Die Umweltprobenbank des Bundes (UPB) mit ihren Bereichen Bank für Umweltproben und Bank für Humanproben ist eine Daueraufgabe des Bundes unter der Gesamtverantwortung des Bundesumweltministeriums sowie der administrativen und fachlichen Koordinierung des Umweltbundesamtes. Es werden für die Bank für Umweltproben regelmäßig Tier- und Pflanzenproben aus repräsentativen Ökosystemen (marin, limnisch und terrestrisch) Deutschlands und darüber hinaus für die Bank für Humanproben im Rahmen einer Echtzeitanalyse Blut-, Urin-, Speichel- und Haarproben studentischer Kollektive gewonnen. Vor ihrer Einlagerung werden die Proben auf eine Vielzahl an umweltrelevanten Stoffen und Verbindungen (z.B. Schwermetalle, CKW und PAH) analysiert. Der eigentliche Wert der Umweltprobenbank besteht jedoch in der Archivierung der Proben. Sie werden chemisch veränderungsfrei (über Flüssigstickstoff) gelagert und somit können auch rückblickend Stoffe untersucht werden, die zum Zeitpunkt ihrer Einwirkung noch nicht bekannt oder analysierbar waren oder für nicht bedeutsam gehalten wurden. Alle im Betrieb der Umweltprobenbank anfallenden Daten und Informationen werden mit einem Datenbankmanagementsystem verwaltet und aufbereitet. Hierbei handelt es sich insbesondere um die biometrischen und analytischen Daten, das Schlüsselsystem der UPB, die Probenahmepläne, die Standardarbeitsanweisungen (SOP) zu Probenahme, Transport, Aufbereitung, Lagerung und Analytik und die Lagerbestandsdaten. Mit einem Geo-Informationssystem werden die Karten der Probenahmegebiete erstellt, mit denen perspektivisch eine Verknüpfung der analytischen Ergebnisse mit den biometrischen Daten sowie weiteren geoökologischen Daten (z.B. Daten der Flächennutzung, der Bodenökologie, der Klimatologie) erfolgen soll. Ausführliche Informationen und eine umfassende Datenrecherche sind unter www.umweltprobenbank.de abrufbar.
Es ist unbestritten, dass die Prinzipien und Parameter der Thermodynamik grundlegend für die Ökologie und die Bodenökologie sind. Die aktuelle Forschung zum SOM-Umsatz berücksichtigt zunehmend die Energetik in der Modellierung zur Erklärung und Vorhersage des biotischen Kohlenstoffumsatzes und von Bodenfunktionen. Die Arbeiten in SoilSystems sind Teil aktueller internationaler Forschungsaktivitäten. Untersuchungen zu kalorimetrischen und thermodynamischen Zustandsgrößen nehmen stetig zu und konzentrieren sich bisher auf die Charakterisierung der SOM, den SOM-Umsatz und den Beitrag der Bodenbiota. Im SPP konnten u.a. substratabhängige Nutzungseffizienzen und Faktoren der bioenergetischen Kontrolle aufgeklärt werden. Trotz dieser internationalen Forschungen bleiben viele grundlegende Fragen unbeantwortet bzw. wurden neu erarbeitet und manche publizierten Aussagen sind widersprüchlich. So ist der SPP 2322, aufbauend auf den Ergebnissen der ersten Phase und der gewonnenen methodischen und theoretischen Kompetenz, unbedingt fortzuführen. Das Koordinierungsprojekt des SPP 2223 bietet den wissenschaftlichen und organisatorischen Rahmen für Forschungsprojekte im SPP, indem interdisziplinäre Zusammenarbeit, Datenerfassung, -Synthese und -Modellierung organisiert werden. Dies verantwortet eine Koordinierungsgruppe, die von einem Associate unterstützt wird, der A) die Organisation des SPP 2322 unterstützt und B) wissenschaftlich arbeitet. A) Für eine optimale kooperative Forschung im SPP 2322, werden alle teilnehmenden Projekte durch die zentrale Organisation adressiert. Böden und Kalorimeter werden über eine gemeinsame Versuchsplattform bereitgestellt. Für die gemeinsame Datenspeicherung wurde ein Datenbanksystem eingerichtet, dessen Nutzung durch die Projekte personell unterstützt wird. Projekttreffen, Workshops und eine Webinar-Serie laden zur Diskussion und Präsentation ein. Nicht zuletzt ermöglichen Gleichstellungsmaßnahmen eine uneingeschränkte Teilnahme an Forschung und akademischer Karriereentwicklung. B) Das Forschungsmodul im Koordinierungsprojekt hat zwei grundlegende Ziele: (i) die Bestimmung der energetischen Eigenschaften von Böden, d.h. komplexer Moleküle wie der SOM eingebettet in einem reaktiven mineralischen Medium. Dies erfordert gleichzeitig die Adaptation und Ermittlung der Vergleichbarkeit kalorimetrischer Methoden bei der Untersuchung von Böden als zentrale Forschungsaufgabe für den SPP. (ii) Die Integration und Synthese der Daten aus den (Kern) Experimenten der ersten Phase entlang der Datenraumachsen Böden, Substrate und Randbedingungen erfordert deren Kombination in einem Modellierungsdatenraum. Die Daten müssen vollständig statistisch ausgewertet und für eine harmonisierte Beschreibung in Übereinstimmung mit den thermodynamischen Zustandsgrößen parametrisiert werden. Die forschende Datenzusammenführung wird durch eine Dreiergruppe zum Datenmanagement, Synthese und machine learning Modellierung (Mercator-Fellow) forciert.
Die mikrobielle Transformation organischer Bodensubstanz ist von zentraler Bedeutung für Boden-Klima-Interaktion, Pflanzenernährung und Ökosystemgesundheit. Generell wird angenommen, dass Mikroorganismen Kohlenstoff (C) aufnehmen, um diesen als Energiequelle zu veratmen oder für Zellwachstum zu nutzen, was oft der Zellreplikation gleichgesetzt wird. Auf dieser Annahme basieren stöchiometrisch-ökosystemare Konzepte, welche mikrobielle C-Transformationen mit Nährstoffverfügbarkeiten koppeln. Jedoch lassen Studien an Reinkulturen Zweifel an diesem engen Konzept aufkommen, da verschiedenste Archaeen, Bakterien und Pilze Energie und Kohlenstoff in Form intrazellulärer Speicherstoffe speichern können. Obwohl diese Speicherstoffe äußerst bedeutsam für die mikrobielle Aktivität unter sich ändernden Umweltbedingungen sein können, sind sie bislang wenig untersucht. Erste Arbeiten zeigten, dass Speicherstoffe nativ im Boden vorkommen, unter hoher C-Verfügbarkeit gebildet werden aber ihre Bildung unter hoher Nährstoffverfügbarkeit unterdrückt wird. Saisonale Fluktuationen von Speicherstoffen wurden nachgewiesen und könnten die Basis anhaltender mikrobieller Aktivität im Winter sein. Eine systematische Untersuchung der quantitativen und funktionellen Relevanz mikrobieller Speicherstoffe in Böden steht jedoch bisher noch aus. Dieses Projekt wird vier zentrale Speicherstoffe (Triacylglyceride, Polyhydroxyalkanoate, Glykogen, Trehalose) unter Dauergrünland mithilfe der Kombination komponentenspezifischer Analytik, deren Kopplung mit 13C-Isotopenmarkierung und der Bestimmung mikrobieller Biomasse sowie der Zusammensetzung und Aktivität der mikrobiellen Gemeinschaft untersuchen. Das Projekt beinhaltet fünf Arbeitspakete (WP): WP 1 überträgt Analysemethoden zur Glykogen- und Trehalosequantifikation auf Böden und erweitert sie um deren 13C-Messung zum Nachweis ihrer Neusynthese. WP 2 quantifiziert die C-Allokation in die vier Speicherstoffe unter verschiedenen Nährstoffverfügbarkeiten und wird zeigen, wie sich akkumulierte Speicherstoffe auf die Nutzung nachfolgend eingebrachter C-Quellen auswirken. WP 3 erweitert diese Erkenntnisse auf ein Boden-Pflanzen-System mittels 13CO2-Begasung um erstmalig die Synthese von Speicherstoffen aus Photoassimilaten zu bestimmen. WP 4 hat zum Ziel die Erkenntnisse auf der Feldebene um den Aspekt der Saisonalität von Speicherstoffvorräten zu erweitern. Letztlich vereinigt WP 5 alle Ergebnisse dieser WP mittels Modellierung durch Erweiterung des bestehenden SMMARTS-Models um Speicherstoffe. Dies erlaubt erweiternd die Simulationen der mikrobiellen Variabilität und Dynamik. Dieses Projekt betrachtet zentrale Speicherstoffe auf verschiedensten Skalen (Labor, Feld, Modellierung), um deren Relevanz für C- und N-Kreis zu eruieren. Dabei wird dieses Projekt nicht nur die Methoden sondern auch neue Erkenntnisse zur Integration mikrobieller Speicherstoffe in der Bodenökologie und -biogeochemie liefern.
In Wüstenökosystemen wird die zeitliche Dynamik durch Nass-Trocken-Zyklen bestimmt, und diese werden durch den Klimawandel zunehmend gestört. Niederschläge in Wüstenökosystemen lösen einen unmittelbaren CO2-Anstieg aus, verbunden mit erheblichen Emissionen von Petrichor, dem "Geruch von Regen". Dieser erdige Geruch setzt sich aus verschiedenen flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) zusammen, die mit dem Wind über große Entfernungen transportiert werden. Die Wassertröpfchen, die mit trockenen Böden in Berührung kommen, setzen zuvor gebundene VOCs frei und regen Bakterien und Pilze zur Neuproduktion von VOCs an. Sechzig Jahre nach der ersten Beschreibung von Petrichor ist immer noch wenig über seine Rolle in der Bodenökologie und seine Bedeutung für die Atmosphärenchemie bekannt.Biotische Interaktionen zwischen Mitgliedern mikrobieller Gemeinschaften im Boden erfolgen durch den Austausch von Signalmolekülen. Flüchtige Signale wirken auf einer größeren räumlichen Skala als lösliche Verbindungen und werden zunehmend als entscheidende Infochemikalien zur Vermittlung von intra- und interspezifischen Interaktionen zwischen Bodenmikrobiota anerkannt. Dennoch ist wenig über die spezifischen Funktionen von VOCs und ihre Rolle bei der Vermittlung von Wechselwirkungen zwischen Organismen bekannt, insbesondere in Trockengebieten.Die Emissionen von Petrichor aus Trockengebieten wie der Negev-Wüste (Israel) werden sich in naher Zukunft verändern, da die Niederschlagsmenge bis 2050 voraussichtlich um ~40 % zunehmen wird. Biogene flüchtige organische Verbindungen (VOC) - insbesondere Terpenoide und Benzoide - sind als wesentliche Akteure der Atmosphärenchemie bekannt und beeinflussen das Klima durch Wolkenbildung und die Entstehung sekundärer organischer Aerosole die Strahlungsenergie absorbieren und streuen. Mikrobielle Bodengemeinschaften dominieren die Wüstenökosysteme, die sich über 20 % der Erdoberfläche erstrecken. Daher ist es dringend erforderlich, die Rolle der mikrobiellen Gemeinschaften im Wüstenboden für die Chemie der Atmosphäre zu untersuchen. Unser Ziel ist es, die Quellen, Regulierungsmechanismen und Kontrollfaktoren der VOC-Emissionen in Wüstenökosystemen zu verstehen, was für die Erstellung umfassender globaler Klimaprojektionsmodelle von größter Bedeutung ist. Zu diesem Zweck wollen wir Veränderungen in der Petrichor-Zusammensetzung entlang eines Trockenheitsgradienten in der Negev-Wüste (Israel) quantifizieren und charakterisieren, die gesamte aktive mikrobielle Gemeinschaft (Eukaryonten, Prokaryonten, Archaeen) nach Niederschlagsereignissen in den Biokrusten der Wüste und in tieferen Bodenschichten identifizieren, mit Hilfe von Netzwerkanalysen Kandidaten für die Produktion von und die Reaktion auf VOC ermitteln und die Rolle der VOC durch Experimente mit mikrobiellen Isolaten und durch die Anwendung von Inhibitoren der wichtigsten Petrichor-VOC in Böden verifizieren und die globalen Auswirkungen der Petrichor-Emissionen hochskalieren.
Reflexions-Infrarotspektroskopie im nahen (NIRS) und mittleren Infrarotbereich (MIRS) weist ein hohes Potential zur Bestimmung bodenchemischer und -biologischer Charakteristika auf, aber hinsichtlich der Vorhersagegenauigkeit und des Verständnisses der zugrundeliegenden Beziehungen herrscht noch Forschungsbedarf. Projektziele sind: (i) Die Genauigkeit von NIRS und MIRS, den Gehalt an organischem C und N und die Zusammensetzung der organischen Bodensubstanz vorherzusagen, soll optimiert werden. Hierbei wird die Population nach Bodentyp, Textur und mineralogischer Zusammensetzung klassifiziert. Teilproben werden chemisch oder thermisch oxidiert und ein modifiziertes PLS-Verfahren, ein genetischer Algorithmus, wird getestet. (ii) Allgemeine Beziehungen zwischen den Mengen an labilem, intermediärem und passivem C und N (zu erhalten aus Inkubationsexperimenten und Na2S2O8-Behandlungen) und den bedeutsamen Wellenlängen der NIRS- und MIRS-Kreuzvalidierungen sollen aus Spektren, die vor und nach den Inkubationen aufgenommen wurden, abgeleitet werden. (iii) Es soll die Vorhersagegüte von Bodenkonstituenten mittels NIRS und MIRS für offene Populationen ermittelt werden.
Zunehmende Landnutzungsintensität (LUI) verursacht umweltrelevante Stickstoff (N)-Verluste und den Rückgang von Artenvielfalt und Multifunktionalität in Grünlandökosystemen. Gezielte Minderungsstrategien werden jedoch durch ein mangelhaftes mechanistisches Verständnis der Wechselwirkungen zwischen LUI, ober- und unterirdischer Biodiversität und dem N-Kreislauf verhindert. BE_BioMON will über die interdisziplinäre Integration von molekularbiologischer Bodenökologie, biogeochemischer Prozessforschung zur kurzfristigen N-Allokation im System Pflanze-Boden-Mikroorganismen und physikochemischer Prozessforschung zur langfristigen Retention von organischem Stickstoff (SON) diese Wissenslücke schließen. Dabei werden Messungen und Modellierungen verknüpft. Wir erwarten, dass sich mit abnehmendem LUI und einem artenreicheren Mikrobiom die N-Verteilung von Nitrifikation/Denitrifikation zu biotischer Assimilation verschiebt. Dies fördert die N-Retention durch Nekromassestabilisierung in partikulärem und mineralassoziiertem SON in Abhängigkeit von Aggregatumsatz und mikroskaliger Bodenarchitektur. Wir nehmen zudem an, dass eine Erhöhung der LUI zu einer Verschiebung von symbiotischer zu assoziativer N-Fixierung führt, was das N2:N2O-Emissionsverhältnis aufgrund verkürzter Denitrifikation bei symbiotischen N-Fixierern erhöhen wird. Darüber hinaus erwarten wir, dass d15N im Boden einen Fingerabdruck der Auswirkungen der LUI auf den N-Kreislauf liefert und somit als prozessintegrierende Bezugsgröße für Ökosystemmodelle dienen kann. Wir erwarten uns hiervon eine verbesserte räumlich-zeitliche Skalierung von LUI-Effekten auf den N-Kreislauf. Um die Hypothesen zu testen, werden wir 15N-Dünger-Tracing-Experimente auf ausgewählten Parzellen unterschiedlicher LUI in allen 3 Biodiversitätsexploratorien (BE) durchführen (WP1). In WP2 werden Mesokosmen-Experimente unter 15N2-Exposition durchgeführt, um die Auswirkungen von LUI auf Umsetzung von BNF-N zu untersuchen. WP3 zielt darauf, den N-Kreislauf im Rahmen der BE-Bodenbeprobungskampagne auf allen Grünland-EPs durch vertikale d15N-Bodenprofile, Metagenomik und SON-Fraktionierung zu bestimmen. Die gewonnenen Erkenntnisse aus WP1-3 und aus bereits verfügbaren BExIS-Daten werden zum Testen und Weiterentwickeln der N-Routinen des prozessbasierten Ökosystemmodells LandscapeDNDC verwendet. Dieses Modell, erweitert um ein dynamisches Vegetationsmodell CoSMo, wird dann verwendet, um den N-Kreislauf für die sämtliche BE-Grünlandparzellen zu simulieren (WP4). In WP5 (Synthese) werden wir LUI und Biodiversität, gemessene und modellierte biogeochemischen N-Umsetzungen, N-Retention durch organo-mineralische Interaktionen und vollständige N-Bilanzen auf Skalen von Tagen bis Jahren mechanistisch verknüpfen. Wir erwarten somit, dass diese Synthese ein mechanistisches und funktionales Verständnis des N-Kreislaufs unter dem Einfluss von LUI, ober- und unterirdischer Biodiversität sowie standortspezifischen Eigenschaften ermöglicht.
This dataset comprises environmental parameters for biological soil crusts in coastal sand dunes in northern Germany. Biological soil crusts (biocrusts) are autonomous ecosystems consisting of prokaryotic and eukaryotic microorganisms growing on the topsoil. They colonize global climatic zones, including temperate dunes. This study examined changes in the community structure of biocrust phototrophic organisms along a dune chronosequence at the Baltic Sea compared to an inland dune in Northern Germany. The community composition and their shift between different successional stages of dune development were related to physico-chemical sediment properties. A vegetation survey followed by species determination and sediment analyses were conducted. The sampling took place on the 25th of April and on the 5th of May 2020. The samples were collected at a costal dune area, namely the Schaabe spit on the island Rügen, Mecklenburg Wester-Pomerania, Germany, and in an inland dune area at Verden (Aller), Lower Saxony, Germany. Biocrust samples were taken along one transect per study site. Each transect followed a natural succession gradient in the dune area. Along each transect, the different successional dune stages were visually identified and further named as dune subsites. At each subsite, a sampling plot of 1 m2 was established and used for further vegetation analyses, biocrust and sediment sampling. Along the Schaabe spit transect four subsites with one sampling plot each were established and three subsites were established in the inland dune in Verden. For the vegetation survey seven different functional groups were defined describing the overall surface coverage: Thin (1-3 mm) green algae-dominated biocrusts were defined as early successional stages. Later successional stages, in which the green algae biocrusts became slightly thicker (3-8 mm) and moss-covered, were defined as the intermediate successional biocrust stage. Moss-dominated biocrusts and those who additionally lichenized characterized the mature successional stages of biocrusts. Vascular plants, and litter (dead material, i.e., pine needles, leaves, and branches) were two of the non-cryptogamic but still biotic functional groups. Bare sediment was the only abiotic functional group. The predefined functional groups were recorded within each plot according to the point intercept method by Levy and Madden (1933). Each of the seven sampling plots was divided into 16 equal subplots (0.0625 m2). A 25 cm x 25 cm (0.0625 m2) grid of 25 intersections was placed randomly into 4 of these subplots. Within each sub-plot, the functional groups were recorded by 25 point measurements according to the approach of Williams et al. (2017). That allowed 100 point measurements per sampling plot (1 m2).
This data collection comprises environmental data and taxonomic parameters of the investigated biocrusts of sampling sites in coastal and inland sand dunes in northern Germany. Sampling took place in spring 2020 and winter 2021. Biocrusts and uppermost sediment samples were collected along dune successional gradients and sequenced by LGC Genomics Ltd. Corresponding sequence data of biocrust organisms are archived at the European Nucleotide Archive.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 34 |
| Land | 6 |
| Wissenschaft | 15 |
| Type | Count |
|---|---|
| Daten und Messstellen | 15 |
| Förderprogramm | 25 |
| Text | 3 |
| unbekannt | 7 |
| License | Count |
|---|---|
| geschlossen | 5 |
| offen | 41 |
| unbekannt | 4 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 35 |
| Englisch | 29 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 3 |
| Datei | 13 |
| Dokument | 2 |
| Keine | 12 |
| Webdienst | 1 |
| Webseite | 21 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 49 |
| Lebewesen und Lebensräume | 48 |
| Luft | 26 |
| Mensch und Umwelt | 50 |
| Wasser | 21 |
| Weitere | 50 |