Unsere konzeptionelle Sicht des P-Kreislaufes in Waldökosystemen beruht auf der Untersuchung von P-Pools, den Zusammenhängen zwischen verschiedenen P-Pools und zu einem geringen Anteil von P-Flüssen. Bisherige Arbeiten konnten aber nicht die Prozesse aufdecken, die ein Phosphatmolekül auf ökosystemarer Skala durchlief. Zum Beispiel sind die oben genannten Ansätze nicht geeignet, um zwischen der Freisetzung aus einem Mineral oder aus einer organischen Verbindung zu unterscheiden. Die Untersuchung des Sauerstoffisotopenverhältnisses in Phosphat könnte diese Informationen liefern. Unser Ziel ist es, die Wichtigkeit biologischer und geochemischer Prozesse, die den P-Kreislauf in 4 Waldökosystemen kontrollieren, entlang eines Gradienten der P-Verfügbarkeit im Boden zu untersuchen. Wir werden den Verbleib von Phosphat i) im Kreislauf vom Streufall-P über P-Freisetzung während des Abbaus organischer Substanz in der organischen Auflage und im Boden bis hin zur Aufnahme durch die Pflanzen und ii) während der Freisetzung aus P-haltigen Mineralen im Boden und der anschließenden Aufnahme in die Pflanzen verfolgen. Wir werden Mulit-Isotopenansätze (O im Wasser, P and O in Phosphat, C in der organischen Substanz) nutzen, die wir innovativ verbinden, um unsere Forschungsfragen zu beantworten. Für das tiefgreifende Verständnis des P-Kreislaufes während des Abbaus von organischer Substanz werden wir uns auf folgende experimentelle Ansätze stützen: i) Messungen in den etablierten Waldsystemen (Output 1), ii) Laborinkubationen der organischen Auflage und des Mineralbodens (Outputs 2 und 3) sowie iii) Topfexperimente mit wachsenden Pflanzen (Outputs 4 und 5). Unser Projekt wird zur Verifizierung der allgemeinen Hypothese des SPP-Programmes beitragen, dass die mit der Zeit sinkende P-Verfügbarkeit die Waldökosysteme von Mobilisierungs- (effiziente Mobilisierung aus der Mineralphase) zu Recycling-Systemen (sehr effizientes Recycling von P) verschiebt.
Denitrifikation ist der bedeutendste Transformationsprozess, der reaktiven Stickstoff (N) im Boden in atmosphärisches N2 überführt. In Böden befinden sich räumlich sehr heterogene Mikrosites mit sehr unterschiedlichem Potential für Denitrifikation und N Transformationen. Der Beitrag der einzelnen Mikrosites an der Gesamtdenitrifikation ist bisher nur sehr unzureichend verstanden. In dieser Studie soll der Beitrag von hot spots (hoch aktive Mikrosites) in homogenen, (gesiebten) Böden und intakten Bodenkernen untersucht werden. Basierend auf Untersuchungen mit homogenen (gesiebten) Böden wird ein Verfahren entwickelt, um die N Transformationen und die gasförmigen N Freisetzungen der verschiedenen Bodenvolumina auf die N Dynamik des Gesamtbodens zu beziehen. Diese Methode wird angewandt, um den Beitrag der hot spots an der Gesamtdenitrifikation in gesiebten und intakten Böden zu quantifizieren. Um verschiedene Wege der N2O und N2 Freisetzungen zu identifizieren, werden eine Reihe von Isotopenmethoden (dual 15N / 18O-Markierung, 15N Tracing, Isotopomere) eingesetzt und kreuz-kalibriert. Ein neues 15N-Tracing Modell wird entwickelt, um die Gesamt N Dynamik auf die N Dynamik in verschiedenen Bodenvolumina in Beziehung zu setzen. Wir erwarten, dass durch Berücksichtigung der Bodenheterogenität die Unsicherheiten der verschiedenen Isotopentechniken erheblich reduziert werden können. Die Experimente werden unter kontrollierten Bedingungen durchgeführt und sind eng mit den anderen DASIM Projekten verknüpft. In diesem Projekt werden Daten zu Brutto N Transformationen und gasförmigen N Dynamiken erhoben, die für die Validierung und Entwicklung von Denitrifikationsmodellen eingesetzt werden.
Der Oberflächenfilm (SML) ist die oberste dünne Schicht des Ozeans und Teil jeglicher Wechselwirkung zwischen Luft und Meer, wie Gasaustausch, atmosphärische Deposition und Aerosolemission. Die Anreicherung von organischer Materie (OM) in der SML modifiziert die Luft-Meer-Austauschprozesse, aber welche OM-Komponenten selektiv angereichert werden, sowie warum und wann sie dies tun, ist weitgehend unbekannt (Engel et al., 2017). Unsere bisherige Forschung hat gezeigt, dass Biopolymere aus photoautotropher Produktion wichtige Komponenten der SML sind und den Luft-Meer-Austausch beeinflussen, indem sie als Biotenside (Galgani et al., 2016; Engel et al., 2018) und als Quelle primärer organischer Aerosole (Trueblood et al., 2021) wirken. Die Motivation unseres Projektes ist es daher, die dynamischen Anreicherungsprozesse von OM in der SML aufzuklären und zu beschreiben, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf der Auflösung der OM-Quellen liegt. Mit unserem Modellierungsansatz ist es das Ziel, unser mechanistisches Verständnis der Zusammenhänge zwischen den Wachstumsbedingungen des Planktons, der Produktion und der Freisetzung von Biomolekülen, einschließlich potentieller Tenside, und der Akkumulation von OM in der SML zu konsolidieren. Eine solche Modellentwicklung wird in hohem Maße von den Ergebnissen und Erkenntnissen der verschiedenen Teilprojekte des BASS-Konsortiums profitieren. Umgekehrt ist es unsere Motivation, ein Modell zu etablieren, das als Synthesewerkzeug für die Interpretation und Integration von Feld-, Mesokosmen- und Labormessungen der OM-Anreicherung in der SML anwendbar wird.Relevanz für die Forschungsgruppe BASS - SP1.1 wird die Quellen, die Menge und die biochemische Zusammensetzung von OM in der SML entschlüsseln und damit wichtige Informationen für alle BASS-Teilprojekte liefern. Der primäre Ursprung von OM im Oberflächenozean ist die photosynthetische Produktion und die wichtigsten biochemischen Komponenten von frisch produzierter OM, d.h. Kohlenhydrate, Aminosäuren und Lipide, unterliegen der mikrobiellen Verarbeitung (SP1.2) und Photoreaktionen innerhalb der SML (SP1.3, SP1.4) und füllen auch den Pool der gelösten organischen Substanz (DOM) auf (SP1.5). Die Modellentwicklung in SP1.1 stellt eine Verbindung zwischen der Produktion von OM und ihrer Anreicherung innerhalb der SML her und zielt darauf ab, die entsprechenden Auswirkungen auf den Luft-Meer-Gasaustausch (SP2.1) zu bestimmen, indem Änderungen des Impulsflusses auf den Ozeanoberflächenschichten (SP2.2) sowie des Auftriebs (SP2.3) berücksichtigt werden. Das vorgeschlagene SML-Submodell wird auf der Grundlage der Ergebnisse aus SP1.4 und SP2.3 verfeinert. Ergebnisse aus den Modellsensitivitätsanalysen werden ergänzende Informationen über oberflächenaktive Eigenschaften verschiedener OM Komponenten und deren Auswirkungen auf Luft-Meer-Austauschprozesse liefern, die innerhalb von BASS ausgewertet werden.
In einem EU-Projekt wurde gemeinsam mit Partnern ein 'Vergleich der Vorgangsweisen bei der Zulassung der Freisetzung gentechnisch veraenderter Organismen in Europa' vorgenommen. Obwohl durch die EU-Richtlinie 90/220 die Bedingungen fuer Freisetzungen und Inverkehrbringen geregelt sind, ergaben sich deutliche Unterschiede bei der Umsetzung in der Praxis. Bei der Einfuehrung einer herbizidresistenten Rapszuechtung stuetzten sich die niederlaendischen Behoerden ausschliesslich auf den direkten Einfluss auf die natuerliche Umwelt, die Daenen auf moegliche Einfluesse auf die agrarwirtschaftliche Praxis wogegen die englischen Behoerden darin ein rein agronomisches Problem sahen, das von der Richtlinie nicht betroffen waere. Informationen fuer die Oeffentlichkeit sind in den Niederlanden frei zugaenglich, in Deutschland werden sie restriktiv behandelt. Ebenso variieren Auffassungen ueber die Art des Risikos, Vermeidungsstrategien oder Risiko-Nutzen-Analyse. Die Studie identifiziert ernsthafte Hindernisse fuer die Harmonisierung wegen unterschiedlicher Auffassungen ueber den Gegenstand des Risikos, dessen Akzeptabilitaet im Lichte herkoemmlicher Umweltrisiken sowie darueber, womit transgene Pflanzen zu vergleichen waeren. Neben der naturwissenschaftlichen Expertise sind auch das politische Umfeld und die Tradition der jeweiligen Umweltgesetzgebung fuer die Entscheidungen relevant.
Bei Freisetzung transgener Pflanzen (Mais, Raps, Zuckerrueben) wird die Problematik des Gentransfers bearbeitet. Im Vordergrund stehen dabei Untersuchungen zum Pollentransfer und zur Stabilitaet von DNA in Boeden.
Während der Vegetation können bis zu 20 Prozent der Netto-CO2-Assimilation durch Pflanzenwurzeln wieder an den Boden freigesetzt werden. Diese Rhizodeposition ist von beträchtlicher bodenökologischer Relevanz. Sie beeinflußt die pflanzliche Nährstoffaneignung ebenso wie die mikrobielle Besiedlung der Wurzeln. Demgegenüber ist der Umsatz dieser freigesetzten Verbindungen im Boden und insbesondere deren Beitrag zur Bildung und Stabilisierung der organischen Bodensubstanz (OBS) weitgehend unklar. Das vorliegende Teilprojekt soll einen Beitrag zur Klärung leisten. In Modellzeitreihenversuchen mit Boden aus ausgewählten Varianten der Hallenser und Bad Lauchstädter Dauerversuche sollen in sog. Doppelkompartimentgefäßen Pflanzensprosse simultan mit 14CO2 und 15NH3 begast und danach der 14C- bzw. 15N-Netto-Einbau in die verschiedenen physikalischen und chemischen OBS-Fraktionen verfolgt werden. Die Untersuchungen sollen Aufschluß über den Mengenanteil und den zeitlichen Verlauf der Umwandlung der Rhizodeposition in die OBS ermöglichen und ordnen sich daher in die Teilaspekte 4 (Umsatz verschiedener C-Pools) sowie 2 (Wechselwirkungen mit der Mineralphase) und 3 (Stabilisierung durch physikalische Trennung) ein.
Mikroplastik (MP, Plastikteile kleiner als 5 mm) werden als neu aufkommende Schadstoffe betrachtet und neuste Studien belegen die potentielle Gefahr von MP für die menschliche Gesundheit und die Umwelt. Die Forschung hat sich bisher mehrheitlich auf die Untersuchung von MP in der marinen Umgebung konzentriert. Allerdings konnte MP auch vermehrt Süßwasser und -sedimenten weltweit nachgewiesen werden. Als Primärpartikel oder Sekundärprodukte aus dem Abbau von Makroplastik kann MP entweder direkt toxisch wirken oder als Überträger von sorbierten Schadstoffen fungieren. Neuste Studien belegen außerdem, dass MP in die menschliche Nahrungskette eindringen kann. Weiterhin können die dem MP beigefügten endokrinen Disruptoren wie Bisphenol A (BPA) and Nonylphenol (NP) während der Transportprozesse an das Süßwasser abgegeben werden. Dabei können Flussbettsedimente potentielle Hotspots für die Akkumulation von MP und deren Additive darstellen.Das Hauptziel dieses Projektes ist, die Akkumulation und den Transport von MP in Süßwasser und -sedimenten näher zu untersuchen. Dabei soll den folgenden beiden grundsätzlichen Fragen nachgegangen werden:(i) Welche Prozesse kontrollieren Transport und Akkumulation von MP verschiedener Größe, Dichte und Zusammensetzung und wie bilden sich sogenannte Mikroplastik-Hotspots in der hyporheischen Zone?(ii) Wie können Transport und Akkumulation von MP sowie die Freisetzung von Additiven wie BPA und NP unter variablen Umweltbedingungen beschrieben und vorhergesagt werden? Zwei Arbeitspakete (WP) sollen helfen, diese Fragen zu beantworten:WP1 befasst sich mit den Auswirkungen der grundlegenden Eigenschaften von MP wie Größe, Form, Zusammensetzung, Dichte, Auftrieb auf deren Transport und untersucht systematisch, wie verschiedene Arten von MP in der hyporheischen Zone (hier Flussbettsedimente) unter diversen hydrodynamischen und morphologischen Bedingungen akkumulieren. Dafür sollen Versuche in künstlichen Abflusskanälen (artificial flumes) durchgeführt werden. In diesen Versuchen werden repräsentative hydrodynamische und morphologische Bedingungen geschaffen, um eine Spannbreite an primären und sekundären MP zu testen, ihr Transportverhalten zu beschrieben und die Freisetzung von Additiven näher zu untersuchen. MP wird mit verschiedensten Methoden charakterisiert, z.B. mit single particle ICP-MS zur Bestimmung der Größe oder FT-IR zur Bestimmung des vorherrschenden Polymers. Während der Flume-Experimente werden die Eigenschaften der Sedimente, des Porenwassers und der Biofilme, sowie die Konzentration an BPA und NP gemessen und später analysiert, um die Reaktivität der Akkumulationshotspots zu bestimmen.WP2 beinhaltet die Entwicklung und Anwendung eines Models, um MP-Transport sowie die Freisetzung von Additiven in der hyporheischen Zone vorherzusagen. Da Modelle, die momentan im Bereich Stofftransport verwendet werden nicht für MP ausgelegt sind, soll die Lattice-Boltzmann Methode als neuer Modellansatz verfolgt werden.
Die primäre Quelle for Phosphor in allen Ökosystemen ist dessen Freisetzung durch die Gesteinsverwitterung. Diese Freisetzungsrate ist stets langsam. Gemeinsam mit dem Grad der Immobilisierung des Phosphors in sekundären Bodenmineralen bestimmt sie die Verfügbarkeit des Phosphors für Ökosysteme. Auf geringe Phosphorverfügbarkeit reagieren Ökosysteme mit einer Erhöhung der Phosphor-Rezyklierungsrate. Um diese Systeme voll zu beschreiben, werden in einem Einzelantrag zum SPP 'Ecosystem Nutrition: forest strategies for limited phosphorus resources' Phosphor- Freisetzungsraten aus der Gesteinsverwitterung an vier Waldschadens 'Level 2' Standorten in Deutschland mittels kosmogener Nuklide und geochemischer Massenbilanzen ermittelt. Dabei wird an Böden über Quarz-haltigen Substraten das in situproduzierte kosmogene Nuklid 10Be, angewendet, und an zwei Standorten mit Böden über vulkanischen Substrat das neue 10Be(meteorisch)/9Be System. Mit radiogenen Sr Isotopen werden zudem die Phosphorquellen für das Waldökosystem ermittelt. Schliesslich werden die ermittelten Freisetzungsraten mit gelöstem Phosphor-Abfluss und Phosphor-Rezyklierungsraten verglichen. Dabei wird die Hypothese getestet, dass die langsame Freisetzungsrate von Phosphor aus der Gesteinsverwitterung letztendlich limitierend für die Ökosysteme wirkt, und damit bestimmt, ob die Waldökosysteme Phosphor-aquirierend oder -rezyklierend sind.
| Origin | Count |
|---|---|
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| Boden | 681 |
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| Luft | 681 |
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