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Umweltprobenbank des Bundes (German Environmental Specimen Bank)

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.

Native plants and mycorrhizal fungi in wind erosion control in the Kailash-Manasarovar region (Tibet, China)

We study the effects of plants and root-associated fungi on wind erosion within the alpine environment of Tibet. China is one of the countries most affected by desertification processes and Tibet, in particular, a key region in desertification combat. The presented project focuses on the Barkha Plain surrounded by Mount Kailash and the Lake of Manasarovar (Ngari Prefecture). This Western Tibet region experienced little scientific attention but, nowadays, faces rapidly increasing touristic activities and expanding local settlements associated with socio-economic changes that are serious threats to the delicate ecological balance and potential triggers of desertification. It exists almost unanimous agreement that revegetation is the most efficient and promising strategy to combat wind erosion and desertification in the long term. However, re-colonising success is often poor, mainly under extreme environmental conditions. Compared to conventional practices, the approach of the presented project attains better accordance with natural succession processes and promises acceleration of both plant and soil development and, conclusively, more efficient desertification control. The project assesses the potential of native plants and symbiotic fungi to control wind erosion and desertification processes. It aims to identify key plants and fungi that increase soil aggregate stability and efficiently drive succession into a natural and self-maintaining cycle of the ecosystem. Furthermore, it provides crucial information for implementing environmentally compatible and cost-effective measures to protect high-elevation ecosystems against desertification. Within three successional stages (early, intermediate, late), field investigations are performed on the basis of Modified-Whittaker plots. Classic methods of vegetation analysis and myco-sociology are combined with analysis of distribution patterns at different scales (patchiness, connectivity). Comprehensive soil analysis is performed comprising grain size distribution, aggregate stability, pH as well as water and nutrient contents. Additionally, important parameters of wind erosion are measured concurrently and continuously to assess their magnitude and variability with respect to vegetation and soil at different levels of development. The parameters addressed, include sediment transport, air temperature, radiation, precipitation, relative humidity as well as speed and direction of wind. Surface moisture is recorded periodically and roughness described. Species and environmental parameters are checked for spatial correlation. Cutting edge technologies are applied in laboratory work, comprising molecular methods for fungal species identification and micro-tomography to analyse soil structure. Furthermore, successfully cultivated fungi and plants are subject of synthesis experiments and industrial propagation in view of practical implementation in restoration measures.

Variabilität des Ostasiatischen Monsuns während der letzten 65.000 Jahre - laminierte Seesedimente aus dem Sihailongwan-Maarsee, NE-China

Laminierte Seesedimente sind unschätzbare Informationsquellen zur Geschichte der Umwelt und des Klimas direkt aus der Lebenssphäre des Menschen. Ein exzellentes Beispiel dafür ist der Sihailongwan-Maarsee aus NE-China. In einem immer noch dicht bewaldeten Vulkangebiet gelegen, bieten seine Sedimente ein ungestörtes Abbild der Monsunvariationen über zehntausende von Jahren. Nur die letzten ca. 200 Jahre zeigen einen deutlichen lokalen anthropogenen Einfluss. Das Monsunklima der Region mit Hauptniederschlägen während des Sommers und extrem kalten Wintern unter dem Einfluss des Sibirischen Hochdrucksystems bildet die Voraussetzung für die Bildung von saisonal deutlich geschichteten Sedimenten (Warven), die in dem tiefen Maarsee dann auch überwiegend ungestört erhalten bleiben. Insbesondere die Auftauphase im Frühjahr bringt einen regelmässigen Sedimenteintrag in den See, der das Gerüst für eine derzeit bis 65.000 Jahre vor heute zurückreichende Warvenchronologie bildet. Für das letzte Glazial zeigen Pollenspektren aus dem Sihailongwan-Profil Vegetationsvariationen im Gleichklang mit bekannten klimatischen Variationen des zirkum-nordatlantischen Raumes (Dansgaard-Oeschger-Zyklen) zu dieser Zeit. Der Einfluss dieser Warmphasen auf das Ökosystem See war jedoch sehr unterschiedlich. So sind die Warven aus den Dansgaard-Oeschger (D/O) Zyklen 14 bis 17 mit extrem dicken Diatomeenlagen (hauptsächlich Stephanodiscus parvus/minutulus) denen vom Beginn der spätglazialen Erwärmung zum Verwechseln ähnlich, während Warven aus dem D/O-Zyklus 8 kaum Unterschiede zu überwiegend klastischen Warven aus kalten Interstadialen aufweisen. Gradierte Ereignislagen mit umgelagertem Bodenmaterial sind deutliche Hinweise auf ein Permafrost-Regime während der Kaltphasen. Auch während des Spätglazials treten deutliche klimatische Schwankungen auf, die der in europäischen Sedimentarchiven definierten Gerzensee-Oszillation und der Jüngeren Dryas zeitlich exakt entsprechen. Das frühe Holozän ist von einer Vielzahl Chinesischer Paläoklima-Archive als Phase mit intensiverem Sommermonsun bekannt. Überraschenderweise sind die minerogenen Fluxraten im Sihailongwan-See während des frühen Holozäns trotz dichter Bewaldung des Einzugsgebietes sehr hoch. Sowohl Mikrofaziesanalysen der Sedimente als auch geochemische Untersuchungen deuten auf remoten Staub als Ursache dieses verstärkten klastischen Eintrags hin. Der insbesondere in den letzten Jahrzehnten zunehmende Einfluss des Menschen zeigt sich in den Sedimenten des Sihailongwan-Maarsees vor allem in einem wiederum zunehmenden Staubeintrag und einer Versauerung im Einzugsgebiet. Der anthropogene Einflusss auf die lokale Vegetation ist immer noch gering.

Populationsmodell des Auerhuhns in den Schweizer Alpen: Grundlagen für den Artenschutz

Das Auerhuhn ist eine stark gefährdete Brutvogelart der Schweiz. Veränderungen in der Zusammensetzung und Nutzung des Waldes haben dazu geführt, dass sich die Bestände dieses Raufusshuhns in den letzten drei Jahrzehnten halbiert haben. Deshalb sollen die Lebensraumansprüche des attraktiven Waldvogels vermehrt in der Planung und Umsetzung von Waldreservaten und der Bewirtschaftung von Wäldern der höheren Lagen berücksichtigt werden. Auf der kleinen räumlichen Ebene sind die Habitatsansprüche der Art durch Untersuchungen in West- und Mitteleuropa (Storch 1993, 2002, Schroth 1994) und Skandinavien relativ gut bekannt. Dagegen werden die Populationsprozesse auf der Ebene der Landschaft erst in Ansätzen verstanden (Sjöberg 1996, Kurki 2000). Entsprechend konnte man die Bestandsrückgänge in den meisten Gebieten Europas noch nicht stoppen, da einerseits genauere Kenntnisse über das Zusammenspiel und die relative Bedeutung der einzelnen Faktoren fehlen (Habitatqualität, Störungen, Prädatoren, Witterung-Klima, Huftierkonkurrenz), und andererseits noch nicht versucht wurde, die Bestandsentwicklung im grossen landschaftlichen Massstab als Metapopulationsdynamik zu verstehen. Es ist das primäre Ziel dieses Projekts, ein räumlich explizites Metapopulationsmodell des Auerhuhns für einen grossen Landschaftsausschnitt der Schweizer Alpen zu erarbeiten. Dabei sollen die erwähnten Einflussfaktoren möglichst umfassend berücksichtigt werden. Die Arbeit soll modellhaft zeigen, dass für das Verständnis von Populationsvorgängen von raumbeanspruchenden Wildtierarten eine Analyse und Bewertung von lokal bis überregional wirksamen Einflussfaktoren notwendig sind. Die Ergebnisse sollen zudem als konzeptionelle Grundlage für den Nationalen Aktionsplan Auerhuhn und für regionale Artenförderungsprojekte dienen. Folgende Fragen und Themen sind für das Projekt von zentraler Bedeutung: Wie gross ist das landschaftsökologische Lebensraumpotenzial für das Auerhuhn in den Alpen, wie ist es räumlich verteilt? Wie verteilen sich die lokalen Auerhuhnpopulationen in diesen Potenzialgebieten? Wie gross sind die Bestände? Welche Faktoren beeinflussen den Status von Lokal- und Regionalpopulationen? Welche Populationen haben abgenommen oder sind verschwunden, welche sind stabil (Source-Sink-Mechanismen)? Zwischen welchen räumlich getrennten Populationen besteht ein Austausch? Welche Landschaftselemente wirken als Barrieren? Entwickeln einer nicht-invasiven Methode für die genetische Differenzierung von Populationen, sowie für Bestandsschätzungen und Monitoring.

Fließgewässermessstelle Schwürbitz, Main

Die Messstelle Schwürbitz (Messstellen-Nr: 15169) befindet sich im Gewässer Main in Bayern. Die Messstelle dient der Überwachung des biologischen Zustands, des chemischen Zustands, des Grundwasserstands in tieferen Grundwasserstockwerken.

Ecology and Population Biology of Armillaria mellea s.l.

The basidiomycete Armillaria mellea s.l. is one of the most important root rot pathogens of forest trees and comprises several species. The aim of the project is to identify the taxa occurring inSwitzerland and to understand their ecological behaviour. Root, butt and stem rots caused by different fungi are important tree diseases responsible for significant economic losses. Armillaria spp. occur world-wide and are important components of many natural and managed forest ecosystems. Armillaria spp. are known saprothrophs as well as primary and secondary pathogens causing root and butt rot on a large number of woody plants, including forest and orchard trees as well as grape vine and ornamentals. The identification of several Armillaria species in Europe warrants research in the biology and ecology of the different species. We propose to study A. cepistipes for the following reasons. First, A. cepistipes is dominating the rhizomorph populations in most forest types in Switzerland. This widespread occurrence contrasts with the current knowledge about A. cepistipes, which is very limited. Second, because the pathogenicity of A. cepistipes is considered low this fungus has the potential for using as an antagonist to control stump colonising pathogenic fungi, such as A. ostoyae and Heterobasidion annosum. This project aims to provide a better understanding of the ecology of A. cepistipes in mountainous Norway spruce (Picea abies) forests. Special emphasis will be given to interactions of A. cepistipes with A. ostoyae, which is a very common facultative pathogen and which often co-occurs with A. cepistipes. The populations of A. cepistipes and A. ostoyae will be investigated in mountainous spruce forests were both species coexist. The fungi will be sampled from the soil, from stumps and dead wood, and from the root system of infected trees to determine the main niches occupied by the two species. Somatic incompatibility will be used to characterise the populations of each species. The knowledge of the spatial distribution of individual genets will allow us to gain insights into the mode of competition and the mode of spreading. Inoculation experiments will be used to determine the variation in virulence expression of A. cepistipes towards Norway spruce and to investigate its interactions with A. ostoyae.

Triturus cristatus (Laurenti, 1768) Kammmolch Amphibien Gefährdet

Der Anteil Deutschlands am Weltareal der Art liegt unter Berücksichtigung der dünnen Besiedlung im flächenanteilmäßig großen Osten des Areals (Kuzmin 2001) zwischen 10 und 30 %; zugleich gehören die deutschen Vorkommen zum Arealzentrum. Deutschland ist deshalb für die weltweite Erhaltung des Kammmolchs in hohem Maße verantwortlich. Obwohl Deutschland im Arealzentrum liegt, kommt der Kammmolch im Bezugsraum nicht flächendeckend vor. Die Schwerpunktvorkommen liegen in der planaren und collinen Höhenstufe Deutschlands. In den Mittelgebirgslandschaften dünnen die Populationen stark aus und die Art erreicht bei ca. 1.000 m ü. NHN ihre Höhenverbreitungsgrenze. Die Rasterfrequenz des Kammmolchs auf der Ebene TK25-Q beträgt für den Zeitraum von 2000 bis 2018 33,35 %. Damit liegt der Kammmolch im oberen Bereich der mäßig häufigen Arten. In den Roten Listen der Bundesländer wird die Art in den Tiefländern als „Gefährdet“ bzw. als Art der „Vorwarnliste“ geführt. In den Roten Listen der Mittelgebirgsländer wird die Art hingegen einheitlich als „Stark gefährdet“ eingestuft. Der langfristige Bestandstrend wird bundesweit als starker Rückgang eingestuft. Ursachen sind der Verlust geeigneter Laichgewässer bzw. die Entwertung geeigneter Gewässertypen wie Weiher und andere Flachgewässer, vor allem durch Fischbesatz. Beim kurzfristigen Bestandstrend wird aufgrund der anhaltenden Gefährdungsursachen (insbesondere dem Fischbesatz) in Deutschland von einer mäßigen Abnahme ausgegangen. Als Ergebnis der Gefährdungsanalyse wird der Kammmolch damit als „Gefährdet“ eingestuft. Gegenüber der letzten RL-Einstufung von 2009 („Vorwarnliste“) kommt es zu einer Verschlechterung der Rote-Liste-Kategorie – die Art wird nun als „Gefährdet“ eingestuft. Der Hauptgrund dafür ist der Kenntniszuwachs hinsichtlich der aktuellen Bestandssituation (siehe Abschnitt „Zusätzlicher Hinweis“), nach der die Art nicht mehr wie 2009 in der Kriterienklasse „häufig“, sondern als „mäßig häufig“ geführt wird. Die Bestandstrends haben sich nicht verändert. Die wichtigsten Gefährdungsursachen für den Kammmolch sind: Im Bereich der Laichgewässer wirken sich vor allem der fortgesetzte Totalverlust oder die Entwertung geeigneter Gewässertypen wie Weiher und Flachgewässer negativ auf die Bestände aus, insbesondere durch Melioration, Sukzession, Beschattung, Verfüllung, zu frühzeitiges und mehrjähriges Trockenfallen aufgrund des Klimawandels sowie das Einbringen von Fischen (selbst in Tümpel) und die stärkere Gewässerbelastung durch Eutrophierung; im Landlebensraum fehlen zunehmend naturnahe Bereiche, wie großflächig extensiv genutzte, kleinstrukturierte und heckenreiche von Wiesen und Weiden geprägte Landschaften mit hohen Grundwasserständen, Ruderalflächen und Ackerbrachen; Vorkommen in Sekundärhabitaten (z. B. Kies- und Tongruben) sind meist stark voneinander isoliert (fehlende Vernetzung); werden Vorkommen oder Teilhabitate durch Straßen getrennt, kommt es häufig zur Gefährdung wandernder Tiere durch den Verkehr; eine weitere Gefährdung der Art könnte vom sich ausbreitenden Chytridpilz Batrachochytrium salamandrivorans (Bsal) ausgehen. Wichtig ist neben dem großflächigen Schutz von Land- und Wasserlebensräumen im Rahmen der Natura-2000-Gebiete auch der Populationsschutz in der „Normallandschaft“ außerhalb der FFH-Gebietskulisse. Besondere Aufmerksamkeit muss dabei auf die Einbindung der in der umgebenden Agrarlandschaft vorhandenen Gewässer gelegt werden. Die Erreichbarkeit von Gehölzbeständen, die wichtige Land- und Überwinterungshabitate sind, muss gesichert sein. Wichtig ist zudem die Anlage von bandförmigen Biotoptypen wie Hecken mit begleitenden Rainen oder Brachestreifen. Gleiches gilt für die Vernetzung mit anderen besiedelten oder neu angelegten Gewässerstandorten. Die Neu- oder Wiederanlage geeigneter, sonnenexponiert liegender Laichgewässer mit üppiger Unterwasservegetation (ohne Fischbesatz) und reich strukturierten Landlebensräumen im direkten Umfeld ist elementar. Diese Habitate sollten in nicht zu großer Entfernung (max. 500 m) zu bestehenden Vorkommen angelegt werden, damit die Vernetzung gefördert wird. Als Beispiele und Finanzierungsinstrument sind hier LIFE-Projekte (L’Instrument Financier pour l’Environnement) zu nennen. Zusätzlicher Hinweis: Durch die Aufnahme in die Anhänge II und IV der FFH-Richtlinie der Europäischen Union hat die Art eine erhöhte Aufmerksamkeit erhalten. Dadurch sowie durch eine verbesserte Erfassungsmethodik (Wasserfallen) konnte der Erkenntnisgewinn (bzgl. der Nachweishäufigkeit) in den vergangenen 10 Jahren deutlich gesteigert werden. Die höhere Zahl an Nachweisen darf nicht mit Bestandszunahmen verwechselt werden.

Umweltprobenbank Nr. 18019: Kreatinin / 24h-Sammelurin / Halle/Saale

Anzahl der Proben: 279 Gemessener Parameter: Abbauprodukt von Kreatinphosphat im Muskel und Gradmesser für Nierenfunktionsstörungen Probenart: 24h-Sammelurin Eine ideale Matrix für das Human-Biomonitoring, weil mit dem Urin Chemikalien und/oder deren Metabolite ausgeschiedenen werden, die zuvor in direktem Kontakt mit dem Organismus standen. Messungen im Urin können somit zuverlässige Aussagen über die interne Belastung des Menschen liefern. Probenahmegebiet: Halle/Saale Größte Stadt in Sachsen-Anhalt und alter Industriestandort in der ehemaligen DDR mit starkem Strukturwandel seit 1990.

Fischwanderung ohne Grenzen Zur Durchgängigkeit an Wasserstraßen: Fischen die Reise erleichtern - Fische auf Wanderschaft: Wasserstraßen verbinden

Die frei fließenden und staugeregelten Flüsse unter den Bundeswasserstraßen sind für die Fische wichtige Verbindungsgewässer zwischen den Habitaten im Meer und an den Flussoberläufen. Fische, die große Distanzen zurücklegen, orientieren sich an der Hauptströmung und werden deshalb an Staustufen entweder zum Kraftwerk oder zum Wehr geleitet. Dort gibt es keine Möglichkeit mehr, aufwärts zu wandern, wenn nicht in der Nähe der Wehr- oder Kraftwerksabströmung eine funktionierende Fischaufstiegsanlage vorhanden ist. Da Schiffsschleusen keine kontinuierliche Leitströmung erzeugen, werden sie von den Fischarten, die der Hauptströmung folgend lange Distanzen zurücklegen, nicht gefunden. Arten, die auf ihrer Wanderung nicht der Hauptströmung folgen, können auf- oder abwandern, wenn sie eine offene Schleusenkammer vorfinden. Flussabwärts: Fische vor Kraftwerken schützen und vorbeileiten: An Staustufen ohne Wasserkraftanlagen ist die abwärts gerichtete Wanderung über ein Wehr hinweg in der Regel unproblematisch. Voraussetzung: Das Wehr ist in Betrieb, die Fallhöhe beträgt nicht mehr als 13 Meter und im Tosbecken ist eine Wassertiefe von mindestens 0,90 Metern vorhanden. Dagegen können bei Abwanderung durch eine Kraftwerksturbine leichte bis tödliche Verletzungen auftreten. Diese turbinenbedingte Mortalität ist von der Fischart und der Körperlänge der Tiere sowie von Turbinentyp und -größe, der Fallhöhe und den jeweiligen Betriebsbedingungen abhängig. Um hier einen gefahrlosen Fischabstieg zu gewährleisten, sind die Betreiber von Wasserkraftanlagen nach Wasserhaushaltsgesetz verpflichtet, die Wasserkraftanlagen mit geeigneten Maßnahmen zum Schutz der Fischpopulation (z. B. mit Feinrechen und einem Bypass am Kraftwerk vorbei ins Unterwasser) aus- bzw. nachzurüsten. Flussaufwärts: Hier helfen nur Fischaufstiege: Verschiedene Untersuchungen der Durchgängigkeit an Rhein, Mosel, Main, Neckar, Weser, Elbe und Donau haben gezeigt, dass zwar ein großer Teil der Staustufen mit Fischaufstiegsanlagen ausgestattet ist, diese für die aufstiegswilligen Fische jedoch schwer zu finden oder zu passieren sind. Im Mai 2009 stimmten die Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) und die Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) gemeinsam mit dem Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS heute: Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur, BMVI) folgendes Rahmenkonzept für die erforderlichen Arbeiten ab: - Aufstellung fachlicher Grundlagen, insbesondere zu fischökologischen Dringlichkeiten - Fachliche Beratung der WSV sowie Schulungen - Forschungs- und Entwicklungsprojekte für die Erstellung eines technischen Regelwerks, und - Standardisierung der Anforderungen und Ausführung von Fischaufstiegs-, Fischschutz- und Fischabstiegsanlagen. (Text gekürzt)

ICON-Modeling Framework interoperabel und flexibel für Forschung gestalten

Das ICON-Modell (ICOsahedral Non Hydrostatic) ist ein einheitlicher Modellierungsrahmen für Wetter-, Klima- und Umweltmodellierungsanwendungen. Hauptziel der Entwicklung ist es, die Synergien zwischen Wettervorhersage, Klimasimulation, Umweltvorhersage, Prozessstudien und Re-Analyse zu nutzen und gemeinsam ein vollständiges, nahtloses, sowohl global als auch regional anwendbares Modellierungssystem für diese Anwendungsbereiche zu entwickeln und zu pflegen. Die Entwicklung und Pflege eines solchen flexiblen Modellierungssystems erfordert einen zunehmenden Aufwand in den Bereichen Softwaredesign und optimale Nutzung von Hochleistungsrechnersystemen. Das übergeordnete Ziel dieses Projekts ist es, die Interoperabilität und Flexibilität des Codes zu verbessern, um ihn für die Forschungsgemeinschaft besser nutzbar und zugänglich zu machen. Um dies zu erreichen, werden wir 1) die Community Interface und die Kopplungssoftware kombinieren, die die Diagnose, die I/O und die Kopplung mit ML- und Drittanbietermodulen vereinfachen werden. 2) Vollständige Modularisierung des Physik- und Dynamik-Codes, um die wissenschaftliche Nutzung und weitere Entwicklung des Codes zu erleichtern.

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