Das zunehmende weltweite Auftreten großer Hochwässer innerhalb der letzten Jahre führte zu einem starken Anstieg vieler Hochwasserwahrscheinlichkeitskurven (hier als Step change bezeichnet) und führt zu der Frage, ob Hochwässer sich verändert haben. Oft werden Klimaänderung und der Verlust der Speicherfähigkeit unserer Böden durch menschliche Eingriffe für diese Veränderung verantwortlich gemacht. Jedoch können auch bei sich nicht veränderten Bedingungen immer wieder große Hochwässer auftreten, die als extrem erscheinen, da sie noch vorher nicht beobachtet werden. Die Frage ob sich Hochwasserprozesse verändern oder nicht, ist essentiell für zuverlässige Vorhersagen des zukünftigen Hochwasserrisikos und grundlegend für viele Entscheidungen, z.B. in der Risikovorsorge, Wasserwirtschaft, Stadt- und Raumplanung oder der Versicherungswirtschaft. Ziel des Projekts ist es, zu erforschen, ob die Wechselwirkungen zwischen Klima und Landschaft in Flussgebieten extreme Hochwässer innerhalb kurzer Perioden hervorrufen können, auch wenn keine Veränderungen der äußeren Einflussfaktoren (z.B. Niederschläge) auftreten. Als Indikator für mögliche Veränderungen in der Genese extremer Hochwässer wird in diesem Projekt das Auftreten bzw. die Lage des step change, d.h. eines plötzlichen starken Anstiegs der Hochwasserwahrscheinlichkeitskurve, gewählt. Methoden zur objektiven Bestimmung der Lage des step change in Hochwasserwahrscheinlichkeitskurven werden entwickelt und es wird untersucht, ob das Auftreten von step changes in den Zeitreihen vieler Gebiete weltweit nur als Artefakt zu kurzer Datenreihen erklärt werden kann. In einem weiteren Schritt wird untersucht, welche Klima- und Landschaftscharakteristiken das Auftreten und die Position von step changes in den Hochwasserwahrscheinlichkeitskurven beeinflussen. Dies erfolgt mit Hilfe eines kürzlich entwickelten vereinfachten stochastischen Modells von Niederschlag-Abflussprozessen, welches zuverlässig die Entstehung von Hochwasserabflüssen in verschiedenen Klima- und Landschaftseinheiten weltweit wiedergeben kann. Auf Basis von Modellsimulationen wird ein Index abgeleitet, der anzeigt ob das Zusammenspiel von sich verändernden Klima- und Landschaftscharakteristiken zu step changes führt. Die Güte des Indexes die Position von step changes vorherzusagen, wird anhand einer Vielzahl unterschiedlicher Gebiete weltweit verifiziert. Auch wird der Index auf Gebiete übertragen, in denen bisher noch keine extremen Hochwasserereignisse beobachtet wurden oder keine Beobachtungsreihen verfügbar sind. Ebenso werden mögliche Änderungen des Indexes aufgrund von Klimaänderungen analysiert. Das Projekt hilft das Zusammenspiel von Klima- und Landschaftsfaktoren bei der Entstehung von extremen Hochwasserereignissen besser zu verstehen und gibt an, wie lange ein bestimmtes Gebiet beobachtet werden muss, um eine zuverlässige Abschätzung auch extremer Hochwasserabflüsse ableiten zu können.
Veranlassung Beobachtungen und Klimaprojektionen zeigen, dass sich die Regenintensität und damit auch die Bodenerosion im Klimawandel erhöht. Dabei ist besonders eine Zunahme von Starkregenereignissen von Bedeutung, da diese Ereignisse nicht nur extreme Abflüsse, sondern auch den Transport großer Mengen an Feststoffen bewirken. Für das Flussgebietsmanagement und für die Einschätzung der zukünftigen Wasserqualität ist es wichtig, die erwartete Zunahme der Bodenerosion und des Feststoffeintrags in Gewässer zu quantifizieren und räumlich zu verorten. Dazu wurde exemplarisch für das Einzugsgebiet der Elbe ein Bodenerosionsmodell aufgesetzt. Dieses berechnet zunächst die mittlere jährliche Erosion aus Landnutzungsdaten, Bodendaten, einem digitalen Höhenmodell und Daten der Regenerosivität. In einem zweiten Schritt wird die Transportkapazität bestimmt. Diese bestimmt, ob und wie viel des erodierten Bodenmaterials hangabwärts transportiert wird und welcher Anteil im Gelände zurückgehalten wird (Deposition). Ziele - Quantifizierung der Bodenerosion in der Vergangenheit (Referenzzeitraum 1971 - 2000), räumlich aufgelöst im Flusseinzugsgebiet der Elbe - Quantifizierung der Sedimenteinträge in das Gewässernetz und Vergleich der simulierten Einträge mit Messwerten - Ermittlung der zukünftigen Regenerosivität aus Klimaprojektionen des Referenzensembles des DWD - Berechnung der zukünftigen Erosion und zukünftiger Sedimenteinträge für die nahe Zukunft (2031 - 2060) und die ferne Zukunft (2071 - 2100) sowie unterschiedliche Klimaszenarien - Abschätzung der Unsicherheiten des Modellierungsansatzes Bodenerosion und Sedimenttransport sind natürliche Prozesse, die bewirken, dass feine Bodenpartikel abgelöst, durch Wind oder Wasser transportiert und im Gelände zurückgehalten oder in Gewässer eingetragen werden. Sie unterliegen jedoch einem starken menschlichen Einfluss und lösen vielerorts ökologische, ökonomische und gesellschaftliche Probleme aus. Dazu zählen der Verlust von fruchtbarem Boden, die Sedimentierung von Stauseen, der Transport von partikelgebundenen Nähr- und Schadstoffen sowie die Verlandung von Stillwasserbereichen. Bodenerosion und Sedimenteinträge haben einen wichtigen Einfluss auf den Feststoffhaushalt und die Wasserqualität von Gewässern. Der Klimawandel bewirkt eine Intensivierung dieser Prozesse.
Es sollen Versuche am Gewässerbett-Simulator durchgeführt werden, um die Erosionsrate und die Verflüssigung während Wellenbelastung quantitativ zu untersuchen. Außerdem wird der Einfluss von Sickerströmungen in und aus dem Boden auf das Strömungsprofil oberhalb der Bodenprobe untersucht. Aufgabenstellung und Ziel Uferböschungen und die Sohle von Binnenwasserstraßen unterliegen hydraulischen Einwirkungen. Dazu gehören natürliche und schiffserzeugte Wellen und Strömungen sowie Sickerströmungen im Boden. Das Forschungsprojekt behandelt Prozesse und Wechselwirkungen, die durch diese Einwirkungen am und im Gewässerbett auftreten. Der Begriff Gewässerbett bezeichnet hier den dreiphasigen Bodenkörper, bestehend aus Korngerüst, Porenwasser und im Porenraum eingeschlossenen Gasblasen, an dessen Oberfläche frei fließendes Wasser angrenzt. Dieser Bodenkörper ist durchlässig und verformbar und interagiert mit der freien Strömung. Durch die hydraulischen Einwirkungen kann es am Gewässerbett zu Erosionsprozessen kommen. Gleichzeitig treten im Gewässerbett Porenströmungen auf, die den Spannungszustand im Boden ändern. Wie sich diese Mechanismen gegenseitig beeinflussen, wird im Rahmen des Forschungsprojektes mit experimentellen Methoden analysiert. Zunächst werden Bodenprozesse, die durch Welleneinwirkung hervorgerufen werden, untersucht. Vor allem bei feinsandigen Böden mit einem geringen Anteil an Luft im Porenraum kann es zur Verflüssigung einer oberflächennahen Schicht und damit zum vollständigen Verlust der Scherfestigkeit und der effektiven Spannungen kommen. Bei Überströmung treten Wechselwirkungen zwischen Porenströmung, freier Strömung und Verflüssigungsprozessen auf, die sich auf den Erosionsprozess auswirken können. In Modellversuchen im Gewässerbettsimulator können die hydraulischen Randbedingungen gezielt und reproduzierbar erzeugt und die Bodenreaktionen beobachtet werden. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) In den Bemessungsgrundlagen für Böschungs- und Sohlensicherungen (GBB2010) werden durch Schiffswellen induzierte Porenwasserüberdrücke im Gewässerbett im Hinblick auf die Böschungsstabilität berücksichtigt. Die geotechnische Bemessung basiert auf halbempirischen Ansätzen, deren Genauigkeit mit den Laborversuchen überprüft wird. Bei 7.300 km Binnenwasserstraßen in Deutschland kann eine Optimierung der Bemessung einen deutlichen Beitrag zur Sicherheit und Wirtschaftlichkeit der Binnenwasserstraßen leisten, was in diesem FuE-Vorhaben in Verbindung mit weiteren laufenden Forschungsprojekten der BAW angestrebt wird. An technisch-biologischen Ufersicherungen wurde z. B. beobachtet, dass trotz geringer Strömungsgeschwindigkeiten Erosion auftritt. Ob entstehende Porenwasserüberdrücke oder Verflüssigung sich auf den Erosionsprozess auswirken, ist bisher nicht eindeutig geklärt. Ein vertieftes Prozessverständnis kann somit zu verbesserten Lösungsansätzen und einer technisch zuverlässigen Ausführung der naturnahen Ufersicherungen beitragen. Untersuchungsmethoden Im Jahr 2018 wurde der in der BAW entwickelte Gewässerbett-Simulator (GeSi) fertiggestellt. Mit dieser Versuchsanlage werden Bodenproben überströmt, während gleichzeitig fluktuierende Wasserdrücke zur Simulation von Wellen auf die Probe aufgebracht werden können. Damit können bei definierten hydraulischen Randbedingungen im Naturmaßstab die bodenmechanischen Reaktionen, die Mobilität der Sedimentoberfläche und die mittlere Strömungsgeschwindigkeit analysiert werden. Der Erosionsprozess an der Sedimentoberfläche wird während der Experimente von oben gefilmt. Die Analyse der Videodaten wurde bisher durch Auswertung von Bilddifferenzen durchgeführt, um die Annahme, dass eine erhöhte Sedimentmobilität eine erhöhte Bildänderung hervorruft, qualitativ zu überprüfen (Ewers 2020). (Text gekürzt)
In recent years science has taken an increased interest in mineralization processes in tropical soils in particular under minimal tillage operations. Plant litter quality and management strongly affect mineralization-nitrification processes in soil and hence the fate of nitrogen in ecosystems and the environment. Plant secondary metabolites like lignin and polyphenols are poorly degradable and interact with proteins (protein binding capacity) and hence protect them from microbial attack. Nitrification, a microbiological process, directly and indirectly influences the efficiency of recovery of N in the vegetation as well as the loss of N (through denitrification and leaching) causing environmental pollution to water bodies and contributes to global warming (e.g. the greenhouse gas N2O is emitted as a by-product of nitrification and denitrification). Nitrifiers comprise a relatively narrow species diversity (at least as known to date) and are generally thought to be sensitive to low soil pH and stress. Despite these properties nitrification occurs in acid tropical soils with high levels of aluminium and manganese. Thus the main objective of the project will be the identification of micro-organisms and mechanisms responsible for mineralization-nitrification processes in acid tropical soils and the influence of long-term litter input of different chemical qualities and minimal tillage options. The project will include the use of stable isotopes (15N, 13C), mass spectrometry, gas chromatography (CO2, N2O), biochemical methods (PLFA) and molecular biology (16s rRNA., PCR, DGGE)
Increasing population pressure is leading to unsustainable land use in North Vietnamese highlands and destruction of natural habitats. The resulting loss of biodiversity includes plant genetic resources - both wild (= non-cultivated) species and cultivated landraces - adapted to local conditions, and local knowledge concerning the plants. A particularly important group among endangered plants are the legumes (1) because Southeast Asia is a major centre of genetic diversity for this family, and (2) because the potential contribution of legumes to sustainable land use is, due to their multifunctionality (e.g., soil improvement, human and livestock nutrition), especially high. The project aims to contribute to the conservation and sustainable use of genetic resources of legumes with an integrated approach wherein a series of components are combined: (1) A participatory, indigenous knowledge survey complemented by information from the literature; (2) germplasm collection missions (for ex situ conservation) complemented by field evaluation and seed increase; (3) genetic diversity analysis of selected material by molecular markers; and (4) GIS based analysis of generated data to identify areas of particular genetic diversity as a basis for land area planning and in situ preservation recommendations. Project results are expected to be also applicable to similar highlands in Southeast Asia.
Das Projekt BE-Cult wird sich mit der Biodiversität von nitratammonifizierenden (syn. Dissimilatorischen Nitrat-zu-Ammoniumreduzierenden, DNRA) Bakterien in Böden von wenig und intensiv genutzten Grünländern der Biodiversitätsexploratorien (BEs) an allen Grünland-VIPs (very intensively studied plots) beschäftigen. Die Funktion Stickstoff (N) durch DNRA-Bakterien im Boden zu halten, wurde lange Zeit nur wenig wahrgenommen und die quantitative Rolle bei der Lachgas-Freisetzung aus Böden nicht untersucht. Aus diesem Grund gibt es umfassende Informationen zur Biodiversität und Ökophysiologie von denitrifizierenden aber nicht zu DNRA-Boden- Mikroorganismen. Die Konsequenz dieser historischen Entwicklung ist, dass heute wenig über die Ökophysiologie und Bedeutung der DNRA Bakterien im N-Kreislauf terrestrischer Ökosysteme bekannt ist. Im Gegensatz zu den DNRA-Bakterien, bilden Dentrifikanten N-haltige Gase als Endprodukt ihres Stoffwechsels, die substantiell zum N-Verlust in Böden beitragen. Dahingegen reduzieren DNRA Bakterien Nitrat hauptsächlich zu Ammonium, das im Boden verbleibt und als wichtiger Pflanzennährstoff dient. Beide Bakteriengrupppen bilden das potente Treibhausgas Lachgas und tragen damit zur globalen Erwärmung bei. Das Hauptanliegen des Projektes BE-Cult ist es den Einfluss der Landnutzungsintensität auf diese wichtigen Mikroorganismen im N-Kreislauf von Böden zu untersuchen. In einem Hochdurchsatz-Kultivierungs-Ansatz (einschl. MALDI TOF MS für eine schnelle Stammidentifikation und verschiedene Tests zur physiologischen Charakterisierung des Nitrat- Stoffwechsels) werden über 10.000 Reinkulturen charakterisiert und entsprechend ihrer Phylogenie und Nitrat-Physiologie gruppiert. Aus dieser Stammsammlung werden 100 Isolate genom-sequenziert. Basierend auf den genomischen Informationen werden PCR-Primer funktioneller Genmarker entwickelt und verbessert um dann die funktionellen Genmarker in DNA-Extrakten der Grünland-VIPs zu quantifizieren. Zusammen mit Partnern in den BEs wird die relative Bedeutung der DNRA-Bakterien (insbesondere ihrer relativen Aktivität im Vergleich zu Denitrifikanten) in Meta-Transkriptom Datensätzen evaluiert. Letztendlich werden die so gewonnen Daten in multivariaten Analysen bestehend aus funktionellen Genmarker-Abundanzen, physiologischen 'traits' und auch abiotischen wie biotischen Parametern verwendet um die Verteilungsmuster von DNRA Bakterien in Böden zu erklären und ihre ökologischen Nischen besser definieren zu können.
Wie Wurzeln mit ihrem assoziierten Pilzmikrobiom biogeochemische Kreisläufe in tropischen Ökosystemen beeinflussen, ist kaum verstanden. Unsere bisherigen Untersuchungen zeigten, dass die intensive Umwandlung tropischer Regenwälder in Gummibaum- und Ölpalmenplantagen verschiedene Eigenschaften der Wurzelgemeinschaft veränderte und dies mit Verlusten von Ökosystemfunktionen des Bodens korrelierte. Um kausale Verbindungen zwischen diesen Beobachtungen zu analysieren, soll der Einfluss von Laubstreuqualität, pflanzlichem Artenreichtum und ökologischen Bedingungen auf taxonomische und funktionelle Diversität des pilzlichen Wurzelmikrobioms experimentell untersucht werden.
Durch den Naehrstoffentzug der Kulturpflanzen sowie durch weitere natuerliche Verluste (Auswaschung, Festlegung usw.) gehen dem Boden laufend Naehrstoffe verloren. In einer Vielzahl von Gefaess-, Kleinparzellen-, Lysimeter- und Feldversuchen wird der Naehrstoffhaushalt von Boden und Pflanze studiert. Dabei geht es insbesondere um die quantitative Erfassung der einzelnen Naehrstoffverluste (Entzug, Auswaschung usw.) sowie um die Frage, wie diese Verluste wieder ersetzt werden koennen, damit die Bodenfruchtbarkeit erhalten bleibt bzw. gesteigert werden kann. Weitere Untersuchungen betreffen u.a. verschiedene Wechselwirkungen zwischen Duengung und Qualitaet der Ernteprodukte, Duengung und Krankheitsanfaelligkeit der Pflanzen sowie die vergleichende Pruefung verschiedener Duengemittel. Region: In einem Teil der Schweiz (deutsch-, italienisch- und romanisch-sprachige Schweiz).
Erforschung des Faktorenkomplexes der Ursachen rezenter Zunahmen der Bodenerosion auf waldfreien Standorten in alpinen Einzugsgebieten der hochmontanen bis alpinen Stufe in Westösterreich. Verbesserung des Prozessverständnisses und Abschätzung möglicher zukünftiger Szenarien der Erosionsentwicklung unter dem Aspekt sich ändernder Klimabedingungen (z.B. Häufung meteorologischer Extreme, geänderte Ausaperungsbedingungen, Häufung von Bodenlawinen etc.). - Ableitung von Methoden zur Früherkennung und Prognose der Erosionsentwicklung. Die Früherkennung von instabilen Hangbereichen ist ein zentrales Thema in der Gefahrenprävention. - Abklärung der Bedeutung dieser rezenten Bodenerosion für die Geschiebeentwicklung in Wildbacheinzugsgebieten. Unter welchen Bedingungen ist mit einer erhöhten Geschiebebereitstellung zu rechen? - Schaffung einer Basis für die Ableitung / Anpassung / Entwicklung von einfachen, kostengünstigen und trotzdem dauerhaften Sanierungsverfahren in der Praxis (für WLV, Zivilingenieure, das Feld der Ingenieurbiologie, etc.), z.B. unter Weiterentwicklung des Ansatzes von Florineth, Mittendrein und Stern aus dem Jahr 2002 oder Adaptierung des für die Stabilisierung extrem skelettreicher und verarmter Standorte entwickelten Ansatzes von Schaffer et al. (2006).
| Origin | Count |
|---|---|
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| Zivilgesellschaft | 1 |
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|---|---|
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