eine Brücke zwischen den modernen Möglichkeiten der forstlichen Fernerkundung und Gehölzphysiologie geschlagen werden. Ein im Wald installierter 40 m hoher Drehkran am GFZ TERENO-Forschungsstandort im Raum Demmin (Mecklenburg-Vorpommern) bietet dabei für FEMOPHYS einzigartige Möglichkeiten. Das Forschungsvorhaben verfolgt folgende Zielstellungen: 1. Untersuchung von Zusammenhängen zwischen stressbedingten, physiologischen Veränderungen in Baumkronen, Stamm und Wurzeln und deren Quantifizierbarkeit durch 'Messung von außen' 2. Verknüpfung des methodischen Knowhow der baumphysiologischen Diagnostik und den Verfahren der hyper-/multispektralen und thermalen Diagnostik von Baumkronen 3. Identifikation klimasensitiver Areale auf der Basis von Flächendaten und baumphysiologischen Untersuchungen speziell für Hauptbaumarten 4. Entwicklung eines einfach zugänglichen Informationsproduktes zum baumartenspezifischen Waldzustand Das Projekt will einen Forest Vulnerability Index anvisieren, der Zielgrößen wie z.B. Anfälligkeit für Insektenbefall und Dürre-Schäden ausgibt.

Der Einfluss der Mykorrhizatypen und der Diversität der Bäume auf die Stabilisierung des Kohlenstoffs im Boden

Böden speichern große Mengen an Kohlenstoff (C) in der organischen Bodensubstanz (OBS), die durch Einschluss in Aggregate oder Bindung an Oberflächen von Mineralen vor mikrobieller Zersetzung geschützt ist. Je nachdem, welche Fraktion der OBS betrachtet wird, sind die Quellen sehr unterschiedlich. Während die partikuläre organische Substanz hauptsächlich aus Pflanzenresten besteht, stammt die mineralassoziierte organische Substanz größtenteils aus mikrobiellen Rückständen. In Wälder der gemäßigten Zonen spielt zudem die Symbiose zwischen Bäumen und Pilzen, die Mykorrhiza, eine wichtige Rolle für die C-Speicherung im Boden. Wälder, die von Bäumen mit Ektomykorrhiza (ECM) dominiert werden, weisen höhere C-Vorräte auf, verglichen mit Wäldern mit arbuskulärer Mykorrhiza (AM). Diese C-Vorräte sind jedoch weniger stabilisiert und das Verhältnis der partikulären zur mineralassoziierten OBS ist in ECM Wäldern höher als in AM Wäldern. Ein mechanistisches Verständnis der Faktoren und Prozesse, durch die die verschiedenen Mykorrhizatypen die partikuläre und die mineralassoziierte OBS beeinflussen, fehlt jedoch bislang. Wir nehmen an, dass der Mykorrhizatyp die Rhizodeposition beeinflusst, insbesondere die Vielfalt der Metabolite und die Dynamik des C-Eintrags, und dadurch ein Schlüsselfaktor für die C-Speicherung im Boden ist. Unsere Hypothese ist, dass in AM-dominierten Wäldern ein geringer, aber kontinuierlicher Eintrag von hochdiversen Rhizodepositen die mikrobiellen Gemeinschaften fördert, die dann zu einer erhöhten C-Stabilisierung in Form von mineralassoziierter OBS beitragen. Im Gegensatz dazu fördert ein unregelmäßiger und hoher C-Eintrag, bei gleichzeitiger Unterdrückung saprotropher Pilze (Gadgil Effekt), die Akkumulation der partikulären OBS in ECM Wäldern. Um die Hypothesen dieses Gemeinschaftsprojekts zu prüfen, werden wir auf ein etabliertes Experiment zur Diversität von Bäumen, bei dem die Häufigkeit von Mykorrhizatypen manipuliert wird, zurückgreifen. Dieses wird durch innovative Experimente im Labor und modernste Methoden, wie die Markierung mit stabilen Isotopen, die Identifizierung mittels Biomarkermolekülen und die Flüssigkeitschromatographie/Massenspektrometrie, kombiniert. Das vorgeschlagene Projekt wird zu einem umfassenden Verständnis der durch den Mykorrhizatyp bedingten Mechanismen des C-Umsatzes in Wäldern der gemäßigten Breiten beitragen. Dadurch wird es möglich, künftige Veränderungen der C-Vorräte in Waldökosystemen besser vorherzusagen und neue Waldbewirtschaftungsstrategien zu entwickeln, um die C-Speicherung im Boden zu erhalten oder sogar zu erhöhen.

Die mikrobielle Besiedlung von Wurzeloberfläche und Rhizosphäre in ihrer Bedeutung für Stoffumsätze in Böden

Die Bedeutung der mikrobiellen Besiedlung von Wurzeloberfläche und Rhizosphäre für Stoffumsätze in Böden soll im Gewächshaus mit vier Gefäßversuchen erfasst werden. Im ersten Versuch wird die Eignung Ergosterol und Muraminsäure zur Quantifizierung von Pilz- und Bakterienbiomasse auf Wurzeloberflächen mit anderen, insbesondere mikroskopischen Methoden überprüft. Im zweiten Versuch wird der Einfluss der Pflanzenart auf die mikrobielle Besiedlung der Wurzeloberfläche untersucht. Im dritten Versuch wird ermittelt, ob die mikrobielle Biomasse eines Bodens und deren Zusammensetzung, dargestellt durch die Quotienten von Ergosterol (Biomarker für Pilze) bzw. Muraminsäure (Biomarker für Bakterien) und mikrobieller Biomasse, die mikrobielle Besiedlung von Wurzeloberflächen beeinflusst. Im vierten Versuch wird das Verhalten der rhizoplanen Organismen während des Absterbens der Wurzel beobachtet und untersucht, inwieweit es zu Interaktionen mit den Mikroorganismen der Rhizosphäre und des Gesamtbodens kommt. Dazu wird nicht nur die mikrobielle Biomasse quantifiziert, sondern auch der Übergang der Wurzelbiomasse in mikrobielle Residuen als Zwischenspeicher für Nährstoffe speziell beachtet. Es ist davon auszugehen, dass die Interaktionen zwischen Pflanze, mikrobieller Biomasse und mikrobiellen Residuen eine wichtige Funktion für die Immobilisierung und Mobilisierung von Pflanzennährstoffen haben.

Schwerpunktprogramm (SPP) 527: Bereich Infrastruktur - International Ocean Discovery Program, Teilprojekt: Der Einfluss von Nährstoff- und Temperaturänderungen auf die Entwicklung der Korallenriffe in der Korallensee seit 12 Ma

Weltweit erleben Korallenriffe einen Niedergang. Die langfristigen Folgen dieses Rückgangs der Korallenriffe sind noch ungewiss. Es ist dagegen klar, dass Millionen von Menschen für ihr Überleben auf dieses am weitesten entwickelte Ökosystem in niederen Breiten angewiesen sind. Anthropogen bedingte globale Veränderungen wie die globale Erwärmung, die Versauerung der Ozeane und die Verschlechterung der Wasserqualität (Eutrophierung) wurden als mögliche Schuldige für den Niedergang der Korallenriffe identifiziert. Das Zusammenspiel dieser Faktoren ist jedoch unbekannt und verschiedene Studien deuten darauf hin, dass sie die Entwicklung der Korallenriffe hemmen oder fördern können. Ein Problem ist das Fehlen von Langzeitaufzeichnungen von Meeresoberflächentemperatur (SST) und -produktivität aus Gebieten mit einer Korallen-Vergesellschaftung, die modernen Riffen ähnelt. In diesem Projekt planen wir diese Rekonstruktion für das Queensland Plateau, welches in der Nähe des heutigen Großen Barriere Riffs liegt. Es ist bekannt, dass sich die Korallenriffe in dieser Region bis zum späten Miozän (10-5,5 Ma) ausgedehnt haben. Danach kam es während der mittelpliozänen Warmzeit (3,0-3,5 Ma) zu einer Reduktion der Fläche des Riffsystems. Wir planen drei Biomarker (UK37', TEX86, LDI) zur Rekonstruktion der Meeresoberflächentemperatur zu verwenden. Zur Rekonstruktion der Produktivität werden neue, korallenspezifische Stickstoffisotope mit den Biomarkern und korallen-basierten Ba/Ca verglichen werden. Unsere Pilotdaten zeigen, dass sowohl Meeresoberflächentemperaturen als auch die Produktivität während des Mittel-Pliozäns hoch waren, während nur SSTs während des späten Miozäns hohe Werte zeigen. Diese vorläufigen Daten deuten darauf hin, dass hohe SSTs in Kombination mit einer erhöhten Produktivität während des mittleren Pliozäns die Reduktion des Riffwachstums auf dem Queensland Plateau verursacht haben könnten. Um diese Hypothese zu überprüfen ist es essentiell Daten in höherer Auflösung zu generieren, um die Wechselwirkung von Faktoren zu bestimmen, die zum Verlust von Korallenriffen in der Vergangenheit geführt haben und potentiell in der Zukunft führen werden.

Forschergruppe (FOR) 5438: Der urbane Einfluss auf dem mongolischen Plateau: Verflechtungen von Stadtwesen, Wirtschaft und Umwelt, Teilprojekt: Geochemische Rekonstruktion von Landnutzungs- und Feuerregimen in der zentralen mongolischen Steppe

Die Gründung von Städten hat das Hirten-Nomadentum und die Umwelt in der Mongolei grundlegend verändert. Jedoch ist nicht bekannt, wie die Versorgung einer städtischen Bevölkerungsagglomeration im Herzen der mongolischen Steppe aufrechterhalten wurde und wie diese von der umgebenden Umwelt getragen wurde. In unserem Projekt werden wir daher die frühere Landnutzung und die Brandhistorie im Zusammenhang mit paläoklimatischen Veränderungen und dem Aufstieg und Niedergang der Städte erforschen. Auf lokaler Ebene wollen wir dabei untersuchen, ob und wie sich die Abfallentsorgung zwischen nomadischen und städtischen Haushalten zu bestimmten Zeiten unterscheidet. Zum Verständnis regionaler Prozesse analysieren wir kolluviale Ablagerungen in der Annahme, dort Hinweise auf die damalige Landwirtschaft zu finden. Durch Untersuchungen von Seekernen erwarten wir schließlich Informationen darüber, wie urbane und nicht-urbane Phasen mit überregionalen Brandereignissen und der Ausbreitung von Gehölzen korrelieren. Um diese Ziele zu erreichen, werden Nährstoffe, Isotopenzusammensetzungen und Biomarker analysiert, die in der Umwelt stabil sind: Zur Lokalisierung der organischen Abfälle untersuchen wir unterschiedliche P-Formen, zusätzlich liefern Sterole und Gallensäuren Informationen über deren Herkunft, z.B. menschlichen oder tierischen Ursprungs. Zum eventuellen Nachweis eines Anbaus von C4-Pflanzen, erfassen wir die Stabil Isotopen-Zusammensetzung der organischen Bodensubstanz; mittels Lignin-Analysen unterscheiden wir ehemals bewaldete und unbewaldete Gebiete. Zur Rekonstruktion von Feuerregimen werden Analysen von schwarzem Kohlenstoff und (methylierten) polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen durchgeführt. Insgesamt werden wir damit zu einem besseren Verständnis beitragen, wie die Versorgung der Städte mit den damaligen Umwelt- und Landnutzungsbedingungen zusammenhängt.

Plant wax composition of sediment core ROT21 from the Rotsee, Switzerland

This dataset contains compound-specific hydrogen (δ2H) and carbon (δ13C) isotope compositions and concentrations of long-chain n-alkanes and fatty acids (n-alkanoic acids) from the ROT21 sediment record of Rotsee, Central Switzerland (47°04′10″N, 8°18′48″E, 419 m a.s.l.). Sediment cores were retrieved in October 2021 using a UWITEC gravity corer, and the dataset spans the past ~13,000 years based on 19 radiocarbon dates (terrestrial and aquatic macrofossils) integrated with 210Pb and 137Cs profiles (see De Jonge et al., 2025). Laboratory analyses were conducted between February 2023 and November 2024 at the University of Basel. Sediment samples (~2–5 g) were sub-sampled, freeze-dried, spiked with internal standards (n-C19-alkanoic acid, n-C36-alkane, 2-octadecanone, and n-C21-alkanol), and extracted with dichloromethane/methanol (9:1, v/v) using an Accelerated Solvent Extractor (Dionex ASE 350, Thermo Fisher Scientific). Following saponification, neutral fractions were separated via silica gel chromatography, and fatty acids were converted to fatty acid methyl esters (FAMEs). Both n-alkanes and FAMEs were further purified to isolate saturated compounds using AgNO3-impregnated silica gel columns, then analyzed and quantified by gas chromatography with flame ionization detection (GC-FID). Peak areas were normalized to recovery standards to account for potential losses during sample handling, and compounds were identified by comparison with external standards. Compound-specific δ2H and δ13C values were determined by gas chromatography-isotope ratio mass spectrometry (GC-IRMS) and normalized to the VSMOW-SLAP (δ2H) and VPDB (δ13C) scales. Analytical precision was ±3-5 ‰ for δ2H and ±0.2–0.3 ‰ for δ13C. The dataset was generated to reconstruct past hydroclimate and vegetation dynamics in Central Europe using plant wax δ2H records. Full methodological details are provided in the study: Central Europe hydroclimate since the Younger Dryas inferred from vegetation-corrected sedimentary plant wax δ2H values (Santos et al., 2026).

A multi-biomarker approach using caged blue mussel, Mytilus edulis, on three World War shipwrecks in the North Sea

This dataset contains results from a field-based exposure study assessing the biological effects of submerged munitions on the marine bivalve Mytilus spp.. Mussels were collected from Sylt Island (North Sea) and exposed at three historic munition wrecks: SMS Mainz (Germany), KW58 Hendericus (Belgium), and UC30 (Denmark). At each site, mussel cages were deployed directly on or near the wreck structures for several weeks. After recovery, mussels were assessed for mortality and dissected for histochemical and biochemical analyses. Tissues (gills, mantle, and digestive gland) were examined for histological biomarkers including lipofuscin, glycogen, neutral lipids, as well as sex and gonadal maturity. Enzymatic activities of catalase (CAT) and glutathione S-transferase (GST) were measured spectrophotometrically and normalized to protein content.

Cheilanthane ratios in Mesoproterozoic to Early Paleozoic rocks

This data set contains values on the cheilanthane (tricyclic terpenoids) ratios of C22/C21 and C24/23 from Mesoproterozoic to Silurian rocks of global distribution. Lipid extractions were performed following standard protocols. The yield was contamination-controlled via exterior vs. interior comparison of individual peak concentrations. Values were obtained via integration of multiple-reaction-monitoring (MRM) measurements. In comparing our data of cheilanthane ratios to that reported for younger rocks and oils, we noticed consistently lower C24/C23 values in our samples, suggesting a bimodal character of cheilanthane distribution in time. We tentatively attribute this to the rise of a source of oxidatively decarboxylated cheilanthatriol derived from ferns. Fossil cheilanthanes likely represent a composite mixture of various biological sources, whose secular patterns may record more than the Paleozoic rise of terrestrial plants presented here.

Erdölproben des BGR-Erdölarchivs für Deutschland (WMS)

Die Punktdarstellung (WMS) zeigt Proben aus dem BGR-Erdölarchiv, die für die Bundesrepublik Deutschland an der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) vorliegen. Sie zeigt die Standorte und ausgewählte Informationen zur Bohrung, wie den Bohrungsnamen und den NIBIS-BohrIdentifier (NIBIS Kartenserver des Landesamtes für Bergbau und Geologie Niedersachsens). Die Erdöle liegen in unterschiedlichen Mengen vor und werden in der Regel gekühlt gelagert. Zu vielen Proben hält die BGR geochemische Daten vor, wie relative Anteile an aliphatischen und aromatischen Bestandteilen, die isotopische Zusammensetzung (delta13C) von Erdölfraktionen und Verhältnisse ausgewählter aliphatischer Kohlenwasserstoffe und Biomarker (speziell Sterane und Hopane). Proben sowie Daten sind nur nach rechtlicher Klärung durch den Bohrungsbesitzer möglich. Eine Kontaktherstellung durch die BGR ist möglich.

Erdölproben des BGR-Erdölarchivs für Deutschland

Die Punktdarstellung zeigt Proben aus dem BGR-Erdölarchiv, die für die Bundesrepublik Deutschland an der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) vorliegen. Sie zeigt die Standorte und ausgewählte Informationen zur Bohrung, wie den Bohrungsnamen und den NIBIS-BohrIdentifier (NIBIS Kartenserver des Landesamtes für Bergbau und Geologie Niedersachsens). Die Erdöle liegen in unterschiedlichen Mengen vor und werden in der Regel gekühlt gelagert. Zu vielen Proben hält die BGR geochemische Daten vor, wie relative Anteile an aliphatischen und aromatischen Bestandteilen, die isotopische Zusammensetzung (delta13C) von Erdölfraktionen und Verhältnisse ausgewählter aliphatischer Kohlenwasserstoffe und Biomarker (speziell Sterane und Hopane). Proben sowie Daten sind nur nach rechtlicher Klärung durch den Bohrungsbesitzer möglich. Eine Kontaktherstellung durch die BGR ist möglich.

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