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Qualität von Früchten der Cucurbitaceen im Klimawandel, Qualität von Früchten der Cucurbitaceen im Klimawandel

In QCuK werden Zucchini-Sorten hinsichtlich ihrer Ertragsleistung, ihrer abiotischen Stresstoleranz, ihrer Produktqualität und Lebensmittelsicherheit unter Trockenstress charakterisiert. Es sollen dabei geeignete Verfahren zur nicht-invasiven Phänotypisierung von Wachstum, Morphologie und Physiologie im Jungpflanzenstadium entwickelt werden, so dass diese weiterführend unter praxis-nahen Anbaubedingungen in den Vergleich kontrastierender Sorten und Linien einfließen und evaluiert werden. In ökologischer Bewirtschaftung werden ausgewählte Sorten und Linien an fünf Standorten über die Projektlaufzeit verglichen, um Verfahren zur Selektion von Trockenstress toleranten Sorten sowie zur Bestimmung qualitätsbeeinflussenden Faktoren zu entwickeln, um sowohl den Erwerbsgemüsebau als auch den Züchtungsprozess samenfester Sorten zu unterstützen. Dabei sollen auch on-farm Züchtungsverfahren in biologisch-dynamischer Bewirtschaftung angewandt werden und mit weiteren Ergebnissen des Projektes verglichen werden. Ergänzend wird auch die stress- bzw. witterungsbedingte Qualitätsveränderung der Früchte erfasst, um Pflanzeninhaltsstoffe, wie wertgebende Vitamine, und Flavonoide oder bittere Cucurbitacine, zu bewerten. Zur Evaluierung der Erkenntnisse findet ein praxisrelevanter Austausch zum ökologischen Erwerbsgemüsebaus statt. In QCuK sollen die Züchtung von zukunftsfähigen samenfesten Sorten unterstützt, gute Erträge von Gemüsesorten sowie schmackhafte, gesunde, bekömmliche und bitterfreie Früchte auch in zukünftigen Klimaszenarien sichergestellt und Qualitätsveränderungen unter prognostizierten Witterungsbedingungen rechtzeitig abgeschätzt werden.

Vegetationskundliche Bearbeitung ausgewählter Biotope im nordwestlichen Sachsen unter besonderer Berücksichtigung urban-industrieller Ballungsgebiete, der Bergbaufolgelandschaft und naturschutzrelevanter Gebiete

Die Flora und Vegetation von ökologisch oder aus Sicht des Artenschutzes bedeutsamen Biotopen wird vergleichend untersucht. Aus der Analyse der aktuellen Verhältnisse werden Empfehlungen zur Biotoppflege und Prognosen zur Vegetationsentwicklung abgeleitet. Sukzessionforschungen, z. B. auf ehemaligen Flächen des Braunkohlebergbaus, wird große Beachtung geschenkt.

Biologische Wasserstoffproduktion aus Biomassefeststoffen, Teilvorhaben: Integration des Verfahrens in bestehende Anlagen und Konzepte

Wasserstoff spielt eine entscheidende Rolle in Bezug auf die angestrebte Energiewende. Im Forschungsprojekt SolidScore wird mit Hilfe der innovativen Biowasserstofftechnologie das vorhandene Spektrum der bisher zur biologischen Wasserstofferzeugung genutzten wässrigen Ausgangssubstrate erweitert. Vor diesem Hintergrund wird untersucht, inwieweit sich Reststoffe, wie zum Beispiel Bioabfälle und landwirtschaftliche bzw. pflanzliche Reststoffe, mit einem Trockenrückstand (TR) größer als 10 % eignen. Das grundlegende Prinzip ist die dunkle Fermentation. Herkömmliche Verfahren wie die Hochtemperatur-Elektrolyse oder die Dampfreformierung sind sehr energieintensiv und verwenden zumeist fossile Brennstoffe. Die biologische Wasserstofferzeugung mit Rest- und Abfallstoffen ist klimafreundlich und CO2-neutral. Im Vergleich zu den anderen biologischen Verfahren zur Wasserstofferzeugung ist die dunkle Fermentation technologisch am weitesten fortgeschritten. Es ist ein anaerobes Verfahren, bei dem organische Substrate unter Abwesenheit von Licht zu Wasserstoff (H2) und Kohlenstoffdioxid (CO2) sowie flüchtigen organischen Säuren (FOS) abgebaut werden. Versuche zeigten, dass vor allem Abwasser aus der Nahrungsmittelindustrie für die Biowasserstofferzeugung geeignet sind. Gleichzeitig konnten aber auch Limitierungen der einsetzbaren Substrate aufgezeigt werden. Das Projekt SolidScore hat das Ziel, das Reststoffspektrum der verwendbaren Substrate und somit die Einsetzbarkeit des Verfahrens deutlich zu erweitern. Darüber hinaus führt die Implementierung der dunklen Fermentation in Bioenergieanlagen zu einer Steigerung der Gesamteffizienz. Am Beispiel der Vergärung von Kohlenhydraten kann durch das im Antrag beschriebene 2-stufige Verfahren eine Gesamteffizienzsteigerung erzielt werden. Zusätzlich werden im Rahmen des Projektes Konzepte zur weiteren Verwendung des so erzeugten Wasserstoffs erstellt. Dies beinhaltet zum Beispiel auch die innerbetriebliche Nutzung des Wasserstoffs.

Vorhersage von Schüttungen alpiner Karstquellen im Hinblick auf den Klimawandel unter Verwendung neuer Deep Learning-Methoden

Karstgrundwasserleiter spielen im Alpenraum eine wichtige Rolle. Sie bedecken etwa 56% der Fläche, und ein erheblicher Teil der Bevölkerung ist ganz oder teilweise von Trinkwasser aus Karstquellen abhängig, die oft mit wertvollen Ökosystemen verbunden sind und zur Wasserkrafterzeugung beitragen. Die Alpen zählen nach Studien zu den am stärksten vom Klimawandel betroffenen Gebieten in Europa. Als Folge der steigenden Temperaturen werden sich die gespeicherten Mengen an Schnee und Eis stark verringern, was zu einer Verschiebung zwischen Wasserhaushaltskomponenten in Verbindung mit einer saisonalen Umverteilung der Niederschläge führt. Außerdem wird erwartet, dass Hoch- und Niedrigwasserereignisse häufiger auftreten werden. Der Stand der Technik bei der Modellierung der Schüttung von Karstquellen, meist mittels konventioneller numerischer Modelle, ist auf standortspezifische, oft aufwändige und nicht übertragbare wissenschaftliche Studien beschränkt, die manuelle Modellabstimmung und Kalibrierung erfordern. Bis heute gibt es keinen leicht übertragbaren Ansatz, der gleichzeitig auf viele Karstquelleinzugsgebiete anwendbar ist. In diesem Projekt werden wir einen modernen, Deep-Learning basierten Ansatz zur Modellierung der Schüttung von Karstquellen entwickeln, der sich besonders gut eignet, übertragbare Modelle, die Informationen von verschiedenen Standorten nutzen können, aufzubauen. Deep Learning ist ein Teilgebiet des maschinellen Lernens, basierend auf künstlichen neuronalen Netzen, das sich sowohl bei akademischen als auch bei industriellen Anwendungen als sehr erfolgreich erwiesen hat. Die vorgeschlagene Studienregion sind die Alpen, mit Karstgebieten in Österreich, der Schweiz, Deutschland, Frankreich, Italien und Slowenien, mit einem Schwerpunkt auf dem besonders vom Klimawandel betroffenen von der Alpenkonvention abgegrenzten Gebirgsgebiet. Als Grundlage der Studie dient das World Karst Spring Database (WoKaS). Es wird im Laufe des Projekts mit zusätzlichen Daten von Behörden und Wasserversorgern ergänzt, insbesondere in Regionen mit bislang schlechter Abdeckung. Die Arbeiten beinhalten die Erstellung eines umfassenden Datensatzes mit Einzugsgebietsattributen und meteorologischen Einflussgrößen für etwa 150 Quellen. Klassische Lumped-Parameter-Modelle werden als Benchmarks aufgesetzt und mit den neu entwickelten Deep-Learning basierten Modellergebnissen verglichen. Ziel ist es, die Eignung neuartiger Deep-Learning Modellansätze für die Abschätzung der Auswirkungen des Klimawandels für eine Vielzahl von kurz- und langfristigen Vorhersagen zu untersuchen. Eine vertiefende Fallstudie des Dachsteingebietes, dessen große Karstregion wesentlich zur Wasserversorgung und Wasserkrafterzeugung beiträgt, wird die vergleichende Untersuchung mit einem numerischen 3D-Modell erweitern. Schließlich werden die entwickelten Modelle dazu verwendet, um Auswirkungen des Klimawandels auf die alpinen Karstgrundwasserressourcen vorherzusagen.

Bodensanierung Reinigung oelkontaminierter Feinkornschlaemme mittels Ultraschall - Impulswaesche

Feinkoernige Sedimentschlaemme, die mit Schadstoffen belastet sind, stellen fuer herkoemmliche Bodenwaschanlagen ein grosses Problem dar. Boeden, bei denen die Schluffraktion ( kleiner 63 mym) mehr als 30 Prozent betraegt, koennen meist nicht mehr wirtschaftlich in Bodenwaschanlagen behandelt werden. Bislang mussten kontaminierte Feinkornschlaemme deponiert oder verbrannt werden, was mit hohen Kosten verbunden ist. Desweiteren sind weite Transportwege noetig um die Schlaemme zu den Entsorgungsanlagen zu bringen. Kontaminierte Gewaessersedimente oder auch Schlaemme aus Oelabscheidern von Tankstellen und Waschplaetzen weisen jedoch haeufig Schluffanteile von 50 - 70 Prozent auf. Um diese Feinkornschlaemme von den anhaftenden organischen Schadstoffen zu befreien, bedarf es einem effektiven Energieeintrag. Je kleiner die zu reinigenden Partikel werden, desto schwieriger wird es, mechanische Scher- und Reibungskraefte auf die Partikel zu uebertragen. An der Fachhochschule Ostfriesland beschaeftigte man sich daher mit dem Problem der Energieuebertragung auf die Bodenpartikel. Hierbei wurden zwei Wege verfolgt. Als eine Moeglichkeit der Energieuebertragung wurde versucht, die noetigen Energieeintraege mit Druckluft zu realisieren. Dazu wurde ein Reaktor gebaut, in dem der kontaminierte Boden eingebracht und mittels Druckluftkanonen hohe Scherkraefte eingebracht wurden. Bei diesen Verfahren stellte sich aber nicht der gewuenschte Erfolg ein. Desweiteren war mit dieser Methode kein kontinuierlicher Betrieb moeglich. Als zweiter Weg wurde der Energieeintragung durch eine Beschallung mit Ultraschall erprobt. Bei diesem Verfahren stellte sich der gewuenschte Erfolg im Labormassstab ein, so dass in Form einer Pilotanlage das Verfahren in die Praxis umgesetzt wurde. Das Projektteam hat die Impulswaesche in einen handelsueblichen 20-Fuss Rollcontainer eingebaut. Damit ist eine groesstmoegliche Flexibilitaet erreicht worden. Die Behandlung von verunreinigten Boeden kann vor Ort durchgefuehrt werden. Die gereinigten Boeden werden somit gleich wieder vor Ort eingebaut, so dass aufwendige Transporte entfallen.

Nachhaltige Erzeugung und Verwertung von Rohrkolben auf Niedermoorstandorten in Niedersachsen, Teilvorhaben 2: Biodiversitätsuntersuchungen

Ziel des Vorhabens ist die Transformation der Bewirtschaftung von entwässerten, landwirtschaftlich genutzten Niedermoorböden hin zu einer klimaschonenden, moorbodenkonservierenden Nassbewirtschaftung durch den Anbau von Rohrkolben. Hierzu soll in zwei Modellregionen mit unterschiedlicher landwirtschaftlicher Struktur (Emsland/ Cuxhaven) die großflächige, qualitätsoptimierte Erzeugung von Rohrkolben (T. angustifolia/T. latifolia) und die Verwertung der Biomasse als Baustoff und als Gartenbausubstrat (Torfersatz) entwickelt, demonstriert und für die Vermarktung vorbereitet werden. Die Biodiversität der Typha-Produktionsflächen wird durch ein Monitoring mehrerer Organismengruppen (Gefäßpflanzen, Libellen sowie gegebenenfalls bei Verfügbarkeit von Hilfskräften ergänzend Vögel, Heuschrecken und Amphibien) erfasst und bewertet. Zudem werden dieselben Organismengruppen in naturnahen Rohrkolben-Röhrichten untersucht. Darüber hinaus wird die Vegetationsentwicklung innerhalb der Produktionsflächen untersucht, um Wachstum und Vitalität der Thypha-Bestände im Zusammenspiel mit anderen Röhrichten zu beobachten. Aus der vergleichenden Analyse der Biodiversität der Typha-Produktionsflächen mit naturnahen Rohrkolben-Röhrichten und der detaillierten Analyse der Vegetationsentwicklung, werden Vorschläge zur Pflege und Entwicklung der Paludikultur erarbeitet, die eine hohe Produktivität bei gleichzeig hoher Biodiversität ermöglichen sollen.

Strahlenbelastung des fliegenden Personals

Piloten und FlugbegleiterInnen gehoeren zu den Personen, die einer hohen Strahlenbelastung am Arbeitsplatz ausgesetzt sind. Die kosmische Strahlung in Flughoehe besteht ausschliesslich aus Sekundaerstrahlung (hauptsaechlich Neutronen und Gammastrahlung), die in Wechselwirkung von primaeren Teilchen mit den Atomen der Lufthuelle erzeugt wird. Die Exposition des Flugpersonals ist zudem abhaengig von der Flughoehe, der geomagnetischen Breite und der solaren Aktivitaet. Aufgrund der Komplexitaet des kosmischen Strahlenfeldes ist allerdings der Umfang der Exposition schwer zu bestimmen, und physikalische Messungen geben keinerlei Hinweise auf die biologische Wirksamkeit dieser Strahlung. Ueber Chromosomenanalysen in den peripheren Lymphozyten des menschlichen Blutes konnte in einer Pilotstudie an Personal aus dem Interkontinentalverkehr eine hochsignifikant erhoehte Strahlenbelastung festgestellt werden. Die Chromosomenanalyse eines weiteren Untersuchungskollektivs, das aus einer Gruppe von Concordepiloten besteht, steht kurz vor dem Abschluss. Ergebnisse aus strahlenbiologischen Experimenten im CERN, Genf, belegten eine sehr hohe biologische Wirksamkeit der kosmischen Strahlung im Niederdosisbereich. Die Resultate dieser Versuchsreihe (in-vitro) sollen mit den Ergebnissen aus den in-vivo Ansaetzen verglichen und im Hinblick auf die biologisch Wirksamkeit kleiner Dosen von Neutronen bewertet werden. Die Ergebnisse sollen der Einfuehrung des Strahlenschutzes fuer das Flugpersonal dienen.

Ökologische Grundlagen des Waldwachstums, Wachstumsmonitoring von Fichte, Kiefer, Aspe und Birke in der mittleren Taiga, Komi, NW-Russland

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.

Begruenung von Rueckstandshalden der Kaliindustrie in Niedersachsen und Hessen, ab 1994 in Thueringen

Untersuchung von Moeglichkeiten, Rueckstandshalden aus der Aufbereitung der Kalisalze zu begruenen. Durchfuehrung von Begruenungsversuchen (Feld- und Gefaessversuche) mit und ohne Auftrag von Boden oder anderen Abdeckmaterialien mit dem Ziel, einen dauerhaften Pflanzenbewuchs auf der Haldenoberflaeche zu schaffen.

Hochauflösende Schwerefelder für verbesserte Hochwasservorhersagen

Hochwasser ist eine der größten Naturgefahren. Beobachtung, Vorhersage und Frühwarnung von Hochwasserereignissen ist daher essentiell für die Schadensminderung. Neben Niederschlagseigenschaften sind die Vorfeuchtebedingungen ein wichtiger Faktor für die Abflussbildung und somit für die Ausprägung von Hochwasserereignissen. Seit 2002 wurde es mit der Satellitenmission GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) und deren Nachfolger GRACE Follow-On (GRACE-FO, ab 2018) möglich, Anomalien der terrestrischen Wasserspeicherung (Terrestrial Water Storage, TWS) aus den zeitlichen Veränderungen des Erdschwerefeldes zu beobachten. Dies eröffnet die Möglichkeit, die Feuchtebedingungen vor und während Hochwasserereignissen zu erfassen. Die Nutzung dieser Daten war bisher jedoch wegen ihrer geringen Auflösung (monatlich, 250 - 300 km) stark eingeschränkt. Daher ist es das Ziel dieses Projektes, die Vorhersage und Beobachtung von Hochwasserereignissen mit täglicher zeitlicher Auflösung und auf 50 km räumlicher Auflösung herunterskalierten globalen TWS-Datensätzen von GRACE/GRACE-FO zu verbessern. Im ersten Schritt werden tägliche Schwerefelder mit einem Kalman-Filter Ansatz erzeugt. Diese Verbesserung gegenüber den Standard-Schwerefeldprodukten geht jedoch mit einer schlechteren räumlichen Auflösung einher. Mit neuen Methoden des Maschinellen Lernens (ML), die TWS-Daten von GRACE/GRACE-FO mit simulierten TWS-Daten hydrologischer Modelle kombinieren, werden hochauflösende TWS-Daten erzeugt. Für die Hochwasserwarnung und -beobachtung werden zudem ML-Methoden zur Erzeugung von TWS-Daten in Echtzeit und zu ihrer Vorhersage entwickelt. Auf Basis der hochauflösenden TWS-Anomalien wird ein Vorfeuchteindex als ein Indikator zur Frühwarnung bei hochwasserträchtigen Bedingungen der Wasserspeicherung in Einzugsgebieten abgeleitet. Der Nutzen des Indizes wird im Vergleich mit anderen Hochwasserfaktoren für verschiedene Umweltbedingungen in Einzugsgebieten mit einer Größe von wenigen 10.000 km² bis einigen Millionen km² weltweit analysiert. Ein ML-Ansatz zur Hochwasservorhersage wird unter Nutzung von Vorfeuchteindex, Niederschlagsvorhersagen und andere Hilfsdaten entwickelt. Die schwerebasierten TWS-Anomalien werden zudem in ein bestehendes Hochwasservorhersagemodell für ausgewählte Einzugsgebiete in Niedersachen integriert. Die Vorhersagegüte des ML-Ansatzes und des Hochwassermodells werden auf der regionalen Skala über die Analyse von Hochwasserereignissen der Vergangenheit und einen Vergleich mit dem bestehenden Hochwasservorhersagesystem evaluiert. Der neue Ansatz hat ein großes Potenzial zur Verbesserung der Genauigkeit und Zuverlässigkeit von Hochwasservorhersagen. Weiterhin können auch andere Anwendungen von den hochauflösenden TWS-Daten profitieren, wie zum Beispiel bei der Beobachtung von Grundwasser- oder Bodenfeuchtedynamiken.

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