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Algen als Indikatoren fuer Umweltbelastungen

In Suesswasserseen treten jedes Jahr Sukzessionen von Plankton-Algen auf, die ein charakteristisches Zeitmuster zeigen. Waehrend das Zeitmuster im Grundtyp durch den Gewaessertyp, die klimatischen Faktoren und durch trophische Wechselwirkungen mit dem Zooplankton determiniert wird, verursachen anthropogene Umweltfaktoren (Duengemittel, Biozide etc.) charakteristische Modulationen oder Entgleisungen dieser Muster, z.B. im besonderen 'Algenblueten'. Anhand von Daten aus dem Halterer Stausee - ein Trinkwasserreservoir der Gelsenwasser AG - werden Zeitreihenanalysen des Planktons einschliesslich multivarianter Kreuzkorrelationen mit chemischen Parametern durchgefuehrt. Ziel dieser Untersuchung ist das Identifizieren von belastungsspezifischen Typen des Sukzessionsmusters der Algen. Ein Sonderthema dieses Forschungsprojektes ist das Erproben von Algenmischpopulationen in kontrollierten Durchfluss-Fermenten. Am Beispiel der Schwermetalle Cadmium und Quecksilber wird ein Monitor-System aus der Wildform und eine heterotrophe Mutante von Euglena gracilis entwickelt.

Barrierefreie Modellregion für Integrativen Tourismus - Teilthema: 'Landschaft, Umwelt, Klima und Gesundheit - Untersuchung und Bewertung der natürlichen Ressourcen'

Deutsche Mittelgebirge haben im Tourismus und Erholungswesen einen festen Platz. Sie zeichnen sich durch vielfältige Landschaftsbilder und naturräumlich bedingte klimatische Besonderheiten aus. Diese Besonderheiten sollen in ihrer Bedeutung für Menschengruppen mit eingeschränkter Bewegungsmöglichkeit untersucht werden. Nach erfolgreich abgeschlossenen Vorstudien wurden die Antragsformalitäten abgewickelt. Organisatorische Probleme, die nicht durch die FHE verschuldet wurden, führten zu erheblichen Verzögerungen. Derzeitiger Stand: - Ein positives Fachgutachten von Prof. Dr. O. Herbarth /UFZ Leipzig liegt vor. - Der Projektantrag wurde über die Geschäftsstelle des Gesamtprojektes zusammen mit vier weiteren Anträgen (darunter dem von Prof. Dr. Gather) an das BMBF weitergeleitet. - Es liegt die mündliche Mitteilung vor, dass das Fachgutachten des BMBF positiv ausgefallen ist. Ein positiver Bescheid für den Beginn des Hauptprojektes wird in Kürze erwartet.

Kombinationswirkungen von Umweltchemikalien auf die Rueckstandsbildung bei Wildtieren

Feststellung messbarer Rueckstaende im Wildtier bei gleichzeitiger Aufnahme von Wirkstoff-Kombinationen aus der Nahrung und ihr Einfluss auf die Verteilung und Rueckstandsbildung im Tierkoerper. Die Umweltchemikalien werden allein und in Kombination im Koernerfutter verabreicht. In regelmaessigen Abstaenden werden Organ- und Depotfett- und Muskelproben entnommen. Die Rueckstaende werden gaschromatisch bestimmt. Ueber den gesamten Zeitraum wird mit geeigneten Parametern die biologische Leistungsfaehigkeit ermittelt. Feststellung moeglicher gegenseitiger Beeinflussung im Sinne von Synergismus oder Antagonismus.

Methoden zur Paläoklima- und Paläoumweltrekonstruktion in terrestrischen Environments anhand biotischer Proxies

In dem Projekt sollen auf biotischen Proxies basierende quantitative Methoden zur Klima- und Umweltrekonstruktion in terrestrischen Environments und in verschiedenen Klimasystemtypen (Greenhouse-, Intermediär- und Icehouse-Klimasystem) verbessert, weiterentwickelt und angewendet werden. Ausgehend von den bisherigen Ergebnissen sowie den wissenschaftlichen Anforderungen im Bereich der Paläoklima- und Paläoumweltforschung sollen folgende Themenkomplexe bearbeitet werden: 1. Ausbau der neu entwickelten Methoden der 'Probability Coexistence Thermosphere' (PCT) und der 'Modern Analogues Vegetation Types' (MAV). 2. Verbesserung des CLAMP-Verfahrens für europäische Floren durch Entwicklung eines neuen Eichdatensatzes mit Hilfe von sogenannten 'synthetischen Floren'. 3. Entwicklung von neuen Verfahren (a) zur Rekonstruktion der Baum-/bzw. Waldgrenze mit Anwendungen auf das Känozoikum der Alpen und (b) zur 'objektivierbaren' Parallelisierung von Pollenprofilen im Quartär. 4. Analyse natürlicher Klima- und Umweltschwankungen unter dem Aspekt der selbstorganisierten Kritizität: Insgesamt wird mit diesen Arbeiten auch ein wesentlicher Beitrag zu einem besseren Verständnis der natürlichen Klimadynamik sowie der Wechselwirkungen zwischen Klima und Biosphäre geleistet.

Entwicklung eines mikroskaligen numerischen Modells zur Simulation der Wechselwirkungen zwischen lokaler Umweltgestaltung und dem Mikroklima in Staedten (ENVI-met Projekt)

Es wurde ein hochaufloesendes mikroskaliges numerisches Rechenmodell zur Simulation der Wechselwirkungen zwischen verschiedenen natuerlichen und kuenstlichen Oberflaechen, der Vegetation und der Atmosphaere entwickelt. Das Modell ermoeglicht die Simulation der Auswirkungen lokaler Umweltgestaltung (Strassengruen, Entsiegelung, Baugestaltung) auf das Mikroklima im staedtischen Umfeld.

Einfluss pestizider Mehrfachbehandlungen auf den Abbau von Herbiziden im Boden und auf bodenmikrobielle Leistungen

Die Wirkung von Fungiziden, Insektiziden und Wachstumsregulatoren auf den Abbau verschiedener Herbizide wird unter Labor- und Feldbedingungen untersucht. Die Wirkung dieser Pestizidkombination auf die mikrobielle Aktivitaet des Bodens wird ebenfalls untersucht.

Bedeutung der Mineralstoffernährung der Pflanzen für ihre Resistenz gegenüber Schadorganismen unter besonderer Berücksichtigung der Wirkungen von Silizium und Calcium auf bodenbürtige Krankheiten

Im geschützten Anbau ist mit einem verstärkten Auftreten von pilzlichen Schaderregern, insbesondere Wurzelpathogenen zu rechnen. Im geschützten Anbau am Standort Bangkok ist an der vorgesehenen Hauptkultur Tomate mit einem erhöhten Befall mit Pythium zu rechnen. In diesem Teilprojekt soll am Standort Bangkok durch einen Gewächshausversuch versucht werden, die Wirkung der Ca- und Si-Versorgung in Wechselwirkung mit der Stickstoffversorgung der Pflanzen auf die Infektion, den Infektionsverlauf von Pythium zu charakterisieren und die Wirkung auf den Ertrag der Kulturen zu quantifizieren. Parallel zu den Vegetationsversuchen soll unter kontrollierten Bedingungen in Hannover schwerpunktmäßig der Einfluß von Si und Ca auf das Pathosystem Tomate/Pythium detaillierter untersucht werden. Hierbei stehen im Mittelpunkt (i) die Quantifizierung im Wurzelapoplasten der Ca-, Si-Gehalte und -Bindungsformen und von für den Pilzbefall und die pflanzliche Reaktion auf den Pilzbefall charakteristischen Enzymaktivitäten und Metaboliten in Beziehung zu Infektion und Infektionsverlauf, (ii) die Charakterisierung des Infektionsverlaufes innerhalb des Wurzelsystems unter besonderer Berücksichtigung von Wurzelalter, lokalen Infektionsquellen und lokalem Si, und Ca-Angebot und (iii) die Charakterisierung des Leistungs- und Kompensationsvermögens des Wurzelsystems in Abhängigkeit von Intensität und Verlauf des Krankheitsbefalls. Ziel des Teilprojektes ist es, den möglichen Beitrag der Ca- und Silizium-Versorgung der Pflanzen zur Optimierung der Pflanzengesundheit am Beispiel des Pathosystems Tomate/Pythium zu erarbeiten und unter praktischen Anbaubedingungen zu überprüfen.

Schwerpunktprogramm (SPP) 2322: Systemökologie von Böden - das Mikrobiom und die Randbedingungen modulieren die Energieentladung, Teilprojekt: Sorptionsthermodynamik und Aggregation als Kontrollen der Substratnutzung und Mineralisierung 2: Reaktion auf komplexe Randbedingungen

Die Sorptionsstärke organischer Moleküle an Mineralien und die Stabilität von Aggregaten, die organische Substrate schützen, gehören zu den Randbedingungen, die „die Energie- und Stoffdynamik der Bodenbiota prägen“ (Gesamthypothese C des SPP 2322). Obwohl die Stabilisierung organischer Substanz gegen mikrobielle Nutzung und Mineralisierung im Boden mit Sorption in Verbindung gebracht wurde, ist ihr Zusammenhang mit der Thermodynamik von Sorptionsprozessen weiterhin Gegenstand laufender Forschung. In der ersten Förderphase fanden wir heraus, dass die Sorptionsenergie von Carbonsäuren an Eisenoxidoberflächen wahrscheinlich ein dominierender Faktor für die mikrobielle Verarbeitung und damit die Bindung von Kohlenstoff ist. Bei Zuckern und Aminosäuren überlagerten biochemische Kreisläufe und andere Randbedingungen wie Nährstoffverfügbarkeit, Feuchtigkeitsgehalt oder pH-Wert die Effekte der Sorption und beeinflussten das Verhältnis mineralisierter/assimilierter Substrate (Kohlenstoffnutzungseffizienz). Um die Reaktion auf komplexe Randbedingungen zu analysieren, die die Energie- und Stoffnutzung beeinflussen, da sie von der Sorptionsthermodynamik abhängen, werden wir die folgenden Hypothesen testen: (HI) Die Gibbs-Freienergie der Sorption kleiner organischer Säuren und die thermodynamische Hysterese steigen mit der Nichtkristallinität des Minerals und den Hydroxylgruppen an der Oberfläche der sorbierenden Oxidmineralien. (HII) Die Kohlenstoffnutzungseffizienz (CUE) wird hauptsächlich durch Assimilation bestimmt und durch eine komplexe Kombination von Randbedingungen (Desorbierbarkeit, Nährstoffverfügbarkeit, Feuchtigkeit und pH-Wert) und nicht durch die Sorptionsstärke allein gesteuert. (HIII) Die mikrobielle Nutzung sorbierter Substrate steigt mit zunehmender funktioneller Vielfalt und Komplexität der mikrobiellen Gemeinschaft des Bodens bei konstanter N-, P- und Energieverfügbarkeit. Und (HIV) die Stabilität mineralischer Aggregate steigt mit sinkendem osmotischem Potenzial und Mikroben produzieren extrazelluläre polymere Substanzen, wodurch die Zugänglichkeit von Substanzen zur mikrobiellen Verarbeitung in wasserstabilen Aggregaten sinkt. Wir werden diese Hypothesen in sechs Arbeitspaketen (AP) anhand gespiegelter mineral- und aggregatbasierter Ansätze in Bochum/Gießen und Freiburg testen. Der mineralbasierte Ansatz skaliert von Oberflächen-Molekül-Interaktionen bis hin zur mikrobiellen Nutzung von an Mineralen sorbierten Substraten mit zunehmender Komplexität der Mineraloberflächen (Anzahl der OH-Gruppen, Kristallinität). Der aggregatbasierte Ansatz skaliert vom Wasserpotenzial von Bodensäulen bis hin zu einzelnen wasserstabilen Aggregaten, die aus komplexen Wechselwirkungen zwischen Wasser, Wärme und Mikroorganismen entstehen. Beide verwenden einen gemeinsamen Satz von Mineralen und Substraten: Goethit, Gibbsit, Kaolinit, Glucose*, Zitronensäure und teilweise Phenol* (*C6-Verbindungen aus dem Kernexperiment). Das Bodenmaterial stammt aus Thyrow (Projektstandard) sowie einer Auswahl der Zeitschritte und aller Bodenmischungen aus den jeweiligen gemeinsamen Batterie- und Komplexitätsexperimenten des SPP. Durch die Kombination der erwarteten Ergebnisse aus komplexen Randbedingungen wird unser Projekt wesentliche Erkenntnisse für die Integration thermodynamischer Konzepte in die Funktionsweise von Bodenökosystemen liefern.

INPRO - Innovative Prozessfuehrung: Methoden und Werkzeuge zur Prozessfuehrung von komplexen verfahrenstechnischen Anlagen am Beispiel von Muellverbrennungsanlagen

Die energetische Optimierung von verfahrenstechnischen Prozessen erfordert eine detaillierte Kenntnis der jeweiligen Vorgänge, die Ableitung von und die Beschreibung durch charakteristische Kenngrößen und Analyse in Verbindung mit off-line Daten, eine dedizierte Modellierung sowie die regelungstechnische Umsetzung zur eigentlichen Optimierung. Die Umsetzung der Algorithmen in echtzeitfähige, zuverlässige und sichere Softwaresysteme und -werkzeuge mit dem angestrebten Transfer in die industrielle Anwendung sind weitere Ziele der Arbeiten. Prozessschritte bei Celitement External Link wie die Entsäuerung, der Hydrothermalprozess im Autoklaven und die Mahlung sind durch neuartige Messtechniken zu erfassen, zu analysieren und modellmäßig durch charakteristische Kenngrößen zu beschreiben. Darauf aufbauend können diese Prozessschritte regelungstechnisch mit softwarebasierten Werkzeugen beherrscht werden. Im Rahmen des Energy Lab 2.0 als Plattform für die Lösungskonzepte der zukünftigen hochgradig verteilten Energiesysteme stehen Aspekte der Software wie Zuverlässigkeit, Safety, Security und Beherrschbarkeit in vielfältiger Weise als Forschungsfragen an. Sichere Anwendungen erfordern sichere Betriebs- oder Laufzeitumgebungen. Im Rahmen des Energy-Lab 2.0 wird das Konzept für ein Betriebssystem für Geräte im Energiebereich entwickelt, das Betriebs- und Angriffssicherheit systembedingt garantiert. Im KASTEL External Link Projekt 'Modell-basierte Plausibilitätsprüfung für sicherheitskritische Infrastrukturen des Energy Lab 2.0' wird das Querschnittsthema Zuverlässigkeit, Safety und Security von Software begleitend erforscht und prototypisch umgesetzt. Außerdem werden Methoden und Architekturen für zuverlässige und sichere Softwaresysteme erforscht.

Seawater carbonate chemistry and growth and carbon metabolism of the seaweed Fucus vesiculosus in the western Baltic Sea

Warming and acidification of the oceans as a consequence of increasing CO2-concentrations occur at large scales. Numerous studies have shown the impact of single stressors on individual species. However, studies on the combined effect of multiple stressors on a multi-species assemblage, which is ecologically much more realistic and relevant, are still scarce. Therefore, we orthogonally crossed the two factors warming and acidification in mesocosm experiments and studied their single and combined impact on the brown alga Fucus vesiculosus associated with its natural community (epiphytes and mesograzers) in the Baltic Sea in all seasons (from April 2013 to April 2014). We superimposed our treatment factors onto the natural fluctuations of all environmental variables present in the Benthocosms in so-called delta-treatments. Thereby we compared the physiological responses of F. vesiculosus (growth and metabolites) to the single and combined effects of natural Kiel Fjord temperatures and pCO2 conditions with a 5 °C temperature increase and/or pCO2 increase treatment (1100 ppm in the headspace above the mesocosms). Responses were also related to the factor photoperiod which changes over the course of the year. Our results demonstrate complex seasonal pattern. Elevated pCO2 positively affected growth of F. vesiculosus alone and/or interactively with warming. The response direction (additive, synergistic or antagonistic), however, depended on season and daylength. The effects were most obvious when plants were actively growing during spring and early summer. Our study revealed for the first time that it is crucial to always consider the impact of variable environmental conditions throughout all seasons. In summary, our study indicates that in future F. vesiculosus will be more affected by detrimental summer heat-waves than by ocean acidification although the latter consequently enhances growth throughout the year. The mainly negative influence of rising temperatures on the physiology of this keystone macroalga may alter and/or hamper its ecological functions in the shallow coastal ecosystem of the Baltic Sea.

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