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Teilprojekt MIKRO: Räumliche Verteilung und Aktivität von mikrobiellen Lebensgemeinschaften in urbanen Böden

In Böden spielen Biofilme und bakterielle Aggregate eine große Rolle für die Struktur und die physiko-chemischen Eigenschaften der Bodenmatrix. Hierfür sind vor allem makromolekulare Substanzen verantwortlich, die von Mikroorganismen und Bodentieren produziert werden. Im vorliegenden Projekt soll das Vorkommen, die Struktur und Dichte, sowie die Bedeutung von mikrobiellen Biofilmen für die Wasser- und Stofflüsse in urbanen Böden untersucht werden, die im Hinblick auf Trockenheit, Schadstoff- und Salzeintrag häufig Extremstandorte darstellen. Bei den Untersuchungen an Feldproben soll mit mikroskopischen Methoden, in Verbindung mit molekularen Methoden (FISH), die Struktur und räumliche Verteilung der detektierbaren Bakteriengruppen ermittelt werden. Außerdem soll an suspendierten Bakterien aus der Bodenprobe mittels FISH die phylogenetische Diversität der vorhandenen Population bestimmt werden. Daneben werden aus den untersuchten Böden relevante Bakterienarten isoliert. Proben aus den experimentellen Bodensäulen sollen hinsichtlich der gleichen Parameter wie die Freilandproben untersucht werden, um in Kooperation mit den anderen Teilprojekten die kombinierten Effekte von Huminstoffen, Mikroorganismen und Bodentieren zu ermitteln. Ursächliche Zusammenhänge, die aufgrund der verschiedenen Untersuchungen an den Bodenproben vermutet werden, sollen dann in definierten Systemen (Biofilmreaktoren) weiter überprüft werden.

Auswirkung subletaler und synergistischer Belastung auf makro-Invertebrata des Rheins

An einer groesseren Anzahl von Tieren aus dem Rhein wird die Auswirkung gleichzeitiger Belastung mit 3-4 Stoffen bzw. Schadfaktoren (O2-Mangel, Erwaermung) geprueft. Gemessen wird nicht der Tod der Versuchstiere, sondern bereits vorher sich andeutende, sublethale Schaedigung ueber die Messgroessen Sauerstoff-Verbrauch, Aktivitaet, Filtrationsleistung etc. Als Ergebnisse sind Daten ueber Resistenz-Unterschiede bei den Versuchstieren zu erwarten, weiterhin Auskunft ueber synergistisch besonders aktive Substanzen im Abwasser.

Untersuchung von organischer Bodensubstanz und Bodengasen mit laserspektroskopischer in-situ Meßtechnik

In dem geplanten Vorhaben werden vorrangig drei Ziele verfolgt: 1. Aufbau und Inbetriebnahme einer Anlage zur Untersuchung von Böden mit einem laserspektroskopischen Meßsystem zur optischen Charakterisierung der organischen Bodensubstanz und zur isotopenselektiven Bodengas-Bestimmung mit durch stimmbaren Diodenlasern im Nahinfrarot Spektralbereich. 2. Untersuchung der Humus-Eigenschaften und dem Einfluß variierender CO2-Konzentrationen in der Bodenluft. Dazu werden CO2-Inkubationsexperimente in einer Bodenkammer durchgeführt und die Humus-Stabilität unter Berücksichtigung chemischer, mikrobiologischer und pflanzlicher Gegebenheiten untersucht. 3. Im Rahmen interdisziplinärer Kooperationsvorhaben mit Arbeitsgruppen innerhalb und außerhalb des Schwerpunktprogramms werden Bodenproben untersucht, die z.B. aus Freilandexperimenten mit erhöhten atmosphärischen CO2-Konzentrationen stammen. Der Humus/Bodengas-Monitor als leistungsfähiges Meßsystem zur Humus-Charakterisierung wird in das Schwerpunktprogramm eingebracht, weiterentwickelt und auch anderen Arbeitsgruppen für Labor- und Freilandexperimente zur Verfügung gestellt.

Waermespeicherung in Metallhydriden

Die Eigenschaft bestimmter Metalle, Wasserstoff chemisch als Hydrid zu binden stellt eine Alternative zu der Gas- und Fluessigspeicherung dar. Bei der Bildung des Metallhydrides werden Wasserstoffmolekuele gespalten und Wasserstoffatome an Zwischengitterplaetzen geeigneter Metalllegierungen eingebaut. Die Wasserstoff-Metall-Reaktion setzt in Abhaengigkeit des eingesetzten Metalls Bildungswaerme bis zu 30 Prozent des unteren Heizwertes von Wasserstoff frei. Im Verlauf der Rueckreaktion kann aufgrund der Hydridzersetzung Wasserstoff abgegeben und Waerme verlustlos gespeichert werden. Die Bildung von Hydriden als Funktion von Druck, Temperatur und Wasserstoffkonzentration im Metall wird in Konzentrations-Druck-Isothermen erfasst. Die Umwandlung von Metall in Metallhydrid findet unter konstantem Wasserstoffdruck bei gleichbleibender Temperatur statt. Schwerpunktmaessig werden Magnesiumhydride, Hydride der 3 d-Uebergangsmetallreihe und Hydride auf Basis der seltenen Erden im Hinblick auf ihr thermodynamisches Verhalten, ihre Reaktionskinetik, ihre Waermeleitfaehigkeit, ihrer Speicher- und Zyklisierungsstabilitaet untersucht. Hierbei hat sich herausgestellt, dass Metallhydride technisch sinnvoll und wirtschaftlich einsetzbar sind, wenn die Reaktion der Metalle mit Wasserstoff nicht allein zur Wasserstoffspeicherung dient, sondern zusaetzliche Funktionen mit den Systemen erfuellt werden koennen. Die Waermetoenung empfiehlt Hydride nicht nur als Wasserstoff-, sondern auch als Waermespeicher. Die Kombination zweier Hydridspeicher auf unterschiedlichem Temperaturniveau kann als Waermepumpsystem funktionieren. Zur Zeit steht die Entwicklung verfahrenstechnischer Simulationsprogramme im Vordergrund, die es erlauben, die gemessenen thermodynamischen Daten als Basis fuer die Voraussagen des Betriebsverhaltens grosstechnischer Energiespeicher zu treffen.

Transregio TRR 228: Zukunft im ländlichen Afrika: Zukunft-Machen und sozial-ökologische Transformation; Future Rural Africa: Future-making and social-ecological transformation, Teilprojekt B01: Die soziale Ökologie von Weideflächen in sich verändernden Savannen

Die Ausbreitung invasiver Pflanzenarten ist ein Nebeneffekt von geplantem Landnutzungswandel in afrikanischen Savannen. Eine rasche Verbuschung von Weideflächen ist daher zu beobachten. Wir quantifizieren die Ausbreitung der Arten hier, und in Migrations-Korridoren von Rindern, bestimmen deren Determinanten und ermitteln Effekte auf die Lebensgrundlage pastoraler Gruppen im zentralen KRV. Durch die Kombination der Erkenntnisse trägt das Projekt zum Verständnis zukunftsorientierter Praktiken von Nutzern betroffenen Weideflächen bei und analysiert Effekte und Muster der Transformation.

Gesundheitsrisiken durch Ozon

<p>Bodennahes Ozon und hohe Lufttemperatur bergen für Mensch und Umwelt nach wie vor ein hohes Schädigungspotenzial. Der Klimawandel kann zu mehr Heißen Tagen führen, was die Bildung von Ozon fördern und die damit verbundenen gesundheitlichen Risiken erhöhen kann.</p><p>Gesundheitliche Risiken von Ozon und hoher Lufttemperatur</p><p>Der ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/k?tag=Klimawandel#alphabar">Klimawandel</a>⁠ beeinflusst in vielfältiger Weise unsere Umwelt. Der Anstieg der mittleren jährlichen Lufttemperatur führt derzeit bereits zu wärmeren bzw. heißeren Sommern und zukünftig wahrscheinlich auch zu milderen Wintern. Eine hohe Lufttemperatur begünstigt gemeinsam mit intensiver Sonneneinstrahlung die Bildung von Ozon in Bodennähe. Dies führt bei anhaltend sommerlicher Schönwetterlage neben der Hitzebelastung auch zu einer erhöhten gesundheitlichen Belastung durch hohe bodennahe Ozonkonzentrationen.</p><p>Zur Charakterisierung der Ozonbelastung dient der Wert von 120 Mikrogramm pro Kubikmeter (µg/m³) als 8-Stunden-Mittelwert. Während der letzten extremen ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/h?tag=Hitzesommer#alphabar">Hitzesommer</a>⁠ 2018 und 2022 (siehe <a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/umwelt-gesundheit/gesundheitsrisiken-durch-hitze">„Gesundheitsrisiken durch Hitze“</a>) wurde dieser EU-Zielwert für Ozon zum Beispiel an der Messstation in Stuttgart-Bad Cannstatt 47- und 40-mal überschritten. Zur besseren Einordnung des umweltbezogenen Gesundheitsrisikos dient zudem die Kenngröße „Heißer Tag“ des Deutschen Wetterdienstes, definiert als Tag, dessen höchste Temperatur oberhalb von 30 Grad Celsius liegt. In den Sommern 2018 und 2022 wurden an der Messstation in Stuttgart-Schnarrenberg 29 und 30 ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/h?tag=Heie_Tage#alphabar">Heiße Tage</a>⁠ registriert. Beide Messgrößen sind in der Abbildung „Überschreitungen des Zielwertes für Ozon und Anzahl Heißer Tage in Stuttgart“ dargestellt.</p><p>* Zahl der Tage mit Überschreitung des Ozon-Zielwertes (120 µg/m³) zum Schutz der menschlichen Gesundheit als 8-Std.-MW</p><p>Gesundheitliche Wirkungen</p><p>Ozon ist ein Reizgas. An Tagen mit hoher Ozonkonzentration leiden viele Menschen an Reizerscheinungen der Augen (Tränenreiz), Atemwegsbeschwerden (Husten) und Kopfschmerzen. Diese Reizungen treten weitgehend unabhängig von der körperlichen Aktivität auf. Ihr Ausmaß wird primär durch die Aufenthaltsdauer in der ozonbelasteten Luft bestimmt. Besonders nach reger körperlicher Aktivität im Freien wurde bei Schulkindern und Erwachsenen eine verminderte Lungenfunktion sowie eine Einschränkung der körperlichen Leistungsfähigkeit festgestellt. Diese funktionellen Veränderungen und Beeinträchtigungen normalisierten sich im Allgemeinen spätestens 48 Stunden nach Expositionsende. Bei einem erhöhten Atemvolumen, zum Beispiel bei körperlicher Anstrengung, kann Ozon tief in das Lungengewebe vordringen, dort das Gewebe schädigen und Entzündungen hervorrufen. Im Gegensatz zur Veränderung der Lungenfunktionswerte bildeten sich entzündliche Reaktionen des Lungengewebes nur teilweise zurück. Atemwegs- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind mit dem Auftreten erhöhter bodennaher Ozonkonzentrationen assoziiert.</p><p>Eine hohe Lufttemperatur während Hitzeperioden kann ein zusätzliches Risiko für die Gesundheit der Bevölkerung darstellen. Bei sehr hohen Temperaturen kann das körpereigene Kühlsystem überlastet werden. Als Folge der Hitzebelastung können bei empfindlichen Personen Regulationsstörungen und Kreislaufprobleme auftreten. Typische Symptome sind Kopfschmerzen, Erschöpfung und Benommenheit. Ältere Menschen und Personen mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind von diesen Symptomen besonders betroffen. <br><br>Klimamodelle prognostizieren, dass sich die gesundheitlichen Risiken von Phasen mit erhöhter sommerlicher Luftverschmutzung – unter anderem mit Ozon – im Zusammenwirken mit sommerlicher Hitze zukünftig erhöhen werden. Zudem wird vermutet, dass sich beide Einzelbelastungen in ihrer Kombinationswirkung verstärken können.</p><p><em>Tipps zum Weiterlesen: </em><br><br><em>Mücke, H.-G. (2014): Gesundheitliche Auswirkungen von atmosphärisch beeinflussten Luftverunreinigungen. Kapitel 3.1.3, S. 1-7. In: Lozan et al. (Hrsg.): Warnsignal ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/k?tag=Klima#alphabar">Klima</a>⁠: Gesundheitsrisiken; Gefahren für Pflanzen, Tiere und Menschen. GEO Wissenschaftliche Auswertungen, Hamburg.<br><br>Mücke, H.-G. und A. Matzarakis (2017): ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/k?tag=Klimawandel#alphabar">Klimawandel</a>⁠ und Gesundheit. In: Wichmann et al. (Hrsg.): Handbuch der Umweltmedizin, Kapitel VIII-1.10, 38 Seiten. Ecomed Verlag, Landsberg.</em></p><p><em>Augustin J. et al. (202</em>3<em>): Gesundheit. Teil III, Kapitel 14. S. 171-189. </em><em>In: </em><em>Guy P. Brasseur, Daniela Jacob, Susanne Schuck-Zöller (Hrsg.) (2023): Klimawandel in Deutschland, 2. überarb. und erweiterte Auflage, Springer Spektrum, Heidelberg.</em></p><p>Weniger bodennahes Ozon ist möglich</p><p>Gesundheitliche Belastungen durch höhere Ozonkonzentrationen in Bodennähe sind zu vermeiden. Hierzu müssen die Zielwerte und langfristigen Ziele für Ozon zum Schutz der menschlichen Gesundheit erreicht und auf Dauer eingehalten werden. Die Europäische Union (EU) hat im Jahr 2002 in der <a href="https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/?qid=1582627655982&amp;uri=CELEX:32002L0003">Richtlinie über den Ozongehalt in der Luft</a> einen Ozonzielwert zum Schutz der menschlichen Gesundheit festgelegt und ihn im Jahr 2008 mit der <a href="https://eur-lex.europa.eu/legal-content/de/TXT/?uri=CELEX:32008L0050">Richtlinie über Luftqualität und saubere Luft</a> bestätigt:</p><p>Um die gesundheitlichen Belastungen durch Ozon zu verringern, müssen die Emissionen jener Schadstoffe sinken, welche als Vorläufersubstanzen die Ozonbildung befördern. Dazu zählen vor allem Stickstoffoxide (NOx) und flüchtige Kohlenwasserstoffe. Möglichkeiten, die Emissionen dieser Luftschadstoffe zu senken, bestehen im Verkehrssektor, innerhalb des Einsatzes von ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/b?tag=Biomasse#alphabar">Biomasse</a>⁠ zur Energiegewinnung, durch Energieeinsparmaßnahmen sowie bei der Lösemittelverwendung in Industrie, Gewerbe und Haushalten.</p><p>Weiterführende Informationen</p><p><a href="https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/?qid=1582627655982&amp;uri=CELEX:32002L0003">Richtlinie über den Ozongehalt in der Luft</a></p><p><a href="https://eur-lex.europa.eu/legal-content/de/TXT/?uri=CELEX:32008L0050">Richtlinie über Luftqualität und saubere Luft</a></p>

Untersuchung ueber die Wechselwirkung von Klaerschlaemmen auf unbelastete und belastete Boeden

Die Belastung von Boeden setzt eine Klaerung der geogenen und anthropogenen Herkunft von relevanten Schadstoffen voraus. Exakte Aussagen ueber die Herkunft solcher Schadstoffe lassen sich jedoch stets nur dann machen, wenn auch die lokalen geochemischen Verhaeltnisse bekannt sind und bei den Untersuchungen mit erfasst werden. Dieses ist besonders ausschlaggebend, wenn Klaerschlaemme aufgebracht werden. Hierbei sind die Tonmineralien als Schadstoffadsorber eine Loesung zur Vermeidung der staendig wachsenden Mengen, die insbesondere zur Deponierung oder Verbrennung fuehren. Desweiteren sind bisher nur wenige Untersuchungen ueber die Relevanz von Arsen und Thallium durchgefuehrt worden.

Molekularbiologische Analyse der Rolle der Mykorrhiza für den Schwefelhaushalt der Pappel

Mykorrhizen sind in der Lage, das Wachstum der Bäume durch erhöhte Aufnahme von Nährstoffen zu verbessern. Im Gegensatz zu Phosphat und Nitrat, ist nur wenig über die Bedeutung der Mykorrhiza für die Aufnahme und den Metabolismus von Schwefel bekannt, obwohl schwefelhaltige Stoffe eine wichtige Rolle bei Rhizobiumwurzel Symbiose spielen, die in vielen Aspekten ähnlich zu Mykorrhizierung ist. Ziel des Projekts ist es, Gene des Schwefelhaushalts von Wurzeln zu identifizieren, die bei der Wechselwirkung Wurzelpilz eine Rolle spielen, und deren Expression und Regulation zu analysieren. Als Modellsystem soll dabei die Pappel und der Pilz Amanita muscaria eingesetzt werden. In diesem Modellsystem soll die Hypothese überprüft werden, dass der Pilz die Sulfatversorgung der Pflanze durch eine erhöhte Aufnahme sowie einen intensiven Austausch mit der Wurzel verbessert und, in Analogie zu Rhizobien, dem Pilz von der Pflanze reduzierter Schwefel in Form von Glutathion zur Verfügung gestellt wird. In der ersten Phase wird der Einfluss der Schwefel- und Stickstoffernährung auf die Expression der Gene des Schwefel-Metabolismus in Pappel und im Pilz untersucht. Weiterhin soll der Einfluss der Modulation des Schwefelhaushalts in Pappeln durch genetische Manipulation auf die Wechselwirkung im Schwefelhaushalt zwischen Wurzel und Pilz analysiert werden.

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.

Entwicklung von ressourceneffizienten und umweltentlastenden Düngestrategien mithilfe innovativer Saatgutbehandlungen

Zielsetzung: Die Pflanzennährstoffe Stickstoff und Phosphat sind fundamental wichtig für ein gesundes Wachstum und hohe Erträge. Doch ein Überschuss an Nährstoffen kann durch Auswaschung ins Grundwasser und durch Oberflächenabfluss in Flüsse und Meere gelangen. Durch die Intensivierung der Landwirtschaft geraten zudem auch landwirtschaftlich genutzte Ökosysteme aus der Balance. Anfällige Pflanzenbestände mit geringer Resilienz sind die Folge. Ein steigender Pflanzenschutzmitteleinsatz wird somit vielerorts notwendig. Der Pestizid-Einsatz stellt jedoch eine weitere Gefahr für die Umwelt auf verschiedenen Ebenen dar und stört das ökologische Gleichgewicht, gefährdet die Wasserqualität und wirkt sich durch die Akkumulation von Rückständen in der Umwelt auf die gesamte Nahrungskette aus. Für eine zukunftsfähige Landwirtschaft stehen Landwirt*innen vor der Herausforderung, Düngemittel und Pflanzenschutzmittel auf das geforderte umweltverträgliche Maß zu reduzieren, ohne dabei die Nahrungsmittelsicherheit zu gefährden. Unter den Bedingungen der novellierten Düngeverordnung muss die Düngemenge bundesweit in nitratbelasteten roten Gebieten 20 % unter dem durchschnittlichem Düngebedarf liegen. Ebenso müssen zusätzliche Auflagen bei der Phosphor-Düngung in gelben Gebieten mit hoher Eutrophierung von Oberflächengewässern durch Phosphor/Phosphat eingehalten werden. Die stark angestiegenen Dünger- und Betriebsmittelpreise kommen erschwerend hinzu. Es braucht eine Landwirtschaft, die umweltfreundlich wirtschaftet und trotzdem bezahlbare Lebensmittel erzeugt. Der durch SeedForward angestrebte Lösungsweg beschreibt die Erprobung von ressourceneffizienten Düngestrategien, die bei reduziertem Düngereinsatz gleichbleibend hohe Erträge ermöglichen. Dies gelingt durch eine verbesserte Ressourcennutzung der Pflanzen, welche auf eine höhere Nährstoffeffizienz der Pflanze zurückzuführen ist, die durch die SeedForward Saatgutbehandlung hervorgerufen wird. An den Kulturen Mais, Getreide und Raps werden neben den Saatgutbehandlungen zusätzlich innovative Mikroorgansimen eingesetzt, denn der Einsatz dieser pflanzenförderlichen Mikroorganismen in Kombination mit der Saatgutbehandlung kann ihren Effekt noch verstärken. Die in dem Projekt geplante Vorgehensweise ermöglicht es, standortbezogene Einsparungen zu prognostizieren und zielgerichtet auszuschöpfen, um die Transformation zu einer zukunftsfähigen Agrarlandnutzung zu unterstützen und die Umwelt zu schützen.

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