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Kosten/Nutzen der N2-Fixierung und ihre Konsequenzen für aquatische Ökosysteme

Derzeit wird diskutiert, ob Massenentwicklungen von potenziell gesundheitsgefährdenden Cyanobakterien allein durch verringerte Phosphoreinträge verhindert werden können. Viele Gewässer sind eher Stickstoff-limitiert, aber die kostspielige Reduktion der N-Einträge macht nur Sinn, wenn sie nicht durch die Fixierung von Luft-Stickstoff (N2) durch Cyanobakterien (Nostocales) mit speziellen Zellen (Heterocysten) ausgeglichen wird. Verringerte N-Einträge sollten diese Cyanobakterien dann sogar bevorteilen. Eine Langzeitstudie des IGB am Berliner Müggelsee zeigt bei reduzierten N-Einträgen aber eine Verringerung des Anteils der Nostocales am gesamten Phytoplankton und eine Verschiebung von Aphanizomenon- zu Anabaena-Arten. Wir wollen folgende Hypothesen testen: 1) Die energieaufwendige N2-Fixierung lohnt sich nur bei sehr geringem Angebot an Nitrat und Ammonium (=DIN). 2) Durch den Klimawandel nehmen Dauer und Häufigkeit thermischer Schichtung von Flachseen zu, dadurch werden pulsartig gelöstes P und N aus dem Sediment freigesetzt. Die stammspezifischen Strategien der Nostocales bei der Ausbildung von Heterocysten und beim Anschalten der N2-Fixierung hängen von Höhe und Dynamik des DIN-Angebots ab. 3) Diese stammspezifischen Traits erklären die im See beobachtete Wirkung verringerter N-Einträge und des Klimawandels auf die Planktongemeinschaft. Zur Testung dieser Hypothesen werden Labor- und Freilandexperimente, die Analyse von Langzeitdaten und Modellierung verbunden. Im Labor werden Wachstumsraten und N2-Fixierung verschiedener Aphanizomenon- und Anabaena-Stämme in Abhängigkeit von der DIN-Konzentration verglichen, wobei letztere konstant oder gepulst ist. In Konkurrenzversuchen wird festgestellt, welcher Stamm sich bei welcher DIN-Konzentration durchsetzt. Analoge Versuche werden im Müggelsee mit natürlichen Planktongemeinschaften durchgeführt. N2-Fixierung durch Nostocales und N-Einträge durch die Spree werden verglichen. Ein vorhandenes Anabaena-Modell wird um aktuelle Literaturdaten und die Erkenntnisse aus den beschriebenen Experimenten ergänzt und auf Aphanizomenon erweitert. Dieses Modell wird dann in ein biogeochemisches Modell integriert, das einen Modellsee erst eindimensional, für höhere zeitliche Auflösung auch dreidimensional beschreibt. Das Modell wird anhand von Langzeitdaten des Müggelsees kalibriert und validiert. Mit ihm werden dann Szenarien mit verschiedenen DIN-Konzentrationen und den untersuchten Stämmen für relevante Bereiche von externen P- und N-Frachten, Wassertemperaturen und Schichtungsbedingungen simuliert. Zudem soll ein Nostocales-Modul entwickelt werden, das in vorhandene Wassergütemodelle integriert werden kann. Dieses neue Wissen soll für ein effektiveres und nachhaltigeres Gewässermanagement genutzt werden, wobei die zu entwickelnden Modelle bei der Prognose der Cyanobakterien-Entwicklung und der entsprechenden Festlegung qualifizierter Eintrags-Grenzwerte auch unter veränderten klimatischen Bedingungen helfen.

Oekosystemare Begleitung der bodenkundlichen Dauerbeobachtungsflaechen des Landes Hessen

Die Pflanzenbestaende der Dauerbeobachtungsflaechen werden jaehrlich aufgenommen, die Gesellschaften bestimmt und die oekologischen Faktoren berechnet. Im fuenfjaehrigen Abstand werden Tiere der Mesofauna des Bodens ausgezaehlt und einige mikrobiologische Parameter bestimmt.

Langzeituntersuchung der Ölkatastrophe von 1991 am Persischen Golf

Seit Juni 1991 (3 Monate nach der Ölkatastrophe des Golfkrieges) ist die betroffene Saudi-Arabische Küste jährlich untersucht worden. Da die Verölung noch nicht überwunden ist, wird ein internationales Projekt Re-assessment 2001 vorbereitet, das eine Bilanz nach 10 Jahren ziehen soll.

Bedeutung des Bodenwasserhaushalts und der Sauerstoffverfügbarkeit bei der Ausbildung von Humusformen in Wäldern

Die Humusform ist das Resultat der am Standort wirkenden Faktoren einschließlich der dort tätigen Bodenorganismen. Die Humusformenansprache kann daher als integrierende Methode zur Bewertung von Standorten herangezogen werden. Bisher ist nur für die terrestrischen Humusformen die Wechselbeziehung zwischen Morphologie und Standortfaktoren genauer charakterisiert. Systematische Untersuchungen zu Feucht- und Nasshumusformen fehlen. Die an Feucht- und Nassstandorten in der Regel erfolgende Akkumulation organischer Substanz ist nicht primär auf den (zeitweise) herrschenden Wasserüberschuss, sondern auf den damit einhergehenden Sauerstoffmangel zurückzuführen. Eine getrennte Betrachtung der beiden Parameter ist daher notwendig. An acht verschiedenen feuchten und nassen Waldstandorten in Nordrhein-Westfalen soll die Humusform makro- und mikromorphologisch beschrieben und mit wesentlichen Standortmerkmalen in Beziehung gesetzt werden. Des weiteren soll die Regenwurmzönose, als wichtiger Vertreter der Zersetzergemeinschaft, aufgenommen und ihre Wechselwirkungen mit den Standorteigenschaften und der Humusform untersucht werden. Um den Einfluss des Sauerstoffs unabhängig vom Wassergehalt auf die Profilmorphologie nachzuweisen, sollen Langzeitversuche durchgeführt werden. Über Diffusionsversuche im Labor soll außerdem die Bedeutung der Profilmorphologie für die Sauerstoffverfügbarkeit ermittelt werden.

Pflanzenverfügbarkeit von gefrittetem Bor aus der Emailherstellung auf Carbonatboden und carbonatfreiem Boden im Dauerversuch

Kohlenstoffkreislauf in verschiedenen Niedermoor-Paludikulturen - Kurz- und lang-fristige Stabilität des sequestrierten Kohlenstoffs unter verschiedenen zukünftigen Grundwasserstandszenarien

Im Jahr 2022 trugen organische Böden etwa 7,1 % zu den gesamten nationalen Emissionen in Deutschland bei. Paludikultur, die land- oder forstwirtschaftliche Nutzung wiedervernässter Moorflächen, gilt als eine der vielversprechendsten Maßnahmen zur Minderung der Treibhausgasemissionen (THG) aus organischen Böden. Jüngste Studien deuten auf hohe CO2-C-Sequestrierungsraten hin, mit einer durchschnittlichen Aufnahme von etwa 13,0 t CO2-Äq ha-1 a-1 in richtig bewirtschafteten Paludikulturen. Die Umwandlung entwässerter Ackerflächen in Niedermoor-Paludikulturen könnte somit ein Minderungspotenzial von bis zu 53,4 t CO2-Äq ha-1 a-1 erreichen und Paludikulturen damit zu einer der effektivsten naturbasierten Lösungen im Klimaschutz machen. Allerdings bleibt die langfristige Stabilität der gemessenen hohen CO2-Aufnahmekapazität unklar, da alle bisherigen THG-Studien an Standorten durchgeführt wurden, an denen die Pflanzen erst vor Beginn der Messungen etabliert wurden. Das begrenzte Wissen über die Langzeiteffekte von Wiedervernässung und Paludikultur auf die THG-Reduktion erschwert derzeit deren Einbeziehung in nationale Inventare und behindert so Minderungsmaßnahmen und politische Entscheidungen. Neben der Emissionsminderung muss zudem die Resilienz von Paludikulturen gegenüber den Folgen des Klimawandels, insbesondere Trockenperioden, gewährleistet sein. Daher besteht ein dringender Bedarf an Langzeituntersuchungen und an einem vertieften Verständnis des C-Kreislaufs und der Mechanismen der C-Sequestrierung für ein breites Spektrum an Paludikulturen. Das Ziel des beantragten Projekts ist es, den Verbleib von neu assimiliertem atmosphärischem CO2-C in verschiedenen C-pools zu bestimmen. Zudem soll die Stabilität und das potenzielle Risiko der Remobilisierung von kürzlich gespeichertem C unter kontinuierlich nassen Bedingungen im Vergleich zu Klimawandel bedingten Dürreperiode für drei Paludikulturarten (Carex acutiformis, Phalaris arundinacea, Typha latifolia) bewertet werden. Unter Feldbedingungen sollen die CO2-Aufnahme der Pflanzen, der C-Transfer und der C-Metabolismus im Pflanzen-Boden-Atmosphären-Kontinuum über unterschiedliche Zeiträume quantifiziert werden. In der Vegetationsperiode 2026 sollen dabei die drei Paludikulturarten ein- bis neunmal für kurze Zeiträume mit 13C-angereichertem CO2 markiert werden. Zudem wird das langfristige THG-Minderungspotenzial der drei Paludikulturarten quantifiziert und die Auswirkungen einer Klimawandel bedingten Trockenperiode untersucht. Alle Feldexperimente werden an einer vollständig eingerichteten Versuchsfläche der HSWT-PSC durchgeführt. Für hochfrequente und präzise THG- und delta13C-Messungen in CO2 und CH4 wird ein neuartiges, vollautomatisiertes, haubenbasiertes THG-Messsystem eingesetzt. Neben den THG- und Isotopenmessungen werden Proben von Pflanzen, DOC, gelöstes CO2 und CH4, SOC, Cmic sowie biochemische Fraktionen der Biomasse und des Bodens am Thünen-Institut auf delta13C-Isotopensignaturen analysiert.

Kantonales Beobachtungsnetz Kt. Aargau: Ueberwachung der Vegetation

Langfristige Ueberwachung der Vegetation an den Probenahmestellen des kantonalen Bodenbeobachtungsnetzes mit Hilfe der merozoenologischen Methode und mit dem Ziel, Zusammenhaenge zwischen Veraenderungen von Bodenparametern einerseits und der Vegetation andererseits aufzudecken. Untersuchungszeitraum: 20 bis 30 Jahre.

Technologiedemonstration von Wasserstoff-Industriegasbrennern in der Stahlproduktion, Teilprojekt C

Wirkung von Infraschall - Voruntersuchung für eine umweltepidemiologische Langzeitstudie

Aus verschiedenen Fachdisziplinen und von Betroffenenseite wird die Befürchtung geäußert, dass langjährige niedrigschwellige Infraschallbelastung, die u.a. von Windenergieanlagen ausgehen kann, nachteilige Folgen auf die Gesundheit von Menschen in der Umgebung von derartigen Anlagen haben könnte. Bislang liegen vornehmlich Ergebnisse aus Querschnitt- und experimentellen Studien vor. Daher sind insbesondere für eine abschließende Bewertung möglicher gesundheitlicher Auswirkungen durch langjährige niedrigschwellige Belastung durch Infraschall zusätzlich aufwendige Langzeituntersuchungen mit Kohorten-Design notwendig. Das Vorhaben soll die Möglichkeiten für entsprechende Studien zur detaillierten Klärung komplexer Fachfragen aufzeigen. Im Rahmen einer Voruntersuchung sollen die inhaltlichen, methodischen sowie verfahrenstechnischen Grundlagen und Randbedingungen für eine umweltepidemiologische Langzeitstudie über die Wirkungen von anthropogenem Infraschall mit niedrigen Pegeln auf die Gesundheit der Bevölkerung erforscht werden. Eine an die Voruntersuchung anschließende Umsetzungsphase kann auf den erarbeiteten Grundlagen aufbauen und die methodischen und inhaltlichen Anforderungen an eine solche Langzeitstudie übernehmen.

Messung der horizontalen und vertikalen Verteilung von Luftschadstoffen in Wien

Das übergeordnete Ziel des geplanten Projektes besteht darin, vom Menschen verursachte Luftverschmutzung in Ballungsräumen besser zu verstehen. Die Untersuchung von Stickstoffdioxid (NO2) und Aerosolen wird sich dabei auf spektrale Messungen mit zwei MAX-DOAS (Multi-Axiale Differentielle Optische Absorptionsspektroskopie) Instrumenten an zwei verschiedenen Standorten in Wien stützen. Die MAX-DOAS Methode wird zur Messung von Streulicht in verschiedenen Blickrichtungen verwendet, aus denen die horizontale und vertikale Verteilung von Spurengasen und Aerosolen in der Troposphäre abgeleitet werden kann. Die Datenauswertung wird sich auf eine schnelle geometrische Annäherung sowie die exaktere Methode der Optimal Estimation stützen und troposphärische Säulen und Vertikalprofile von NO2 und Aerosolen ergeben. Die Vertikalprofile liefern eine wichtige Datengrundlage, die für den Vergleich mit bestehenden in-situ Messungen verwendet werden kann. Die aus den MAX-DOAS Messungen abgeleiteten troposphärischen Vertikalsäulen ermöglichen zusammen mit meteorologischen Messungen (z.B. Windgeschwindigkeit, Windrichtung) die Überwachung von Luftschadstoffen über städtischem Hintergrund, stark befahrenen Straßen, und industriellen Punktquellen auf horizontaler Ebene. Die geplanten Langzeitmessungen (über zwei Jahre) liefern einen wertvollen Datensatz für die Analyse der zeitlichen Variabilität von Luftschadstoffen (NO2 und Aerosole) über Wien. Ein Vergleich der in Wien erhobenen Daten mit vergleichbaren MAX-DOAS Messungen in Athen, Griechenland, oder Bremen, Deutschland, wird Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen den verschmutzten Standorten mit andersartigen meteorologischen und photochemischen Bedingungen aufzeigen. Die troposphärischen NO2-Säulen ermöglichen die Validierung von Satellitenmessungen der OMI, GOME-2, und TROPOMI Instrumente sowie den Vergleich mit Modellsimulationen (z.B. aus dem COPERNICUS Atmosphärenbeobachtungsdienst). Da sich bei den beiden Messgeräten Blickfelder einzelner azimutaler Richtungen teilweise überschneiden und die ergänzenden Messungen von in-situ Instrumenten eine Vielzahl an Information zur räumlichen Ausbreitung von NO2 bieten, soll versucht werden, ein räumlich aufgelöstes Bild der Luftverschmutzung über Wien mit Hilfe der tomographischen Darstellung zu entwickeln. Die Ergebnisse des Projektes werden wichtige Erkenntnisse zur horizontalen und vertikalen Ausbreitung von NO2 und Aerosolen liefern. Neben der Verbesserung der troposphärischen NO2 Auswertung werden die Ergebnisse wichtige Daten für Atmosphärenmodelle bereitstellen, da die Vertikalprofile von NO2 und Aerosolen eine nützliche Ergänzung zu den Punktmessungen von in-situ Messgeräten darstellen.

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