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Schwerpunktprogramm (SPP) 1803: EarthShape: Earth Surface Shaping by Biota, DeepEarthshape: Geomikrobiologie 'eisenmetabolisierende Bakterien als treibende Kraft für die Verwitterung von Silikat-Mineralen'

Jahrzehntelange Forschung hat die zentrale Rolle von Mikroorganismen für Verwitterungsprozesse in geologischen Systemen gezeigt. Dieser wichtige mikrobielle Beitrag liegt u.a. darin begründet, dass Mikroorganismen Redox-Umwandlungsprozesse von in Mineralien eingeschlossenen Metallen katalysieren können. Im Rahmen dieser bisherigen Untersuchungen wurden v.a. verschiedene Mikroorganismen untersucht, die Eisen(II)-Minerale oxidieren oder Eisenoxid-Minerale reduzieren können, oder es wurde der Effekt von Fe(III)-reduzierenden Mikroorganismen auf Eisen(III)-haltige Tonminerale analysiert. Diese Prozesse mögen wichtige Reaktionen in Verwitterungungsprozessen sein, allerdings sind die erwähnten Minerale selbst Verwitterungsprodukte. Eisen-metabolisierende Bakterien könnten allerdings auch in größerem Maße zur vorherigen Entstehung von verwittertem Bodenmaterial beitragen, allerdings ist die Bedeutung solcher Prozesse bisher nicht bestimmt. Die Ökologie dieser Bakterien in Relation zum Alterungsprozesses des Bodens ist so gut wie unbekannt. Dieses fehlende Wissen der ökologischen Bedeutung ist unter anderem darin begründet, dass Eisen-metabolisierende Bakterien trotz ihrem signifikanten Einfluss auf die Biogeochemie oft in etwas geringerer Zahl, relativ zur gesamten mikrobiellen Population, vorkommen, und dadurch schwieriger zu untersuchen sind. Um den zu erwartenden bedeutenden Effekt von Eisen-metabolisierenden Bakterien auf die Entwicklung des Bodens zu untersuchen, ist eine ausgewählte Kombination aus hochsensiblen molekularen- und wachstums-basierten Experimenten nötig, welche für diese speziellen Mikroorganismen angepasst und entwickelt werden müssen oder bereits entwickelt worden sind. Die Hypothese dieses Projekts ist deshalb, dass sich die Gemeinschaft der Eisen-metabolisierenden Bakterien mit der geologischen Umgebung während der Ausbildung des Bodens gemeinsam mit- und weiterentwickeln wird, und deren Aktivität wiederum die Rate der Bodenausbildung beschleunigen wird. Im Rahmen des hier beantragten Projekts schlagen wir vor, diese Prozesse anhand der drastischen klimatischen Gradienten der chilenischen Küstenkordillere zu untersuchen. Hier kann die Korrelation zwischen Abundanz, Verteilung und Identität der Eisen-metabolisierenden Bakterien und der Art der vorkommenden Eisenquelle entlang des vertikalen Bodenprofiles unter Einwirkung von vier verschiedenen Klimaregimen untersucht werden. Wir werden unter anderem Mikrokosmos-Experimente durchführen, um den Einfluss dieser Bakterien auf die Verwitterungsrate von Eisensilikaten und Raten von Mineraltransformationen zu quantifizieren. Letzten Endes wollen wir damit zeigen, wie diese Mikroorganismen zur Ausgestaltung der Erdoberfläche beitragen.

Seawater carbonate chemistry and hatching success and size of the marine clam Limecola balthica

Anthropogenic CO2 emissions are rapidly changing seawater temperature, pH and carbonate chemistry. This study compares the embryonic development under high pCO2conditions across the south-north distribution range of the marine clam Limecola balthicain NW Europe. The combined effects of elevated temperature and reduced pH on hatching success and size varied strongly between the three studied populations, with the Gulf of Finland population appearing most endangered under the conditions predicted to occur by 2100. These results demonstrate that the assessment of marine faunal population persistence to future climatic conditions needs to consider the interactive effects of co-occurring physico-chemical alterations in seawater within the local context that determines population fitness, adaptation potential and the system resilience to environmental change.

Bedeutung der pflanzlichen Rhizodeposition für die Bildung und Stabilisierung der organischen Bodensubstanz unter besonderer Berücksichtigung der wasserlöslichen Wurzelabscheidungen

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.

Austauschprozesse mit Totzonen und in langsam durchflossenen Gewaesserteilen

Intensive Austauschprozesse mit dem Sediment finden auch in der Spree statt. Die woechentlichen Messbilanzbetrachtungen im Experimental-Altarm Freienbrink zeigen wechselnde Verluste und Gewinne an. Die 1995 wieder aufgenommenen Messungen der P-Konzentrationen beweisen, dass es sich dabei um Wechselwirkungen mit den Ablagerungen handelt. Gewinne und Verluste von ueber 10 Prozent TP erfaehrt das den Altarm durchfliessende Wasser innerhalb weniger Stunden Aufenthaltszeit. Langsam erfolgt dagegen die Umlagerung der rund 3000 Kubikmeter Mudde zu fliessgewaessertypischen Strukturen seit der Wiedereroeffnung des Altarmes 1992. Oekologisch sehr bedeutsam sind die Totzonen am Flussufer. Mit Hilfe von Tracerversuchen zwischen Spreewerder und Freienbrink und eines mathematischen Modells wurde ermittelt, dass die Totzonen eine durchschnittliche Breite zwischen 3 und 5 m besitzen. Durch die Totzonen wird der gesamte Wasserfluss verzoegert. Innerhalb der 'Durchschnitts- Totzone' haelt sich das Wasser rund 20 Minuten auf. Eine Verdoppelung der Aufenthaltszeit erfaehrt aber nur 2 Prozent des Wassers.

Tieroekologische Forschung im Naturpark Hoher Vogelsberg

Langfristig angelegte tieroekologische Forschung im Naturpark Hoher Vogelsberg ueber die Aussenstelle Kuenanz-Haus des Institutes. Suche nach funktionellen Zusammenhaengen zwischen abiotischen und biotischen Komponenten. Erfassende und experimentelle Arbeit im Freiland. Untersuchung oekologischer Valenzen im collinen und montanen Bereich. Analyse von Raum- und Standortqualitaeten, Populationfluktuationen, Diversitaet und Artenvergesellschaftung. Grundlagenforschung und Umsatz der Ergebnisse in die Praxis des Biotopmanagements im Naturpark. Betreuung von Feldversuchen fuer EU-Projekte. Paralleluntersuchungen zu den landschaftsoekologischen Forschungen eines SFBs.

Stabilisierung von organischer Substanz durch Schichtsilikate - Natur und Umsatzverhalten der Wechselwirkungsprodukte

Mit dem Vorhaben werden Zusammenhänge zwischen Kohlenstoffspeicherung und Tonmineralogie aufgedeckt und quantitativ beschrieben. Mit dem Versuchsansatz wird die Ermittlung von Stabilisierungsprozessen und -raten natürlicher organischer Substanzen ermöglicht. Langjährige Düngervorenthaltung führt im Boden bei weiter andauernden Nährstoffentzügen durch Pflanzen sowohl a) zu einer Abnahme des relativen Anteiles an leicht umsetzbarer organischer Substanz als auch b) zu einer Veränderung in der Tonmineralassemblage. Dies impliziert Änderungen in der Natur und Stabilität der vorherrschenden Ton-Humus-Assoziationen. Solche Veränderungen sollen auf kurz-, mittel- und langfristigen Zeitskalen an Böden aus Dauerversuchen aufgesucht und quantifiziert werden. Dazu werden Experimente herangezogen, die in den Jahren 1902, 1956 und 1982 angelegt wurden. Folgende Fragen sollen durch das Vorhaben beantwortet werden: A) welche Mechanismen stehen hinter der protektiven Wirkung des Mineralkörpers gegenüber organischen Substanzen, B) welchen Einfluß hat die Tonmineralogie auf Stabilisierungsraten der organischen Substanz, C) welchen Einfluß hat die Tonmineralassemblage auf die Menge und Qualität der mit Tonmineralen assoziierten organischen Substanz, D) gibt es Transferpfade aus dem Pool der leicht umsetzbaren ('labilen') organischen Substanz in den Pool der durch Wechselwirkung mit Tonmineralen stabilisierten Ton-Humus-Assoziationen, E) welche Transferraten gelten hier.

Kombinationswirkung organischer Schadstoffe auf Fische

Cytologische und biochemische Untersuchung der Wirkung von Spuren organischer Schadstoffe in Einzelstudien und Kombinationsexperimenten zur Katalogisierung und Bewertung von Wechselwirkungen verschiedener Schadstoffe im Fisch sowie zur Schaffung von Kriterien fuer die Formulierung von Qualitaetszielen fuer Oberflaechengewaesser. Erfassung ultrastruktureller Veraenderungen und funktioneller Parameter (Enzyminduktion, Veraenderungen in Markerenzymen) in Leber, Niere und Kiemen der Regenbogenforelle. Parallel Mikroinjektionsexperimente mit befruchteten Fischeiern (Regenbogenforelle, Zebrabaerbling). Va Untersuchung an Harnstoffderivaten, Atrazinersatzstoffen und/oder Organometallverbindungen.

Beeinflussung des Abbaues von Bodenherbiziden in Weizenkulturen durch pestizide Zweitkomponenten

PV-Hochrechnung mit Eigenverbrauch, Teilvorhaben: Entwicklung von Methoden und Algorithmen zur Erstellung eines Metadatenregisters für Hochrechnungsverfahren im Stromnetz

Ziel des Gesamtprojekts ist die Entwicklung von Algorithmen zur zuverlässigen Hochrechnung der PV-Einspeisung in das Stromnetz auf Übertragungs- und Verteilnetzebene bei stark zunehmendem PV-Eigenverbrauch in Kombination mit lokalem Energiemanagement für Batteriespeicher und flexible Verbraucher. Ziel des Teilprojekts ' Entwicklung von Methoden und Algorithmen zur Erstellung eines Metadatenregisters für Hochrechnungsverfahren im Stromnetz ' ist die Entwicklung von Modellen und Algorithmen zur Erstellung eines geodatenbasierten Metadatenregisters zur Verwendung für die Hochrechnung der PV-Einspeisung in das Stromnetz auf Übertragungs- und Verteilnetzebene. Die entwickelten Methoden zur Erstellung des Registers sollen hierbei unter anderem die Effekte eines stark zunehmendem PV-Eigenverbrauchs in Kombination mit lokalem Energiemanagements für Batteriespeicher und flexible Verbraucher, räumlich und zeitlich hochaufgelöst abbilden. Hieraus ergeben sich die folgenden Unterziele: Inventarisierung eines gesamten Netzgebietes mit mehr als 300.000 Dachflächen und möglichen PV Anlagen zur Erstellung der Metadatengrundlage für PV Hochrechnungssystem Inventarisierung eines gesamten Netzgebietes mit mehr als 300.000 Anschlussobjekten zur Erstellung der Metadatengrundlage für Verbrauchs Hochrechnungssystem Verknüpfung von geobasierten Metadaten mit Zeitreihen zu einem homogenen Metadatenregister Im Ergebnis liefert diese Teilprojekt eine wesentliche Grundlage für die Erzeugung des PV- sowie Lastportfolios. Um eine kontinuierliche aktuelle Datengrundlage für den späteren operativen Betrieb der Hochrechnung zu ermöglichen, muss diese regelmäßig aktualisiert werden. Dies erfordert eine hochgradig automatisierte Erhebung und Auswertung der zugrundeliegenden Daten.

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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