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Renaturierung von Mooren der nemoralen Zone unter Bedingungen variabler Wasserverfügbarkeit und -qualität

Die Funktionen von Mooren in Wasser- und Elementkreisläufen, als Kohlenstoffspeicher und in der Bewahrung der Biodiversität sind zunehmend im Fokus wissenschaftlicher und öffentlicher Debatte. Insbesondere im Verlauf des Klimawandels sind renaturierte Hochmoore Klimaextremen ausgesetzt, zum Beispiel Dürren, mit Langzeiteffekten für Boden und Pflanzengemeinschaften, und somit auch für den Kohlenstoffkreislauf. Der Klimawandel erschwert damit zusätzlich die Hochmoorrenaturierung zu bereits vorhandenen Grenzen. Damit verbunden ist ein unzureichender Wissensstand bezüglich potentieller Indikatoren für Degradation und Renaturierungserfolge, z.B. die Dynamiken und Bilanzen von Gasflüssen, Biodiversitätsniveaus oder Wasserbilanzen. Moordegradierung verändert die Wasserspeicherfähigkeit und reduziert die Fähigkeit Wasserschwankungen abzupuffern, was die Renaturierung weiter beeinflusst. Paläoökologische Daten erlauben Schlussfolgerungen über Feuchtebedingungen für Torfwachstum und potentielle Resilienz gegenüber in der Vergangenheit aufgetretenen Schwankungen der Umweltbedingungen. Somit können aus ihnen Grundlageninformationen abgeleitet werden, die helfen Renaturierungsziele zu formulieren, aber auch mögliche Einschränkungen aufzeigen. Der voranschreitenden Klimawandel mit häufigen auftretenden Hitzewellen und Dürren bedeutet insbesondere für die Re-Etablierung von Hochmoorvegetation eine ernste Bedrohung, die auf nährstoffarmes Niederschlagswasser angewiesen ist. Das Projekt verbindet Schlüsselmethoden von verwandten Disziplinen in bisher nicht gekannter Weise: In Unterprojekten behandeln wir i) die paläoökologische Rekonstruktion von Referenzbedingungen und Indikatoren für Degradation, ii) aktuelle Hydrologie, Niveaus von Biodiversität, Mikrobielle Gemeinschaften, iii) CO2 und CH4 Bilanzen mit Hauben- und Eddy-Covariance Technik und vorhandenen Langzeitdaten, iv) neuste Fernerkundungsmethoden inklusive dem Upscaling von Plotniveau bis auf das Landschaftsniveau, unterstützt von künstlicher Intelligenz, v) Negative Auswirkungen und Wechselbeziehungen zwischen Biodiversität, Kohlenstoffbilanzen, Treibhausgasemissionen und Resilienz wenn Zielniveaus nicht erreicht werden können, vi) Wissenstransfer in enger Zusammenarbeit mit Torfindustrie, Naturschutzakteuren, Akteuren der Land- und Wasserwirtschaft und der Administration.Wir untersuchen erstmalig Hochmoorrenaturierungsverläufe basierend auf neusten Bewertungsmethoden der Paläoökologie und Biogeochemie von Torfproben und ordnet diese Daten in einen landschaftsökologischen Kontext ein, um mit leistungsstarken Fernerkundungswerkzeugen das zukünftige Monitoring von degradierten und renaturierten Hochmoorflächen zu ermöglichen. Die enge Verbindung der Arbeitspakete und die Anwendung von in der Renaturierungsökologie wenig betrachteter Daten machen dieses Projekt innovativ und lassen wichtige Ergebnisse erwarten für die Hochmoorrenaturierung unter sich verändernden hydro-klimatischen Bedingungen.

Stabilisierung des Wasserdargebotes durch Kleinspeicher, TP5: Bilanz

Mineralisierung und Stabilisierung organischer Bodensubstanz

Projektziel ist die Ermittlung der Umsetzungsdynamik sowie der Mineralisierung- und Stabilisierungsprozesse organischer Bodensubstanz unterschiedlicher Stabilität unter unterschiedlichen landwirtschaftlichen Bearbeitungsmaßnahmen. Trotz unseres bereits umfangreichen Wissensstandes über die Kohlenstoffdynamik im Boden, treten in aktuellen Kohlenstoff-Bilanzierungen immer wieder Unsicherheiten bezüglich der Größe und des Umsatzes von unterschiedlich stabilen Kohlenstoff-Pools im Boden auf. Zur Erstellung und Validierung von Kohlenstoff-Modellen liegen allgemein nur wenige sichere Daten vor. Relativ wenig bekannt sind im Besonderen die Mechanismen und Transferraten von Kohlenstoff-Fraktionen zwischen labilen Pools mit raschem Umsatz und stabileren Pools mit bis zu mehreren Jahrzehnten andauernden Umsätzen. Für die Evaluierung bzw. Verbesserung von bestehenden Kohlenstoffmodellen sind diese Pool-Größen und deren Umsetzungsraten allerdings von entscheidender Bedeutung. Der 14C-Freiland-Langzeitversuch, der bereits 1967 in Fuchsenbigl in Niederöstereich nahe Wien errichtet und seitdem konsequent geführt wurde, bietet die in Österreich einmalige Chance, den Umsatz und die Bilanz des 1967 ausgebrachtem, markiertem Dünger-Kohlenstoff unter unterschiedlichen Fruchtfolgesystemen (Schwarzbrache, Sommerweizen, Fruchtfolge) über eine Periode von 35 Jahren zu untersuchen. Aufgrund dieser ausgesprochen langen Versuchsdauer sollte es möglich sein, tiefergehende Erkenntnisse über die Kohlenstoffdynamik, im Besonderen über Kohlenstoff-Pools mit langsameren Umsetzungsraten, zu gewinnen. Ziel dieses Projektes ist daher, die Größe, Struktur und Umsetzungsdynamik von unterschiedlichen Kohlenstoffpools mittels Partikelgrößen-Fraktionierung an ausgewählten Bodenproben zweier Langzeitversuche mit unterschiedlicher Bewirtschaftung zu ermitteln. Diese Ergebnisse sollen mit chemischen, isotopischen und spektroskopischen Analysen des Gesamtbodens (ohne Fraktionierung) in Einklang gebracht werden. Im besonderen erscheint es wichtig, die Rolle des Bodenhumus im Kohlenstoff-Stabilisierungsprozess besser abschätzen zu können. Abschließend werden die über die ganze Versuchsdauer erhobenen Daten verwendet, um die Kohlenstoff-Bilanzierung der untersuchten Freilandversuche unter unterschiedlichen Bewirtschaftungsmaßnahmen zu erstellen. Schlussendlich sollen diese Daten in die Validierung und Verbesserung bestehender Kohlenstoffmodelle einfließen.

Küstenschutz, Klimaschutz und Klimaanpassung: Salzwiesen im Fokus

Wie können wir Salzwiesen nachhaltig als Teil des Küstenschutzsystems im Rahmen der Klimafolgenanpassung erhalten? Wie kann der Erhaltungszustand anthropogener, also von Menschen geschaffener, Salzwiesen im Nationalpark Wattenmeer verbessert werden? Und wie kann dabei die CO2-Speicherfähigkeit von Salzwiesen als Beitrag zum Klimaschutz erhöht werden? Mit diesen Fragen beschäftigen sich die beiden im Jahr 2025 durch das Bundesumweltministerium im Rahmen des Aktionsprogramms Natürlicher Klimaschutz bewilligten Projekte „Kohlenstoffspeicherung durch natürliche Salzwiesenentwicklung im Bereich von Vorlandflächen und Sommerpoldern im Norderland“ (KoNaS-N) und „KlimaResilienz Dollart“ (KliResDo). Wie können wir Salzwiesen nachhaltig als Teil des Küstenschutzsystems im Rahmen der Klimafolgenanpassung erhalten? Wie kann der Erhaltungszustand anthropogener, also von Menschen geschaffener, Salzwiesen im Nationalpark Wattenmeer verbessert werden? Und wie kann dabei die CO2-Speicherfähigkeit von Salzwiesen als Beitrag zum Klimaschutz erhöht werden? Mit diesen Fragen beschäftigen sich die beiden im Jahr 2025 durch das Bundesumweltministerium im Rahmen des Aktionsprogramms Natürlicher Klimaschutz bewilligten Projekte „Kohlenstoffspeicherung durch natürliche Salzwiesenentwicklung im Bereich von Vorlandflächen und Sommerpoldern im Norderland“ (KoNaS-N) und „KlimaResilienz Dollart“ (KliResDo). Zwei Projekte – unterschiedliche Schwerpunkte Zwei Projekte – unterschiedliche Schwerpunkte KoNaS-N – „ Ko hlenstoffspeicherung durch na türliche S alzwiesenentwicklung im Bereich von Vorlandflächen und Sommerpoldern im N orderland KoNaS-N Ko na S N Ziel ist bei diesem Projekt eine pilothafte Optimierung der natürlichen Kohlenstoffspeicherfunktion von anthropogen geprägten, in Erosion befindlichen Salzwiesen an der ostfriesischen Küste zwischen Hilgenriedersiel und Neßmersiel. Exemplarisch soll eine weitgehend natürliche, eigendynamische Salzwiesenentwicklung für Vorland- und Sommerpolderflächen geschaffen und langfristig unter Beibehaltung der Küstenschutzfunktion gewährleistet werden. Die im Nationalpark „Niedersächsisches Wattenmeer“ gelegenen Projektflächen teilen sich in zwei Bereiche auf: Durch Landgewinnungsmaßnahmen entstandene Salzwiesen, die sich in einem schlechten Erhaltungszustand befinden, sollen auf etwa 190 Hektar durch Relief- und Nutzungsanpassungen (re-)naturiert und in ihrer Küstenschutzfunktion gestärkt werden. Weiterhin werden nachhaltige, naturbasierte Methoden entwickelt und umgesetzt, um fortschreitende Salzwiesenerosionen zu verhindern und die Funktion als ökosystembasiertes Küstenschutzelement zu erhalten. Die niedrig gelegenen Flächen des Sommerpolders werden auf rund 115 Hektar durch die Öffnung des Sommerdeichs wieder an die natürliche Tidedynamik angeschlossen und so der Lebensraumtyp Salzwiese mit eigendynamischer Entwicklung und natürlicher Überflutungs- und Sedimentationsdynamik angeregt. Die naturschutzfachliche Verantwortung hat die Nationalparkverwaltung Niedersächsisches Wattenmeer inne, die küstenschutzfachliche Verantwortung liegt in der Betriebsstelle Norden. Die Universität Kaiserslautern-Landau verantwortet die wissenschaftliche Erforschung der Kohlenstoffflüsse. Die Projektlaufzeit beträgt acht Jahre, von 2025 bis 2033, mit einem Gesamtfördervolumen von 14,4 Millionen Euro. KliResDo – Stärkung Kli ma res ilienz Do llart KliResDo Kli res Do Das Pilotvorhaben im niedersächsischen Dollart untersucht die synergetische Verknüpfung von Klima-, Küsten- und Naturschutz im Deichvorland. Ziel ist es, einen integrierten Managementplan für Salzwiesen im Nationalpark zu entwickeln, der das Kohlenstoff-Speicherpotenzial sowie die Biodiversität und Klimaresilienz der Küstenökosysteme langfristig sichert. Durch gezielte Renaturierungs- und Managementmaßnahmen in den Salzwiesen soll deren Kapazität zur Kohlenstoffspeicherung und deren Bedeutung für den Naturschutz gesteigert werden, während gleichzeitig die Wirkung der Vorländer für den Küstenschutz langfristig gesichert wird. Im Rahmen einer Pilotmaßnahme werden zusätzlich Versuchsflächen auf bis zu drei Hektar Größe angelegt. Parallel dazu entwickelt das Projekt Strategien für ein klimaresilientes Management angrenzender Binnenlandsflächen. Im Fokus ist hierbei die Optimierung des Sedimenthaushalts im Dollart- und Emsraum: Dabei findet eine pilothafte Sedimentverbringung auf bewirtschaftete Moorstandorte des Rheiderlands statt. Unter Einbindung der relevanten Stakeholder werden im Rahmen einer Potential- und Machbarkeitsanalyse geeignete Flächen für die Sedimentverbringung ausgewählt, um den Moorkörper zu konservieren und die Bindung von Kohlenstoff zu erreichen. Die NLWKN-Betriebsstellen Norden und Aurich tragen die küstenschutzfachliche und wasserwirtschaftliche Verantwortung. Die Nationalparkverwaltung Niedersächsisches Wattenmeer betreut das Projekt naturschutzfachlich. Die Universität Münster trägt bei diesem Projekt die Verantwortung für die wissenschaftliche Erforschung der Kohlenstoffflüsse. KliResDo läuft ebenfalls von 2025 bis 2033 und wird mit insgesamt 3,8 Millionen Euro gefördert.

Bestimmung partikelgebundener PAK, NPAK und 3-Nitrobenzanthron sowie ihre Verteilung auf verschiedene Ultrafeinstaubfraktionen von Emissionsquellen

Als ultrafeine Partikel werden Teilchen mit Durchmessern kleiner als 100 nm bezeichnet. Die ultrafeinen Partikel entstehen in Verbrennungsprozessen, die unter Sauerstoffmangel stattfinden. Hierbei sind u.a. der Straßenverkehr mit seinen unzähligen instationären Verbrennungen, Industrieprozesse und Hausbrand zu nennen. Partikel dieses Größenbereichs können sehr spezielle chemische oder physikalische Wechselbeziehungen mit der Umgebung eingehen. Man beobachtet bei ultrafeinen Partikeln vorwiegend Diffusion, wogegen sich größere Teilchen eher durch Anlagerung bzw. Sedimentation auszeichnen (Limbach, 2005). In der Europäischen Union gilt seit Januar 2005 ein Grenzwert für Feinstaub, d.h. für Partikel kleiner als 10ìm (PM10), vorgeschrieben. Für ultrafeine Partikel gibt es in Europa bisher keine eigenen Grenzwerte. In einem bis dahin einmaligen Projekt wurde die Entwicklung der Belastung mit ultrafeinen Partikeln in Erfurt über zehn Jahre quantitativ bestimmt. Dabei wurde ein deutlicher Anstieg festgestellt (Krug, 2005). Die Korngrößen des Ultrafeinstaubs können das menschliche Respirationssystem erreichen. Man spricht daher vom inhalierbaren Anteil des Feinstaubs. Partikel kleiner als 100 nm werden als noch gefährlicher eingestuft, da sie lungengängig sind. Wegen ihrer geringen Größe können einzelne ultrafeine Partikel ein Lungenepithel durchqueren. Ein Weitertransport zu Leber, Knochenmark oder Herz ist möglich. Die Ultrafeinpartikel können sich in der Lunge bis zu mehreren Monaten ablagern bzw. verbleiben (WHO,1997). Es sind einige Verfahren entwickelt worden, um die PAK-Belastung auf Menschen zu erfassen und ihre Auswirkungen zu beschreiben. Dabei wurde Benzo(a)Pyren oft als Indikator für die Präsenz von karzinogenen PAK in der Umwelt genutzt. Verbreitet ist zum Beispiel die Bestimmung von PAK in Blut oder Urin und die Untersuchung der Auswirkungen von PAK auf den Metabolismus in Organen wie Niere und Leber (Larsen, 1995). Die Exposition durch NPAK erfolgt hauptsächlich über die Luft. Es gibt bislang wenige Studien, welche die Langzeitwirkung der inhalativen Aufnahme untersuchen. Darüber hinaus gelten auch die Metaboliten der NPAK als kanzerogen (Uhl, 2007). Laut WHO gibt es erheblichen Forschungsbedarf hinsichtlich der Exposition der Menschen und der Wirkungen von NPAK auf die menschliche Gesundheit (IPCS 2003). Obwohl die NPAK nur einen Bruchteil (1 bis 10Prozent) der PAK ausmachen (Nielsen, 1984), ist spezielle Aufmerksamkeit wegen ihrer hohen biologischen Aktivität notwendig. Zahlreiche NPAK wirkten in Tierversuchen deutlich mutagen und kanzerogen (Fiedler et.al, 1990). Über ihr Verhalten und ihre Anreicherung in Boden und Staub ist bis jetzt noch sehr wenig bekannt. Ebenso wenig wie über deren Metabolismus und Akkumulation in biologischem Gewebe (Fiedler et al., 1991, Fieder und Mücke 1990). (...)

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.

Oelpest in ihrer direkten und indirekten Wirkung auf Seevoegel. Seevoegel als Indikatoren fuer 'schleichende' Oelpest

Es soll weiter geklaert werden: a) Wie hoch die Verluste durch Oelpest in der Deutschen Bucht bei Seevoegeln sind (welche Arten); besonders dann, wenn keine Oelkatastrophe ansteht. b) Welche Seevogelarten und in welcher Weise diese als Indikatoren fuer 'schleichende' Oelpest angesehen werden koennen. c) Welche Spaetschaeden bei Seevoegeln nach Kontakt mit Oel zu beobachten sind.

Humusvergrabung zur Speicherung von Kohlenstoff in Böden - Potentiale, Prozesse und Langzeiteffekte

Die zusätzliche Speicherung von Bodenkohlenstoff ist als Klimaschutzmaßnahme zur Reduzierungatmosphärischen CO2 anerkannt. Der Fokus von Forschung und Praxis lag bisher auf der reduzierten oderkonservierenden Bodenbearbeitung, obwohl deren Effekte auf die Kohlenstoffvorräte für Böden meist marginal sind. Bislang wurde die Option der Humusvergrabung - das Einbringen von Kohlenstoff in tiefereBodenhorizonte - als Maßnahme zu Erhöhung der Kohlenstoffvorräte nicht berücksichtigt und ist kaumuntersucht. Zusätzlich sind die Prozesse und Mechanismen der langfristigen Stabilisierung und Speicherungvon Kohlenstoff in Unterböden unzureichend verstanden. Bodennutzung hat zu allen Zeiten auch zur Humusvergrabung geführt. Seit dem 12. Jahrhundert war Ackerbau in Form von Wölbäckern weit verbreitet. Durch das wendende Pflügen zur Mitte eines Ackerschlags entstanden Kämme unter denen fossile Ap-Horizonte vergraben wurden. Seit Erfindung des Dampfpflugs war es möglich, immer tiefer zu pflügen. Das Tiefpflügen wurde zur Melioration von Podsolen, Parabraunerden und später auch Mooren eingesetzt. In den 1960er Jahren wurden in Norddeutschland dutzende landwirtschaftliche Versuche zum Tiefpflügen angelegt.

Bestimmung von Flugasche in marinen und limnischen Sedimenten mit der C14-Methode

Der organisch gebundene Kohlenstoff in den Sedimenten der letzten 100 Jahre hat einen etwa 10 v.H. geringeren Gehalt an Kohlenstoff 14 als die tieferen Sedimentschichten (Erlenkeuser, Willkomm), im gleichen Bereich ist der Gehalt einiger Schwermetalle auf das 2- bis 7-fache der natuerlichen Konzentration angestiegen (Erwin Suess). Beide Effekte lassen sich durch die Ablagerung von Flugasche erklaeren.

Wie wirken sich natürliche Variabilität und anthropogen bedingte Änderungen auf die stratosphärische Brewer-Dobson Zirkulation und den Ozonfluss in die Troposphäre aus?

Die Brewer-Dobson Zirkulation (BDC) spielt eine Schlüsselrolle für das globale Klima, da sie die Konzentrationen von Ozon, Wasserdampf und Aerosol in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre (UTLS) beeinflusst. Diese Spurengase wiederum wirken sich über Strahlungsprozesse auf das Klima aus. Insbesondere bewirken Änderungen in der BDC Änderungen im Ozonfluss aus der Stratosphäre in die Troposphäre und haben darüber einen Einfluss auf Klima und Gesundheit. Das Verständnis der Variabilität der BDC auf saisonalen bis dekadischen Zeitskalen ist Voraussetzung für eine verläßliche Detektion von anthropogen bedingten Langzeit-Änderungen (Trends). Allerdings ist die Variabilität der BDC in den Klimamodellen nur unzureichend repräsentiert, und nicht in Übereinstimmung mit Spurengas-Messungen.Der Projektantrag zielt auf eine Abschätzung der Einflüsse von natürlicher Variabilität und Trends der BDC auf die Spurengaskonzentrationen in der UTLS ab. Insbesondere sollen diejenigen dynamischen Mechanismen untersucht werden, die die Unterschiede zwischen Modellen und Beobachtungen bewirken. Das Projekt verbindet etablierte diagnostische Methoden, neuartige Modell-Simulationen mit einem Lagrangeschen Transportmodell (CLaMS) und mit einem gekoppelten Chemie-Klimamodell (EMAC) mit Beobachtungsdaten, um die BDC Änderungen und dadurch bedingte Klimaeinflüsse zu untersuchen. Der Arbeitsplan gliedert sich in drei Arbeitpakete: (1) Untersuchung von natürlicher Variabilität und anthropogen bedingter Trends der BDC, (2) Untersuchung der involvierten dynamischen Mechanismen, (3) Abschätzung der Einflüsse von BDC Änderungen auf den Ozonfluß aus der Stratosphäre in die Troposphäre.Dazu werden erstens Zeitreihen von Luftalter und Ozon aus Beobachtungen auf Variabilitäten und Trends der BDC untersucht und mit Simulationen des CLaMS und des EMAC Modells verglichen, zur Validierung der Modelle. Mithilfe von Regressions-Methodiken werden dann Variabilitäten und Trends in der BDC und in den UTLS Spurengasverteilungen verschiedenen Variabilitäts-Moden im Klimasystem zugeschrieben. Zweitens, werden die involvierten dynamischen Prozesse anhand von drei Arten von Sensitivitäts-Experimenten mit dem EMAC Modell untersucht. Insbesondere können mit diesen vorgeschlagenen Sensitivitäts-Experimenten die dynamischen Mechanismen der BDC Änderungen durch ENSO und Vulkanaerosol aufgedeckt werden, sowie die Gründe für diesbezügliche Differenzen zwischen Modell und Beobachtung. Schließlich sollen der Effekt von BDC Änderungen auf den Ozonfluß in die Troposphäre und die dadurch bedingten Klimaeffekte angeschätzt werden. Dabei wird der Ozonfluß im Modell anhand eines Budget-Ansatzes für die untere Stratosphäre bestimmt. Regressions-Analyse ermöglicht eine Zuschreibung der Variabilität im Ozonfluß zu den verschiedenen Variabilitäts-Moden im Klimasystem, und somit eine Abschätzung der entsprechenden Effekte auf Klima und Luftqualität.

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