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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.

Strahlenbelastung des fliegenden Personals

Piloten und FlugbegleiterInnen gehoeren zu den Personen, die einer hohen Strahlenbelastung am Arbeitsplatz ausgesetzt sind. Die kosmische Strahlung in Flughoehe besteht ausschliesslich aus Sekundaerstrahlung (hauptsaechlich Neutronen und Gammastrahlung), die in Wechselwirkung von primaeren Teilchen mit den Atomen der Lufthuelle erzeugt wird. Die Exposition des Flugpersonals ist zudem abhaengig von der Flughoehe, der geomagnetischen Breite und der solaren Aktivitaet. Aufgrund der Komplexitaet des kosmischen Strahlenfeldes ist allerdings der Umfang der Exposition schwer zu bestimmen, und physikalische Messungen geben keinerlei Hinweise auf die biologische Wirksamkeit dieser Strahlung. Ueber Chromosomenanalysen in den peripheren Lymphozyten des menschlichen Blutes konnte in einer Pilotstudie an Personal aus dem Interkontinentalverkehr eine hochsignifikant erhoehte Strahlenbelastung festgestellt werden. Die Chromosomenanalyse eines weiteren Untersuchungskollektivs, das aus einer Gruppe von Concordepiloten besteht, steht kurz vor dem Abschluss. Ergebnisse aus strahlenbiologischen Experimenten im CERN, Genf, belegten eine sehr hohe biologische Wirksamkeit der kosmischen Strahlung im Niederdosisbereich. Die Resultate dieser Versuchsreihe (in-vitro) sollen mit den Ergebnissen aus den in-vivo Ansaetzen verglichen und im Hinblick auf die biologisch Wirksamkeit kleiner Dosen von Neutronen bewertet werden. Die Ergebnisse sollen der Einfuehrung des Strahlenschutzes fuer das Flugpersonal dienen.

Primärenergieeinsparung in der dezentralen Energieversorgung

Durchführen innovativer Forschungen zur Primärenergieeinsparung und Reduzierung der Kohlendioxidemission in der dezentralen Energieversorgung; - Untersuchen von Blockheizkraftwerken, Wärmepumpen und evtl. Brennstoffzellen; - Kernpunkte: Zusammenwirken der Komponenten in komplexer Einheit aus Energetik, Hydraulik und Regelungstechnik, Teillastverhalten und Schadstoffemissionen. - Errichten einer einzigartigen Versuchsanlage in der Art einer 'kleinen Energiezentrale' im Labor 'Dezentrale Energiesysteme' der FH Erfurt, Durchführung umfangreicher experimenteller/meßtechnischer Untersuchungen; - Ziel: neue Methoden zum Bewerten, Optimieren und Planen von Anlagen der dezentralen und kommunalen Energieversorgung, intensive Öffentlichkeitsarbeit; - Resultate: Erstmalige Untersuchungen zum Teillastverhalten von Klein- BHKW; Entwickeln eines dynamischen Wärmepumpentests unter variablen Feldbedingungen; Ausloten der Potentiale zum Optimieren der Regelung von dezentralen Energieerzeugern, inklusive Versuchen; Entwurf einer Total-Energie-Anlage für liberalisierte Energiemärkte; Aufbau eines System zum übergeordneten Steuern und Regeln von dezentralen Energieerzeugern mit PC (dezentrales Energiemanagement).

Bedeutung physikalischer Prozesse für die Konservierung organischer Verbindungen (Senkenfunktion) in strukturierten Böden

Die Bedeutung der Aggregierungsprozesse für die CO2-Quellen- und Senkenfunktion der im Schwerpunktprogramm 1090 bearbeiteten Böden soll unter dem angegebenen Thema bearbeitet werden. Ziel der Untersuchungen ist es, die Immobilisierung und Mobilisierung sowie die Verteilung der organischen Substanz unter definierten physikalischen Randbedingungen (Hydraulik, Mechanik) zu quantifizieren. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die räumliche und zeitliche Dimension der Strukturbildung gelegt. Im Einzelnen sollen die Auswirkungen hydraulischer und mechanischer Prozesse und deren Wechselwirkung zueinander für die Festlegung von organischer Substanz im Boden analysiert werden. Dafür werden Zug- und Scherversuche durchgeführt, die Porenverteilung und -funktionen ebenso wie die Durchlüftung und der damit verbundenen potentiellen Abbaubarkeit der organischen Substanz auf den Skalen des strukturierten Gesamtbodens und des Einzelaggregates bestimmt. Durch Perkolationsversuche und der Analyse der räumlichen Verteilung der organischen Substanz wird die Frage der Erreichbarkeit bestimmter Prozeßräume erörtert. In enger Zusammenarbeit und in der Kombination mit den Ergebnissen der Forschungsvorhaben der Antragsteller: Grootes, Guggenberger, Bachmann können daher genauere Informationen über die physikalisch quantifizierbaren Randbedingungen der Strukturstabilität als Grundlage für die CO2 -Quellen- und Senkenfunktion von Böden erwartet werden.

Entwicklung und Demonstration einer brennstoffflexiblen SCR-Nachrüstlösung für Reststofffeuerungen, Teilvorhaben DBFZ: Untersuchungen zur Eignung des entwickelten Demonstrators für die Abgasreinigung und das Monitoring von SCR-Systemen

Die bei der energetischen Nutzung biogener Reststoffe entstehenden Schadstoffemissionen müssen mittels geeigneter Abgasreinigungssysteme gemindert werden. Bei der Konversion biogener Reststoffe entstehen neben Partikelemissionen aufgrund relativ hoher Stickstoffgehalte im Brennstoff auch erhöhte NOx-Emissionen, welche am effektivsten durch das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) gemindert werden können. In dem Forschungsvorhaben soll eine SCR-Nachrüstlösung für mit biogenen Rest- und Abfallstoffen betriebene Kesselanlagen im kleinen und mittleren Leistungsbereich (< 1 MWth) entwickelt werden. Dabei kommt eine innovative Hochfrequenztechnik zum Einsatz, die kontinuierlich den NH3-Beladungszustand des SCR-Katalysators misst und die Reduktionsmittelmenge automatisch an den tatsächlichen brennstoff- und lastabhängigen Bedarf anpasst. Die Funktionsweise des SCR-Systems soll an einer Feuerungsanlage mit verschiedenen biogenen Rest- und Abfallstoffen demonstriert werden, wobei neben der erreichbaren NOx-Minderung auch die Effekte einer Kombination mit Systemen zur Partikelabscheidung untersucht werden sollen.

Entwicklung und Demonstration einer brennstoffflexiblen SCR-Nachrüstlösung für Reststofffeuerungen, Teilvorhaben: Studie zur Regelung einer modularen SCR-Anlage mittels Hochfrequenz-gestützter Bestimmung der Katalysator-NH3-Beladung

Die bei der energetischen Nutzung biogener Reststoffe entstehenden Schadstoffemissionen müssen mittels geeigneter Abgasreinigungssysteme gemindert werden. Bei der Konversion biogener Reststoffe entstehen neben Partikelemissionen aufgrund relativ hoher Stickstoffgehalte im Brennstoff auch erhöhte NOx-Emissionen, welche am effektivsten durch das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) gemindert werden können. In dem Forschungsvorhaben soll eine SCR-Nachrüstlösung für mit biogenen Rest- und Abfallstoffen betriebene Kesselanlagen im kleinen und mittleren Leistungsbereich (< 1 MWth) entwickelt werden. Dabei kommt eine innovative Hochfrequenztechnik zum Einsatz, die kontinuierlich den NH3-Beladungszustand des SCR-Katalysators misst und die Reduktionsmittelmenge automatisch an den tatsächlichen brennstoff- und lastabhängigen Bedarf anpasst. Die Funktionsweise des SCR-Systems soll an einer Feuerungsanlage mit verschiedenen biogenen Rest- und Abfallstoffen demonstriert werden, wobei neben der erreichbaren NOx-Minderung auch die Effekte einer Kombination mit Systemen zur Partikelabscheidung untersucht werden sollen.

Wechselwirkungen zwischen Pflanzenarten

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.

Versoehnung von Oekonomie und Oekologie

In der Diskussion ueber oekologisches Wirtschaften sind Stagnationserscheinungen unverkennbar. Sie sind Ausdruck eines resignativen oder eines betriebswirtschaftlichen Ueber-Pragmatismus, in dem oekologisches Wirtschaften aufgeschicktes Marketing reduziert zu werden droht. Diese Arbeit ist als Sammlung theoretischer und praxisbezogener Beitraege zur Ueberwindung des Dilemmas konzipiert. Sie enthaelt Arbeiten von Autor/inne/n, die innovative Ideen zum Verhaeltnis von Oekonomie und Oekologie liefern, kritische Schlussfolgerungen aus der politischen oder lebensweltlichen Praxis (ueber umweltfreundliche Stoffkreislaeufe und die'Oekonomie des Vermeidens') ziehen sowie neue Felder und Instrumente oekologischen Wirtschaftens (oekologische Produktpolitik, Oeko-Bilanz, Oeko-Audit) nach Nutzen und Folgen beurteilen. Bezugspunkt vieler Beitraege ist das Leitbild des 'sustainable development', dessen Verkuerzung auf Umweltfreundlichkeit freilich zurueckgewiesen wird.

Die Wirkung von DOM auf die Oekotoxizitaet organischer Schadstoffe in Bodeneluaten

Ziel: Systematisierung von Wechselwirkung von natuerlichem geloestem Kohlenstoff im Boden mit organischen Schadstoffen (PAK, Pestizide). Fragestellung: Gibt es systematisierbare mindernde oder verstaerkende Wirkungsweisen von DOM (Dissolved Organic Matter) auf die Wirkung von organischen Schadstoffen auf Pflanzen bzw. Bodenmikroorganismen? Aufgaben: Charakterisierung von DOM verschiedener Herkunft (Landnutzung); Oekotoxizitaetstest im Labor mit Pflanzen und Bodenmikroorganismen.

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