Die Einflüsse von Bodenheterogenität und Managementpraktiken auf dynamische Veränderungen von ökophysiologischen Wachstumsmustern der wichtigen Kulturarten des Rur Einzugsgebiets werden charakterisiert. Auf einander abgestimmte experimentelle Ansätze, Modellierung und Skalierung werden angewandt, um die Vegetationscharakterisierung in TerrSysMP zu verbessern. Hierbei werden die Kopplung von Pflanzen- und Wurzelmodellen, Einflüsse von Landnutzungsänderung und Management auf Flussmuster, und die Einbeziehung von Fernerkundungsverfahren zur Bestimmung von funktionalen Pflanzentypparametern besonders berücksichtigt.
Vorhabenziel: Das Forschungsprojekt bearbeitet zwei Schwerpunkte: Die energetische Querschnittsanalyse von deutschen Theaterspielstätten und das Intensivmonitoring des denkmalgeschützten, aktuell in Sanierung befindlichen Opern- und Schauspielhauses Köln nach seiner Wiedereröffnung 2015. Ziel ist die Analyse von 10- 15 charakteristischen Gebäuden für ein Benchmarking der durch ihre Frequentierung stark öffentlich wahrgenommenen Theaterspielstätten. Detaillierte vergleichende Angaben zu Energiekennwerten, Wirtschaftlichkeit, Lebenszykluskosten und Nutzerzufriedenheit wurden für den Gebäudetypus bislang nicht erhoben, diese erfasst das Forschungsprojekt u.a. mit dem Schwerpunkt Komfortuntersuchung im Monitoring. Arbeitsplanung: Für die energetischen Querschnittsanalysen werden Berechnungen mit den Bilanzierungswerkzeugen TEK-Tool und EnerCalc, sowie Kurzzeitmessungen und Nutzerbefragungen durchgeführt. Für das Intensivmonitoring des Opern- und Schauspielhauses wird ein Messkonzept erarbeitet, welches in Phase 2 mit Messungen, Nutzerbefragung, Auswertungen und Optimierungen umgesetzt wird. Ein mögliches Überführen in ein Langzeitmonitoring wird vorbereitet. Geplante Ergebnisverwertung: Das im Forschungsprojekt erarbeitete Energie-Benchmarking für den Gebäudetypus Theaterspielstätten ermöglicht den Häusern eine Positionierung im Bereich Energie und die Identifizierung von Hochverbrauchern. Die erarbeiteten Kennwerte des Gebäudetypus Theaterspielstätten sollen über den Normenausschuss die Nutzungsrandbedingungen für Theater- und Veranstaltungsbauten der DIN 18599 weiter optimieren helfen. Die erfassten Daten erweitern die EnOB-Datenbank um Theaterspielstätten. In die Forschungsarbeiten werden Studierende einbezogen, ein fachübergreifendes Studienmodul 'Optimierung von Sanierungskonzepten mittels Monitoring' wird entwickelt. Die Bilanzierungswerkzeuge TEK und EnerCalc werden über die Lehre weiter verbreitet und die den Entwicklern gespiegelten Erfahrungen mit TEK helfen die Werkzeuge weiter zu optimieren.
Schwermetallbelastungen der Bodenmikroflora führen zu funktionellen Störungen, Proteindenaturierung und Störungen der Integrität von Zellmembranen. Effekte der toxischen Wirkung von Schwermetallen auf Bodenmikroorganismen wurden in der Vergangenheit vornehmlich an Böden mittels funktioneller Parameter nachgewiesen, ohne die räumliche Anordnung von Mikroorganismen und deren strukturelle Diversität zu berücksichtigen. Ziel dieses Projektes ist es, die Wirkungen von Schwermetallen auf Bodenmikroorganismen in Mikrohabitaten (Sand-, Schluff- und Tonfraktion) zu untersuchen. Dabei wird zunächst in zwei unterschiedlich texturierten Böden überprüft, ob Pilze und Bakterien verschiedene Lebensräume im Boden besiedeln, in denen sie selektiv durch Schwermetalle beeinflusst werden können. Klärschlammbeaufschlagte Böden werden herangezogen, um der Frage der Maskierung der Schwermetallwirkung durch organische Substanz nachzugehen. Das Ziel dieser Untersuchungen wird es sein, die Wirkung der Schwermetalle von der Wirkung der organischen Substanz in Mikrohabitaten zu trennen. Strukturelle Parameter wie Phospholipidfettsäuremuster und DGGE-Profile werden Aussagen zur mikrobiellen Gemeinschaftsstruktur von schwermetallbelasteten Böden und Korngrößenfraktionen liefern. Informationen zur funktionellen Diversität von Mikroorganismen in Mikrohabitaten werden durch die Bestimmung einiger ausgewählter Bodenenzyme gewonnen. Insgesamt werden die Ergebnisse dieses Projektes einen umfassenden Beitrag zum Verständnis der Wechselwirkungen von Schwermetallen und Bodenmikroorganismen auf der Ebene der Mikrohabitate leisten, wobei insbesondere die strukturelle Analyse der Organismengemeinschaft neue Erkenntnisse zur Interpretation funktioneller Störungen in Bodenökosystemen liefert.
Flüchtige organische Kohlenstoffverbindungen (sog. VOCs) beeinflussen die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Atmosphäre und damit das Klima. Emittiert werden diese durch menschliche Aktivitäten und der Biosphäre, der bei weitem größte Teil der Emissionen stammt von Pflanzen. In der Vergangenheit wurden vor allem Kohlenwasserstoffverbindungen, wie Methan oder Isoprenoide, detailliert untersucht. Biogene oxygenierte VOCs (sog. BOVOCs), wie Methanol, Acetaldehyd und Aceton, wurden hingegen kaum untersucht obwohl diese in signifikanten Mengen in der Atmosphäre vorkommen und deren geschätzte gemeinsame Quellenstärke sich ungefähr auf die Hälfte jener von Isopren, welches die globalen VOC-Emissionen dominiert, beläuft. Dementsprechend unsicher sind die globalen Budgets von Methanol, Acetaldehyd und Aceton, und insbesondere die Abschätzung ihrer biogenen Senken/Quellengrößen. Das übergeordnete Ziel des beantragten Projektes ist es daher das Verständnis über den Austausch von Methanol, Acetaldehyd und Aceton zwischen terrestrischen Ökosystemen und der Atmosphäre zu erhöhen und damit die Fähigkeit diese Prozesse zu simulieren zu verbessern. Dazu wird eine Studie die experimentelle Aspekte mit Simulationsstudien kombiniert für ein Grünlandökosystem im Stubaital (Österreich) durchgeführt. Im Detail werden dabei folgende Zielsetzungen verfolgt: (i) Quantifizierung der saisonalen Flüsse von Methanol, Acetaldehyd und Aceton. In der Vergangenheit wurden VOC-Austauschmessungen häufig im Rahmen von kurzen intensiven Kampagnen bzw. maximal über eine Vegetationsperiode durchgeführt was eine Analyse der interannuellen Variabilität nicht zulässt. Im Rahmen des beantragten Projektes ist daher geplant für zwei weitere Jahre BOVOC-Flussmessungen durchzuführen um so, unter Einbeziehung von zwei Jahren Daten aus einem Vorgängerprojekt, erstmals die interannuelle Variabilität dieser Flüsse untersuchen zu können. (ii) Quantifizierung der Beiträge der Vegetation und des Bodens zum gesamten BOVOC-Austausch. Dazu werden, sowohl im Labor wie im Freiland, BOVOC-Austauschmessungen an Blättern der vorkommenden Pflanzenarten, wie auch, unter Einsatz einer neuartigen nicht destruktiven Methode, vom/zum Boden durchgeführt. (iii) Hochskalierung der unter (ii) erhobenen Daten auf Ökosystemebene mittels eines prozess orientierten Modells und Vergleich der Modellsimulationen mit den unter (i) mit einer unabhängigen Methode erhobenen Ökosystemflüsse. Dieser Vergleich stellt den ultimativen Test unseres Prozessverständnisses über den Austausch zwischen Biosphäre und Atmosphäre dieser drei wichtigen BOVOCs dar.