Die Bergwälder der Ostanden gehören zu den artenreichsten terrestrischen Ökosystemen der Erde, zugleich stehen sie unter immensem Nutzungsdruck (Abholzung, Umwandlung in Weideland). In einem multidiszilinären Ansatz aus Bio-, Geo-, Forst- und Agrarwissenschaften - von der Ebene des Organismus ausgehend bis hin zur Landschaftsebene - wollen wir an einem ausgewählten, für Forschungen zugänglichen ostandinen Bergwald in Südecuador ein solches Ökosystem, sowie seine gebietstypischen, durch menschliches Wirtschaften entstandenen Ersatzformationen beispielhaft analysieren. Dabei gilt es im ersten Schritt wichtige geowissenschaftliche und biologische Eigenschaften des Systems (Klima, Boden, Verfügbarkeit von Wasser und Nährelementen, Struktur und Artenzusammensetzung der Vegetation sowie Vorkommen und Vielfalt tierischer und pilzlicher Schlüsselorganismen: Pollinatoren, Samenverbreiter, Herbivore und Destruenten) zu erfassen. Im zweiten Schritt wird die Funktionsweise wichtiger Teilsystem erschlossen (Stoffflüsse zwischen wichtigen Kompartimenten, Dynamik und Regenrationspotentiale der Vegetation in Wechselwirkung mit der Fauna und den abiotischen Randbedingungen). Darauf aufbauend wollen wir drittens Optionen entwickeln bzw. überprüfen für eine nachhaltige Nutzung, Erhaltung und - soweit möglich - Rehabilitation des Waldes. Diese Erkenntnisse werden über das Untersuchungsgebiet hinaus für das ökosystemare Verständnis und Management tropischer Bergwälder von genereller Bedeutung.
Die Verluste in der globalen Nahrungsmittelproduktion durch Pflanzenkrankheiten und Schadinsekten werden auf 17-30 % geschätzt (Savary et al., 2019). Viele der verheerendsten Pflanzenkrankheiten und Schadinsekten werden durch die Luft übertragen und können sich entlang von Windströmungen über extrem große Entfernungen verbreiten. Sie überqueren Regionen, Länder und sogar ganze Kontinente (Aylor, 2017). Diese seltenen Ereignisse mit großem Verlustpotenzial können schwerwiegende Konsequenzen für die landwirtschaftliche Produktion haben, denn Sie können verheerende Epidemien und Insektenplagen auslösen. Während jüngste Fortschritte in den Bereichen meteorologische Modellierung, Fernerkundung und Computer-Technologie erste quantitative Abschätzungen des Risikos für solch langreichweitige atmosphärische Übertragung von Krankheiten und Schädlingen erlauben, bleiben doch zahlreiche offene Fragen, Herausforderungen und Modell-Unsicherheiten, die adressiert werden müssen, um Risiko-Abschätzungen für die landwirtschaftliche Produktion zu verbessern (Meyer et al., 2017a,b; Meyer, 2018; Visser et al., 2018; Allen-Sader et al., 2019). Zentrale offene Fragen bleiben zum Beispiel bezüglich des Effektes von komplexen Wechselwirkungen zwischen meteorologischen Faktoren (z.B. Wind, Temperatur) und der Biologie von Pathogenen und Schadinsekten (z.B. Überlebenszeiten, Flugrichtung) auf charakteristische räumliche und zeitliche Ausbreitungsskalen, sowie auch bezüglich der Kopplung von realistischen Ausbreitungsmodellen mit epidemiologischen und Pflanzenbestandes-Modellen. Das hier vorgeschlagene Forschungsprojekt adressiert zwei Ziele: (i) Literatur-Review und Experten-Interviews als Grundlage für die Parameterisierung von existierenden atmosphärischen Transport-Modellen für besonders relevante windübertragene pflanzliche Krankheiten und Schadinsekten, sowie (ii) Fertigstellung eines kürzlich entwickelten Prototyps (bisher nicht publiziert) für ein neues GPU-basiertes Simulations-Tool, dass es erlauben wird realistische atmosphärische Verbreitungsmodelle mit epidemiologischen und Pflanzenbestandes-Modellen zu koppeln, um somit die komplexen Wechselwirkungen zwischen meteorologischen und biologischen Faktoren besser verstehen zu können. Die Ergebnisse des Forschungsprojektes, zusammen mit vorherigen Arbeiten des Autors, adressieren eine Lücke in der deutschen Forschungslandschaft. Die Integration des Walter-Benjamin Projektes in die Crop Sciences Group an der Universität Bonn als Gast-Institution mit enger Affiliation an das Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) bieten ein exzellentes Forschungsnetzwerk, sodass unter der Leitung des wissenschaftlichen Mentors für dieses Projekt wertvolle Beiträge zu laufender Forschung erwartet werden können. Das Walter-Benjamin Programm würde mir den Einstieg in die deutsche Agrarlandschaftsforschung ermöglichen und damit einen wertvollen Beitrag leisten zu der Etablierung eines selbständigen Forschungsprofils.
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.
Im Rahmen des hier beantragten 12-monatigen Aufenthalt bei Prof. Dr. T. Dawson werde ich verschiedene Einsatzmöglichkeiten von stabilen Isotopen zum mechanistischen Verständnis von Prozessen in der Ökophysiologie/Baumphysiologie erlernen. Besonderer Schwerpunkt wird hierbei auf dem Studium biotischer Interaktionen und Stoffumsätze im Boden liegen. Anhand von eigenem Probenmaterial aus bereits abgeschlossenen Experimenten werde ich mir zunächst die Probenaufarbeitung, Verwendung der Massenspektrometer und Dateninterpretation von Grund auf aneignen. Während eines etwa vierwöchigen Aufenthalts bei Dr. C. Andersen werde ich in die Handhabung einer Messvorrichtung für unterirdische Untersuchungen an jungen Bäumen eingeführt. Diese 'mycocosms' werden anschließend für die in Berkeley geplanten Versuche eingesetzt. Mit Hilfe der stabilen Isotope 13C und 15N und Messungen der Bodenatmungsraten werden der Fluss an neu fixiertem C von den Blättern in den Boden, der C-Umsatz dort quantifiziert sowie die N- und C-Allokation erfaßt. Die Experimente dienen dem mechanistischem Verständnis qualitativer und quantitativer Änderungen dieser Allokations- und Umsatzprozesse durch Mykorrhizapilze und Konkurrenzinteraktionen. Die erlernten Methoden werden nach Beendigung des Auslandsstipendiums in Deutschland im Rahmen von Projekten eingesetzt, die sich mit der Konkurrenz zwischen Buche und Fichte beschäftigen.
Methodenentwicklung zur Abschaetzung von Risiken fuer den Schutzwald aufgrund von Standorts- und Vegetationsmerkmalen meteorologischer Verhaeltnisse und luftchemischer Eintraege. Erstellung von Risikokarten unter Einbezug vorhandener Datenmaterialien und eigener Messungen an ausgewaehlten Standorten im oberen Reusstal. Stuetzung der Messungen durch numerische Modelle mit geeigneter Parametrisierung, vor allem zur Bestimmung des Eintrags und der Deposition anthropogener Schadstoffe. Das Projekt laeuft unter dem gesamtschweizerischen Grossprojekt POLLUMET.
Langfristige Vegetationsbeobachtungen auf verschiedenen Standorten (nass/trocken) bei verschiedener Bewirtschaftung (Brache/Schnitt/Weide u.s.t.) mittels Dauerbeobachtungsflaechen.
Die Akkumulation von Methan (CH4) in sauerstoffhaltigen Wasserschichten wurde kürzlich für viele Binnengewässern und Ozeangebiete beschrieben. In unserem DFG-Projekt Aquameth (GR1540/21-1) haben wir daher die wichtigste Literatur in einem Review zusammengefasst und die möglichen Mechanismen für dieses Phänomen im Stechlinsee evaluiert. Indem wir ein online System für CH4 Messungen entwickelt haben, konnten wir die enge Kopplung der räumlich-zeitlichen Dynamik von Algen (z.B. Blaualgen und Cryptophyten) und CH4 in den oxischen Wasserschichten des Sees zeigen. Obwohl der vor kurzem beschriebene Methylphosphonat-Metabolismus im See vorkommt, haben wir zahlreiche Hinweise, dass Algen das CH4 während der Photosynthese direkt produzieren. Jedoch sind die genauen Mechanismen sowie der Anteil des im sauerstoffreichen Wasser gebildeten CH4 am gesamten CH4 Fluss in die Atmosphäre unklar. Durch die Kombination der Expertise von zwei etablierten Arbeitsgruppen, die sich ideal ergänzen, möchten wir die genaue Chemie und Biologie der CH4 Bildungs- und Oxidations-prozesse untersuchen, um die Rolle von Seen für den regionalen und globalen CH4 Kreislauf besser zu verstehen. Daher soll das komplette CH4 Budget von zwei Seen detailliert quantifiziert werden, d.h. CH4-Quellen und -Senken werden mit einem Massenbalance-Ansatz untersucht und mit in situ Inkubationsexperimenten verknüpft. Unsere zwei ausgesuchten Seen (Stechlinsee und Willersinnweiher) repräsentieren zwei Hauptseentypen der gemäßigten Zone (tief/Nährstoff-arm und flach /Nährstoff-reich), die gut von beiden Institutionen untersucht und biogeochemisch charakterisiert wurden. In diesen Seen hängen die spezifischen Prozesse der CH4 Bildung, Akkumulation und Freisetzung in die Atmosphäre von dem komplizierten Wechselspiel von physikalischen, chemischen und biologischen Faktoren sowie bestimmten Organismen ab. Daher ist unser Hauptziel, dieses komplizierte Wechselspiel zwischen Umweltvariablen und den CH4 Prozessen und ihre globale Bedeutung zu entschlüsseln. Unser Hypothesen sind: (1) Die Methanproduktion ist direkt mit der Photosynthese verbunden und CH4 kann bei bestimmten Umweltbedingungen, z.B. Nährstofflimitation, direkt von photo-autotrophen Organismen gebildet werden. (2) Die Methanbildung ist von der -oxidation durch die räumlich-zeitliche Trennung der methanotrophen Aktivität in sauerstoffhaltigen Wasserkörpern entkoppelt. (3) Methan an der Temperatursprungschicht ist das Produkt aus einem komplizierten Wechselspiel von biologischen, chemischen und physikalischen Prozessen. (4) Die erhöhten CH4 Konzentration in der oberen oxischen Wasserschicht erleichtert den Gasaustausch mit der Atmosphäre. Obwohl die CH4 Anreicherung in den oberen Wasserschichten stark vernachlässigt wurde, könnte sie eine wichtige fehlende Verbindung im globalen CH4 Budget sein. Um diese Hypothesen zu überprüfen, sollen Feld- und Labormessungen gemeinsam durch beide Teams durchgeführt werden.
Geothermalwässer sind eine der wichtigsten Quellen im geochemischen Arsen-Kreislauf. Untersuchungen konzentrieren sich häufig auf Arsenit und Arsenat, die sich nach dem Austritt aus Geothermalquellen weit ausbreiten und z.B. die Qualität von Trinkwasser-Aquiferen negativ beeinflussen können. Erst kürzlich wurde gezeigt, dass nicht Arsenit und Arsenat, sondern Thioarsenate (AsVSnO4-n3-; n = 1 - 4), die sich aus Arsenit und reduziertem Schwefel bilden, die häufigsten Arsenspezies an Geothermalquellen sind. Allerdings ist deren Ausbreitung durch Reaktivität gegenüber Sauerstoff begrenzt. Für das vorliegende Projekt postulieren wir, dass Methylierung ein viel häufigerer Prozess an Geothermalquellen ist als bisher angenommen und dass methylthiolierte Arsenate signifikanten Anteil am Gesamtarsengehalt haben, v.a. bei leicht saurem pH und hohen Gehalten an Sulfid und gelöstem organischem Kohlenstoff. Wir postulieren weiter, dass methylthiolierte Arsenate im Vergleich zu anorganischen Thioarsenaten geringere abiotische und mikrobielle Umwandlungen zeigen und im Vergleich zu Arsenit und Arsenat geringere und langsamere Sorption an Eisenminerale und organische Substanz. All dies würde zu einem potentiell hohen Austrag aus Geothermalgebieten führen. Um unsere Hypothesen zu testen, werden wir an zwei Geothermalgebieten in China (Rehai, Yunnan und Daggyai, Tibet) Arsenspezies an den Quellen bestimmen und ihre Umwandlung entlang der natürlichen Abflusskanäle sowie in on-site Inkubationsstudien verfolgen. Wir werden dabei auch klären, welche anderen abiotischen oder biotischen Faktoren zur Arsenspeziesumwandlung beitragen. Im Labor werden wir methylthiolierte Arsenate synthetisieren und ihre Bildung und Stabilität unter verschiedenen S/As Verhältnissen, Temperaturen, pH und in Anwesenheit von Oxidationsmitteln untersuchen. Desweiteren werden wir Ausmaß und Kinetik von Sorption an häufig vorkommenden Eisenmineralen (Ferrihydrit, Goethit, Mackinawit, Pyrit) und an einer organischen Modelsubstanz untersuchen. Um natürliche Bedingungen besser abzubilden, werden wir das Sorptionspotential für methylthiolierte Arsenate auch an natürlichen Sedimenten von Geothermalquellen und ihren Abflusskanälen bestimmen. Das Projekt wird in enger Zusammenarbeit zwischen Prof. Dr. Britta Planer-Friedrich (Deutschland), Expertin für Thioarsenchemie und -analytik, und Prof. Dr. Qinghai Guo (China), Experte für Geothermalwasserchemie, durchgeführt. Die Zusammenarbeit schliesst gemeinsam betreute Promotions- und Masterarbeiten ein, gemeinsame Geländearbeiten in China und Laborarbeiten in Deutschland, ein kickoff meeting in Deutschland sowie ein Abschlusstreffen in China. Das übergeordnete Ziel des Projekts ist es, ein neues Modell für die Bildung, den Transport und die Umwandlung von Arsenspezies in Geothermalgebieten zu entwickeln sowie das mögliche Vorkommen von methylthiolierten Arsenaten auch für andere natürliche Systeme vorhersagen zu können.
Es soll geprueft werden, ob die Diapausedauer und der Verpuppungszeitpunkt der Speichermotte so veraendert werden kann, dass der Schlupf der Falter zu einer fuer die Entwicklung der Nachzucht unguenstigen Jahreszeit erfolgt und damit eine insektizidfreie Bekaempfung dieses wichtigen Lagerschaedlings moeglich ist. Die abiotischen Faktoren, die die Diapause beeinflussen koennen, insbesondere Tageslichtlaenge, der Rhythmus ihrer Aenderung, die Lichtintensitaet und die Temperaturen werden hierfuer untersucht.
In einem naturnahen Mischbestand werden an der forstlichen Versuchsstation Lyaly (Republik Komi) die Radialveränderungen der Baumschäfte von Fichten (Picea obovata), Kiefern (Pinus sylvestris), Aspen (Populus tremulus) und Birken (Betula spec.) zeitlich hochaufgelöst registriert. An einem Teilkollektiv der Untersuchungsbäume wird zusätzlich im 5-Minuten Takt die elektrische Leitfähigkeit des Stammes registriert. Gleichzeitig werden die Lufttemperatur, die Luftfeuchte sowie die Bodenfeuchte gemessen. Am Untersuchungsstandort werden mit einem Magnetometer Schwankungen des Erdmagnetfeldes in den drei Raumrichtungen registriert. Aus den Analysen werden Informationen über die Bedeutung verschiedener Standorts- und Umweltfaktoren auf das kurz-, mittel- und langfristige Wuchsverhalten von Bäumen erwartet.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 870 |
| Europa | 10 |
| Global | 2 |
| Kommune | 3 |
| Land | 79 |
| Weitere | 1 |
| Wirtschaft | 1 |
| Wissenschaft | 407 |
| Zivilgesellschaft | 19 |
| Type | Count |
|---|---|
| Daten und Messstellen | 10 |
| Förderprogramm | 860 |
| Text | 12 |
| unbekannt | 5 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 16 |
| Offen | 870 |
| Unbekannt | 1 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 791 |
| Englisch | 216 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 6 |
| Bild | 2 |
| Datei | 4 |
| Dokument | 14 |
| Keine | 618 |
| Webseite | 250 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 699 |
| Lebewesen und Lebensräume | 887 |
| Luft | 534 |
| Mensch und Umwelt | 883 |
| Wasser | 619 |
| Weitere | 874 |