Seit langem ist bekannt, dass sich Böden mehr oder weniger schnell verändern. Manche dieser Veränderungen haben natürliche Ursachen. Andere wiederum sind auf Bodenbelastungen zurückzuführen, die der Mensch direkt oder indirekt verursacht. Hierzu gehören zum Beispiel die Stoffeinträge über Niederschlag und Staub (Säuren, Nährstoffe, Schwermetalle, Radionukleide, organische Schadstoffe usw.). Aber auch der Land- oder Forstwirt verändert die Böden seit eh und je durch Kultivierung und Nutzung. Die weitaus meisten dieser Prozesse laufen sehr langsam und für die menschlichen Sinne nur schwer wahrnehmbar ab. Um mögliche Veränderungen zu dokumentieren, führt das LBEG das niedersächsische Boden-Dauerbeobachtungsprogramm durch. Hierzu wurde in Kooperation mit anderen Landesdienststellen ein Netz von insgesamt 90 so genannten Boden-Dauerbeobachtungsflächen (BDF) aufgebaut. Siebzig entfallen auf ortsüblich landwirtschaftlich (BDF-L) genutzte und zwanzig auf forstlich genutzte (BDF-F) Standorte. Die Auswahl von repräsentativen Boden-Dauerbeobachtungsflächen (BDF) erfolgte anhand geowissenschaftlicher Kriterien wie Boden- und Gesteinsverhältnisse, Klima und Morphologie. Darüber hinaus berücksichtigte das LBEG typische Bodennutzungen (Land- und Forstwirtschaft, Naturschutzflächen) und Belastungsfaktoren (Immissionen, nutzungsbedingte Belastungen etc.). Ziel ist es, auf Basis dieser repräsentativ ausgewählten Messflächen mögliche Bodenveränderungen aufzudecken, Ursache und Auswirkungen zu bewerten und zu prognostizieren. Gelingt dies, steht den Handelnden in Politik, Verwaltung und Bodennutzung rechtzeitig eine gesicherte Datengrundlage für ihre Entscheidungsprozesse zur Verfügung. Das BDF-F-Programm besteht aus einer Kombination von Merkmals- und Prozessdokumentation. Die Merkmalsdokumentation beinhaltet die periodische Bestimmung von Vorräten und Zuständen wie physikalische, chemische und biologische Bodenuntersuchungen, Erhebungen der Biomasse und deren Inhaltsstoffe, Beurteilungen des Waldzustands durch Kronenansprache und Nadel-/Blattanalysen sowie Aufnahmen der Bodenvegetation. Die Prozessdokumentation geschieht durch die Messung von Flüssen im und über die Grenzen des Ökosystems. In Waldökosystemen stellen die Deposition, die Freisetzung durch Verwitterung, die Aufnahme in die Biomasse und der Sickerwasseraustrag wichtige Flüsse für viele Elemente dar. Daneben werden auch der Streufall und physikochemische Milieugrößen (Immission, Meteorologie) zur Beurteilung von Stresssituationen für die Waldökosysteme gemessen (Text: Nordwestdeutsche Forstliche Versuchsanstalt). In anderen Bundesländern gibt es ähnliche Programme, deren inhaltlicher Umfang unter den durchführenden Institutionen abgestimmt ist. Innerhalb Europas ist eine entsprechende Rahmenrichtlinie in Vorbereitung.
Das Projekt soll die Mechanismen klären, die die Biogeochemie (Metabolismus und Stickstoffaufnahme der mikrobiellen Gemeinschaft) in verschiedenen Chronologien der Wiederaufnahme des Flusses mit und ohne Sedimenttransport modulieren. Die Wiederaufnahme der Strömung nach der Trocknung wird als biogeochemisches Heißmoment betrachtet, bei dem hohe Metabolismusraten und Stickstoffaufnahme durch die Häufigkeit der vorherigen Trocknung beeinflusst werden. Die Mechanismen, die diesen Heißmoment modulieren, sind wenig bekannt. Bisher waren es vor allem Einzelfaktorstudien in temporären Bach- und Flussökosystemen. Allerdings treten Intermittenz und Wiederaufnahme der Strömung zunehmend auch in mehrjährigen Gewässerökosystemen auf und die Oberflächenströmung impliziert oft Sedimenttransport (z.B. Wanderrippel, Oberstufenebene), insbesondere in sandigen Gewässern. Darüber hinaus kann die Wiederaufnahme der Strömung verschiedenen Chronologien folgen, wie z.B. sofort bei Regen oder langsam bei steigendem Grundwasser, und die Konzentrationen von Nährstoffen und Kohlenstoff, die bei der Wiederaufnahme der Strömung ausgelaugt werden, können auch die biogeochemische Reaktion beeinflussen. Ich schlage ein neues allgemeines Konzept von 'intermittierenden Bachlebensräumen' für alle Bereiche eines Bachbettes vor, die trotz variabler Wechselwirkungen von Faktoren irgendwann trocken sind (z.B. Oberflächenwassermangel). Die hier vorgeschlagene Untersuchung der Mechanismen bei verschiedenen Chronologien der Strömungswiederaufnahme, gekoppeltem Sedimenttransport und in temporären und mehrjährigen Gewässerökosystemen wird zeigen, ob eine solche allgemeine und integrative Sichtweise angewendet werden kann. Die Wechselwirkungen von Strömungswiederaufnahme, Sedimenttransport, Nährstoff- und Kohlenstoffkonzentrationen und Trocknungshäufigkeit werden in Mikrokosmosversuchen mit Sedimentgemeinschaften von intermittierenden Lebensräumen aus mehrjährigen und temporären Strömen untersucht. Die Antwortvariablen unter Beachtung sind: Kohlenstoffstoffwechsel, gemessen an Veränderungen der Sauerstoffkonzentration in der Dunkelheit und im Licht, Netto-Stickstoffaufnahme durch Zugabe des stabilen Isotops 15N (15NH4Cl) und der Struktur und Architektur (z.B. Biofilm) der mikrobiellen Gemeinschaft (nur für gekoppelten Sedimenttransport). Die Ergebnisse werden zu einem vollständigen mechanistischen Bild der Kohlenstoff- und Stickstoffdynamik Gewässerökosystemen beitragen, die zu starken Strömungsschwankungen und Trocknung neigen. Die Ergebnisse werden es ermöglichen, die Wiederaufnahme der Strömung in die aktuellen Konzepte der Strömungsbiogeochemie zu integrieren. Ein solcher konzeptioneller Rahmen ist der Schlüssel für das Management von Ökosystemen im Mittelmeerraum und immer mehr gemäßigten Strömungen, die aufgrund der zunehmenden Wasserentnahme und des Klimawandels trocken werden.
Methoden des terrestrischen Carbon Dioxide Removal (tCDR) wie Aufforstung und Biomasseplantagen werden zuweilen als effektive, 'grüne' und sichere Varianten des Klimaengineering (CE) verstanden wegen ihrer Möglichkeit, die natürliche CO2-Aufnahme durch die Biosphäre zu erhöhen, und ihrer denkbaren ökonomischen Tragfähigkeit. Erkenntnisse aus der ersten Phase des CE-LAND-Projekts legen indes nahe, dass tCDR aufgrund schwieriger erdsystemischer und ethischer Fragen ebenso kontrovers wie andere CE-Methoden ist. CO2-Budgetierungen und rein ökonomische Bewertungen sind daher um profunde Analysen der natürlichen Begrenzungen, der Auswirkungen auf das Erdsystem mit damit verbundenen Unsicherheiten, der Tradeoffs mit anderen Land- und Wassernutzungen und der weitreichenden ethischen Implikationen von tCDR-Maßnahmen zu ergänzen. Analysen hypothetischer Szenarien der ersten Projektphase zeigen, dass effektives tCDR die Umwidmung großer Flächen voraussetzt, womit schwierige Abwägungsprozesse mit anderen Landnutzungen verbunden wären. Darüber hinaus zeigt sich, dass signifikante Nebenwirkungen im Klimasystem (außer der bezweckten Senkung der Weltmitteltemperatur) und in terrestrischen biogeochemischen Kreisläufen aufträten. CE-LAND+ bietet eine tiefergehende quantitative, räumlich explizite Evaluierung der nicht-ökonomischen Kosten einer Biosphärentransformation für tCDR. Potentielle Tradeoffs und Impakts wie auch die systematische Untersuchung von Unsicherheiten in ihrer Abschätzung werden mit zwei Vegetationsmodellen, einem Erdsystemmodell und, neu im Projekt, dynamischen Biodiversitätsmodellen analysiert. Konkret wird CE-LAND+ bisher kaum bilanzierte Tradeoffs untersuchen: einerseits zwischen der Maximierung der Flächennutzung für tCDR bzw. Biodiversitätsschutz, andererseits zwischen der Maximierung der Süßwasserverfügbarkeit für tCDR bzw. Nahrungsmittelproduktion sowie Flussökosysteme. Auch werden die (in)direkten Auswirkungen veränderten Klimas und tCDR-bedingter Landnutzungsänderungen auf Wasserknappheit (mit diversen Metriken und unter Annahme verschiedener Varianten des Wassermanagements) und Biodiversität quantifiziert. Die Tradeoffs und Impakts werden im Kontext von neben der Bekämpfung des Klimawandels formulierten globalen Nachhaltigkeitszielen - Biodiversitätsschutz, Wasser- und Ernährungssicherheit interpretiert - was sonst nicht im Schwerpunktprogramm vermittelt wird. Ferner wird das Projekt zu besserem Verständnis und besserer Quantifizierung von Unsicherheiten von tCDR-Effekten unter zukünftigem Klima beitragen. Hierzu untersucht es modellstrukturbedingte Unterschiede, Wachstum und Mortalität von tCDR-Pflanzungen unter wärmeren und CO2-reicheren Bedingungen und Wechselwirkungen zwischen tCDR-bezogenen Landnutzungsaktivitäten und Klima. Schließlich wird CE-LAND+ in Kooperationen innerhalb des Schwerpunktprogramms und mit einer repräsentativen Auswahl von Szenarien zur Evaluierung tCDR-bedingter Tradeoffs aus umweltethischer Sicht beitragen.
Das globale Netz von Fließgewässern erstreckt sich über 80 Millionen Kilometer. Es ist der Schlüssel für menschliche Besiedlung, unterstützt die vielfältigen Gewässerökosysteme und transportiert Sedimente & Kohlenstoff in die Ozeane. Die Verdunstungsverluste dieser Wasseradern wirken sich auf die Wasservorräte aus und können durch Veränderungen des Energiehaushalts und der Wassertemperatur auch chemische und biologische Prozesse in Flussökosystemen beeinflussen. Derzeit sind die Schätzungen zur Verdunstung aus Flüssen weitgehend lokal und empirisch. Es mangelt ihnen auf verschiedenen Ebenen an Vorhersagbarkeit für unterschiedliche Fluss- & Klimabedingungen. Besonders die Auswirkungen von Turbulenzen und Durchmischung dieser dynamischen Verdunstungsflächen, die aerodynamischen Wechselwirkungen mit der darüber liegenden Luft, die unterschiedliche Strahlung und die Strömungseigenschaften wurden bisher nicht systematisch in skalenübergreifende Verdunstungsmodelle integriert. Im Gegensatz zu Penman-basierten Methoden, die sich auf empirische Oberflächenaustauschkoeffizienten stützen, wird in diesem Projekt ein physikalisch basierter Rahmen für die Verdunstungsbegrenzung in Fließgewässern unter Berücksichtigung eines skalengerechten Energieverteilungsschemas entwickelt. Es wird ein Modell eines charakteristischen Fließgewässerprofils (1-D) entwickelt, das die wesentlichen Aspekte der Durchmischung und Turbulenz sowie unterschiedliche Strahlungsenergiezufuhren und Strömungseigenschaften berücksichtigt. Mit dieser vereinfachten Darstellung werden die Hauptprozesse, die Verdunstungsverluste & Wassertemperaturen beeinflussen, in skalierbarer Weise erfasst und unsere Abhängigkeit von der Empirie verringert. Unsere Ziele sind: - Die Entwicklung eines mechanistischen Ansatzes, der hydro-aerodynamische Merkmale mit der Verteilung der Strahlungsenergie und der Wärmebilanz charakteristischer Flussprofile verbindet, um Verdunstungsverluste für Flussabschnitte zu quantifizieren - Systematische Labor- und Feldexperimente zur Bestimmung dominanter Flussmerkmale und Umweltfaktoren, die die Verdunstungsdynamik bestimmen, um die Modellevaluierung und das Upscaling zu ermöglich. - Die Klassifizierung räumlich-zeitlicher Merkmale des globalen Flussnetzes, um die Skalierung des theoretischen Ansatzes zu unterstützen. Für das Projekt werden Labor- und Feldgeräte sowie Fachwissen des Desert Research Institute (USA), des Forschungszentrums Jülich (Deutschland), der Universität Utrecht (Niederlande) und der Boston University (USA) genutzt. Die quantitativen Rahmenbedingungen ermöglichen es, künftige Klimaauswirkungen auf die Fließgewässereigenschaften und deren ökologischen Folgen zu bewerten. Die besseren Schätzungen der Verdunstungsverluste des globalen Flussnetzes werden Wissenslücken bezüglich der Wasserbilanz & -verfügbarkeit in Trockengebieten schließen und unser Wissen für den regionalen & grenzüberschreitenden Wassertransfer und die Wasserrechte verbessern.
Zielsetzung: Ziel des Gesamtprojekts 'PlasticFreeDanube' ist die Etablierung eines fundierten Wissensstands zu Kunststoffverschmutzungen in und entlang der Donau sowie die Festlegung standardisierter Methoden zur Einschätzung von Eintragsquellen, Quantitäten, Transportverhalte und Umweltgefahren in fluvialen Systemen. Folgende Kernziele werden dabei verfolgt: i) Bereitstellen von Methodik und Daten für die Beurteilung und das Monitoring von Kunststoffverschmutzung in Flussökosystemen ii) Entwicklung eines Aktionsplans für Kunststoffabfälle und Umsetzung von Pilotmaßnahmen gegen die Verschmutzung von Kunststoff in und entlang der Donau iii) Bewusstseinsbildung von Öffentlichkeit und Stakeholdern betreffend die Kunststoffverschmutzung von Flüssen Daten über Ursprung und Mengen des Kunststoffs, der in die Donau gelangt, werden aus bereits existierenden Daten und Feldforschung (Vor-Ort Abfallsammlungen und Sortierungen) generiert und darauffolgend in einer Materialflussanalyse zusammengefasst. Des weiteren werden Zusammensetzung und Eigenschaften qualitativ analysiert & Umweltgefahren durch Kunststoffzerfall im Wasser bewertet. Darauf aufbauend werden Pilotmaßnahmen entwickelt und implementiert und ein gemeinsamer Aktionsplan erarbeitet. Maßnahmen zur Bewusstseinssteigerung & zum Wissensaufbau für Stakeholder sollen die Nutzung und Nachhaltigkeit der Projektergebnisse gewährleisten.
Wasser verfügt über eine vergleichsweise hohe spezifische Wärmekapazität. Die in den Oberflächengewässern gespeicherte Umweltwärme kann bis zu einem gewissen Teil in Abhängigkeit von der Gewässertemperatur und der vorhandenen Wassermenge für die Wärmeversorgung nutzbar gemacht werden. Die thermische Nutzung von Oberflächengewässern ist vor allem in dicht besiedelten urbanen Räumen eine maßgebliche Option, zu einer klimaneutralen Wärmeversorgung beizutragen. Dabei ist es jedoch wichtig, Flüsse und Seen nicht nur als Speicher thermischer Energie, sondern auch als Lebensräume und komplexe Ökosysteme zu betrachten. Aus diesem Grund ist eine systemische interdisziplinäre Betrachtungsweise unabdingbar. Berlin ist von zahlreichen Gewässern durchzogen. Allein die großen Flüsse Spree, Dahme und Havel durchfließen Berlin auf einer Länge von 89 km und weiten sich teilweise zu Flussseen aus. Die Berliner Kanäle haben eine Gesamtlänge von insgesamt 67 km und die kleineren Nebengewässer von ca. 75 km. Zusätzlich gibt es eine Vielzahl an Seen, Teichen und Weihern. Alle diese Gewässer prägen nicht nur das Bild der Stadt, sind jedoch nur zum Teil auch als Quelle für die Wärmeversorgung insbesondere von Wärmenetzen geeignet. Alle Informationen des Landes zu den Oberflächengewässern Berlins und die Anforderungen an deren Nutzung finden hier: Oberflächengewässer Berlins Das Land Berlin ist aktuell dabei, georeferenzierte Daten zu den thermischen Potenzialen der Berliner Fließgewässer und Seen unter Berücksichtigung der ökologischen, wasserwirtschaftlichen und energietechnischen Anforderungen zu erarbeiten und diese über Kartenmaterial verfügbar zu machen. Mit diesen Informationen bekommen handelnde Akteure, wie Wärmeversorgende, Netzbetreibende, Planungsbüros und Energieagenturen die Möglichkeit, im Rahmen einer Konzeptionierung innovativer Wärmeversorgungssysteme die potentielle Entzugsleistung aus naheliegenden Gewässern oder einem Gewässerabschnitt ableiten zu können. Für Deutschland existierte bisher keine einheitliche Methodik zur Ermittlung der hydrothermischen Potenziale aus Oberflächengewässern unter Berücksichtigung ökologischer und wasserwirtschaftlicher Anforderungen sowie deren Darstellung in Potenzialkarten. Aus diesem Grund hat die Senatsverwaltung für Mobilität, Verkehr, Klimaschutz und Umwelt (SenMVKU) ein Projekt zur Konzeptentwicklung und Bestimmung der thermischen Potentiale von Oberflächengewässern im Land Berlin gestartet. Das Projekt setzt sich aus drei wesentlichen Teilen zusammen: Konzeptentwicklung zur Bestimmung der Potenziale und die Erstellung von Potenzialkarten Umsetzung des Konzeptes durch modelltechnische Anpassungen des Berliner Gewässermodells BIBER Einbindung der georeferenzierten Potenzialdaten in das Wärmekataster Ende Januar 2023 wurde die JENA-GEOS-Ingenieurbüro GmbH mit der Konzeptentwicklung beauftragt, welche mittlerweile abgeschlossen ist. Die Ergebnisse umfassen die Entwicklung einer Methode zur Bestimmung der Potenziale sowie deren räumlich verortete Darstellung mittels GIS-Files für die Integration in das Berliner Wärmekataster. Ebenso Teil der Konzeptentwicklung ist die Definition des Ist-Zustands unter den vorliegenden Randbedingungen sowie die Entwicklung zweier Zukunftsszenarien für das Jahr 2045 mit angepassten Randbedingungen. Zur realistischen Bestimmung der Potenziale sind sowohl die rechtlichen und wasserwirtschaftlichen Rahmenbedingungen als auch ökologische und energietechnische Anforderungen zu berücksichtigen. Für die Integration in das Wärmekataster sind bestimmte modelltechnische Anforderungen zu erfüllen. Zur praxisnahen Einordnung und Verifizierung der Rahmenbedingungen und Anforderungen wurden daher vier Workshops unter Beteiligung unterschiedlichster Akteure durchgeführt. Weiterführende Informationen zum Wärmekataster Das Potenzial der großen Berliner Flüsse und Kanäle (schiffbare Gewässer 1. Ordnung) wird modellgestützt (BIBER) ermittelt werden. Dabei dient der Ist-Zustand der Kalibrierung des Modells und zur Abschätzung der erreichbaren Modellgenauigkeit auf Grundlage der bestehenden Datenverfügbarkeit. Das in der Zukunft mit dem Zeithorizont 2045 vorhandene thermische Potenzial wird anhand von zwei Zukunftsszenarien ermittelt. Bis zum 2. Halbjahr 2025 soll die modelltechnische Anpassung realisiert werden, sodass die georeferenzierten Potenzialdaten in Form von Kartenmaterial erstellt und in das Wärmekataster eingebunden werden können. Parallel wurde im 1. Quartal 2024 durch den Fachbereich der Landeshydrologie im Haus der Senatsverwaltung für Mobilität, Verkehr, Klimaschutz und Umwelt eine Masterarbeit betreut, welche zum Ziel hatte, eine Bestimmung des hydrothermischen Potenzials an den einzelnen Messstationen der Berliner Fließgewässer 1. Ordnung auf Basis von Beobachtungsdaten (Messdaten) sowie unter Beachtung wasserwirtschaftlicher Bedingungen und einschlägiger Anforderungen zu ermitteln. Die Arbeit von Jördis Lehmann wurde für den Tag der Hydrologie 2024 in einem Poster zusammengefasst, welches folgend zum Download verfügbar ist. Mit der Schaffung der konzeptionellen Grundlagen für künftige Nutzungen in Form von Potenzialkarten nimmt Berlin in Deutschland eine Vorreiterrolle ein.
Zielsetzung: Technologiemetalle kommen aufgrund ihrer exponierten Materialeigenschaften in vielen Zukunftstechnologien zum Einsatz. Ein Problem stellen die aktuellen Gewinnungsarten der Metalle dar. Zum einen finden sich die größten Lagerstätten in den ärmsten Ländern der Welt, was zu enormen Preis- und Lieferproblemen führt. Die Preise für die Metalle haben sich teilweise verdoppelt. Zum anderen werden zur Gewinnung Wälder gerodet, Flüsse vergiftet, Menschen ausgebeutet und ganze Ökosysteme zerstört. In Kombination mit dem enormen Energieverbrauch sind die Abbaupraktiken eine der größten Umweltbedrohungen unserer Zeit geworden. Eine bisher noch ungenutzte Quelle für die (Rück-)Gewinnung von Technologiemetallen stellt Klärschlamm bzw. Klärschlammasche dar. Bisher werden diese Aschen fast ausschließlich auf Deponien entsorgt. Ab 2029 wird es aber aufgrund der Klärschlammverordnung eine große Änderung im Bereich des Klärschlammes geben, durch die die Rückgewinnung von Phosphor gesetzlich verpflichtend wird. Bei den zur Rückgewinnung häufig verwendeten, nasschemischen Verfahren werden die Klärschlammaschen in saure Lösung gebracht, um den Phosphor quantitativ zu lösen. Dabei gehen auch verschiedene Metalle in unterschiedlichem Maße in Lösung und liegen so bereits als Ionen vor. Durch den nasschemischen Aufschluss wird die Möglichkeit der Rückgewinnung von weiteren Rohstoffen, insb. von den Technologiemetallen, ressourcentechnisch und wirtschaftlich deutlich verbessert. Das Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines technischen Moduls, mit welchem es möglich ist, im Zuge der P Rückgewinnung auch bestimmte Metalle aus der Klärschlammasche zu recyceln. Das entwickelte Modul soll direkt an den Verfahrensschritt der nasschemischen P-Rückgewinnung gekoppelt werden, ohne diesen zu beeinträchtigen. Durch den modularen Charakter soll das Recyclingverfahren einfach an die vorherrschenden Zusammensetzungen des Klärschlamms/ der Asche (z.B. bei besonders hohem Anteil an Nd) sowie die entstehende Menge angepasst werden. Um eine möglichst übertragbare Integration des Moduls in bestehende Anlagen zu ermöglichen, sollen zudem noch Bemessungsgrundlagen erarbeitet werden. Somit ist der Separationsprozess immer wirtschaftlich optimal ausgelegt und an beliebigen Anlagen(-größen) einsetzbar. Das Modul wird einen erheblichen Beitrag zur Umweltentlastung in den Bereichen des Landschutzes, der CO2-Emissionen und der Ressourcenschonung leisten.
Veranlassung Mit der Novellierung des Wasserhaushaltsgesetzes am 1. März 2010 (WHG) wurde die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung (WSV) dazu verpflichtet, die ökologische Durchgängigkeit an ihren Staustufen wiederherzustellen. Ziele sind der gute ökologische Zustand (GÖZ) bzw. das gute ökologische Potenzial (GÖP) der Wasserkörper gemäß Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) bzw. WHG. Die WSV hat zunächst Maßnahmen zur Herstellung der fischökologischen Durchgängigkeit und hier speziell zum Fischaufstieg priorisiert. An mehr als 200 Standorten der BWaStr müssen dazu Fischaufstiegsanlagen (FAA) sowie teilweise auch Fischabstiegsanlagen (FAbA) gebaut werden. Die Funktionsfähigkeit dieser Anlagen lässt sich direkt am Standort bewerten. Das BfG-Projekt "Entwicklung eines Methodenstandards zur biologischen Funktionskontrolle von Fischaufstiegsanlagen an Bundeswasserstraßen" adressiert hierzu die Herausforderungen an BWaStr. Um aber einzuschätzen, ob die Maßnahmen Bedingungen schaffen, unter denen GÖZ oder GÖP des Wasserkörpers tatsächlich erreichbar sind, muss es möglich sein, die Betrachtung auf den betroffenen Flussabschnitt und darüber hinaus zu erweitern. Dafür ist entscheidend, ab welchem Grad der Durchgängigkeit sich dort stabile Populationen der Fischzönose etablieren können. Dies ist in den BWaStr bislang nicht quantifizierbar, da es aktuell keine passenden Modelle oder Werkzeuge gibt, die eine entsprechend integrative Beurteilung ermöglichen. An dieser Stelle setzt das Projekt FischPop an. Für die BWaStr soll es ein Werkzeug entwickeln, welches Populationsaspekte in Verbindung mit der Ausprägung und Verfügbarkeit von Habitaten sowie ihrer Konnektivität modellhaft abbildet. Durch einen Metapopulationsansatz sollen die drei Komponenten miteinander verknüpft werden, um großskalig populationsökologische Prozesse zu modellieren. Dies ermöglicht es nicht nur, die Auswirkungen einer konkreten FAA auf die Populationen zu beurteilen, sondern auch kumulative Auswirkungen mehrerer Barrieren einzuschätzen, was der Realität der meisten BWaStr entspricht. Während zunächst der Fokus auf der Bewertung der Durchgängigkeit liegen wird, kann ein solches Modell perspektivisch auch dabei helfen, die Bedeutung der verfügbaren Fischhabitate für die Fischpopulationen zu quantifizieren und zu beurteilen. Ziele Gesamtziel: - Modellanwendung entwickeln, mit der abgeschätzt werden kann, ob die gegebene Durchgängigkeit einer FAA bzw. eines Querbauwerks-Standortes die Entwicklung vitaler Fischpopulationen ermöglicht (Populationsmodell inklusive Konnektivitätsmodul und Habitatmodul) Teilziele: - theoretisches Modell entwickeln, zunächst für eine Art/Artengruppe - theoretisches Modell ausweiten auf insgesamt mindestens drei Arten/Artengruppen mit unterschiedlichen Ansprüchen an den Lebensraum - Modellanwendung anhand konkreter Projektgebiete kalibrieren und verifizieren - auf Grundlage der Modellanwendung Bewertungswerkzeug für konkrete Querbauwerks-Standorte entwickeln Das Projekt "Bedeutung der Durchgängigkeit für Populationen wandernder Fischarten in Bundeswasserstraßen" ist Teil des FuE-Rahmenkonzeptes zur ökologischen Durchgängigkeit der Bundeswasserstraßen (BWaStr). Die übergreifenden Ziele und die weiteren in diesem Rahmen durchgeführten FuE-Projekte sind unter der Projektnummer M39630404009 nachzulesen (Herstellung der ökologischen Durchgängigkeit für Fische an den Staustufen der Bundeswasserstraßen - Rahmenkonzept für Forschung und Entwicklung). Die ökologische Resilienz von Fischpopulationen in Flussökosystemen basiert auf einer erfolgreichen Fortpflanzung und Rekrutierung, dem Zugang zu verfügbaren Ressourcen und der Erreichbarkeit von unterschiedlichen Habitaten. Bei der Restaurierung von Flüssen verbessern vor allem solche Projekte die Diversität der Fischfauna und die Bestandsentwicklung einzelner Fischarten, deren Maßnahmen eine Verbesserung sowohl der hydromorphologischen Habitate als auch der ökologischen Durchgängigkeit beinha
In aquatischen Ökosystemen ist der Nährstoffkreislauf eine entscheidende Ökosystemfunktion. Sowohl Stickstoff (N) als auch Phosphor (P) sind essentielle Nährstoffe für aquatische Lebensformen, doch im Übermaß verursachen Stickstoff und Phosphor Eutrophierung. Eutrophierung ist eine globale Beeinträchtigung des Ökosystems, bei der ein Überschuss an Nährstoffen die Struktur und Funktion von Süßwasserökosystemen verändert. Die wichtigsten Auswirkungen der Eutrophierung sind eine übermäßige Zunahme der Algenbiomasse und -produktivität, eine Beeinträchtigung der physikalisch-chemischen Wasserqualität (d. h. Zunahme von Farbe, Geruch und Trübung), anoxische Gewässer, Fischsterben und Einschränkungen der Wassernutzung für Erholungszwecke. Die Eutrophierung ist seit den späten 1980er Jahren in ganz Europa als erhebliches Umweltproblem erkannt worden und stellt auch heute noch eine Herausforderung dar. Um ein gesundes Ökosystem zu erhalten, sollte der Phosphorgehalt im Wasser kontrolliert werden. Phosphor wird nicht vollständig aus dem aquatischen Ökosystem entfernt, sondern von einem Kompartiment (d. h. Wasser) in ein anderes (d. h. Flussbettsubstrate und/oder Biota) immobilisiert. Bei dieser P-Immobilisierung spielen mikrobielle Biofilme eine Schlüsselrolle, indem sie gelösten Phosphor aus dem Wasser einschließen. Dieser Einschluss kann in zwei verschiedenen Pools erfolgen (d. h. intrazellulär oder extrazellulär). Das Wissen über die biologischen Mechanismen des Biofilm-P-Einschlusses in aquatischen Ökosystemen ist jedoch nach wie vor begrenzt. Außerdem kann die Fähigkeit von Biofilmen, P einzuschließen, von ihren Stoffwechselprofilen abhängen. Genauer gesagt bestimmt der C-bezogene Stoffwechsel die Fähigkeit von Biofilmen, organische Verbindungen zu mineralisieren und für ihr Wachstum zu nutzen, und der P-bezogene Stoffwechsel ist mit ihrer Fähigkeit verbunden, verschiedene P-Quellen aufzunehmen. Aus diesem Grund erwarte ich, dass die Fähigkeit aquatischer Ökosysteme, P aus aquatischen Ökosystemen aufzunehmen, von der Struktur und Aktivität der Biofilme abhängt. Das Hauptziel dieses Projekts ist es, zu verstehen, wie Energiequellen in Flussökosystemen die Wege der P-Einlagerung innerhalb von Biofilmen beeinflussen. Insbesondere soll (i) geklärt werden, wie die Kombination von autotrophen und heterotrophen Energiequellen (d. h., (ii) die Auswirkung autotropher und heterotropher Energiequellen auf den C- und P-Stoffwechsel in Biofilmen und ihre Verbindung zu den P-Einlagerungspools zu testen und (iii) die Muster der intrazellulären P- und extrazellulären P-Einlagerungswege in Biofilmen und die Stoffwechselprofile mit den Längsgradienten des Lichts und der Qualität des gelösten Sauerstoffs in Flussökosystemen zu verknüpfen.
Die vorgeschlagene Arbeit zielt darauf ab, das Ozeanographen-Toolkit zur Quantifizierung der Skelettniederschlagsraten in Meeresumgebungen zu verbessern und Veränderungen in der Ökosystemstruktur und -funktion über sehr große räumliche Skalen zu bewerten. Dies basiert auf der Analyse von Veränderungen in der Meerwasserchemie, die durch die Aufnahme von wichtigen Elementen durch verschiedene Meeresorganismen während des Biomineralisierungsprozesses hervorgerufen werden, und der Freisetzung dieser Elemente bei der Auflösung von Skeletten. Der Ansatz nutzt die unterschiedlichen Tendenzen verschiedener Skelettbildungsorganismen, um kleinere Bestandteile in ihre Skelette aufzunehmen. Die Analyse der Konzentrationen der Hauptelemente Kalzium, Strontium, Lithium und Fluor erfolgt entlang von vier langen Ozeantransekten im Atlantik und im Pazifischen Ozean, die auf die Konzentrationen und Isotopenverhältnisse einer großen Anzahl von Spurenelementen, Nährstoffen, Karbonatsystemparametern und Hydrographie analysiert wurden oder werden. Das Vorhandensein der Spurenelementdaten neben den Hauptelementdaten ermöglicht die Quantifizierung der wichtigsten Elementeinräge und den Austrag durch Grenzquellen und Senken (wie Flüsse, hydrothermale, Staub und Sedimente), wodurch Korrekturen der Major-Elementdaten zur Berücksichtigung von Flüssen aus dem Ökosystem ermöglicht werden. Dieses Wissen wird zur Beurteilung des Zustands der marinen Ökosysteme genutzt und kann als Grundlage für Veränderungen dienen, die bei zukünftigen Bewertungen beobachtet werden. Die Anwendung dieses Instruments auf wiederholte räumliche oder zeitliche Untersuchungen wird eine groß angelegte Bewertung des Fortschritts der Auswirkungen der Versauerung der Ozeane auf die Häufigkeit von Kalkbildungsorganismen ermöglichen.
| Origin | Count |
|---|---|
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