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s/market/Marker/gi

Züchtung von Apfelsorten mit Resistenz gegenüber Klima-bedingtem Stress, Teilprojekt A

Die deutsche Apfelproduktion steht vor einer Vielzahl an Herausforderungen. Nachhaltige Produktion oder auch Ökologisierung der Landwirtschaft und Resilienz gegenüber Auswirkungen des Klimawandels sind nur einige der Forderungen, denen sich die Produzenten neben der wachsenden internationalen Konkurrenz am Markt stellen müssen. Um diesen Forderungen gerecht zu werden und in Deutschland alle Kräfte zu fördern, die sich mit Apfelzüchtung befassen, wird ein Verbund aus institutionellen Züchtern und vielen der derzeit existierenden privaten Züchtungsinitiativen, der Fachgruppe Obstbau im Bundesausschuss Obst und Gemüse und der Fördergemeinschaft Ökologischer Obstbau e.V. (FOEKO) angestrebt, der sich den Herausforderungen gemeinsam stellen will. Dieser Verbund setzt sich als erstes Ziel die Realisierung des Projektes ApRésKlimaStress. In ApRésKlimaStress sollen durch phänotypische Evaluierungen und die Genotypisierung genetischer Ressourcen bei Apfel neue Quellen für Mehltau- und Schorfresistenz identifiziert werden, da nur wenig Resistenzen zur Verfügung stehen, die noch nicht gebrochen sind. Für die Bekämpfung dieser klimarelevanten Schaderreger sind im Erwerbsobstbau bis zu 20 Pflanzenschutzmittelbehandlungen pro Saison notwendig, was den ökologischen Fußabdruck der Produktion deutlich erhöht. Die Züchtung von Sorten mit pyramidisierten Resistenzen gegenüber beiden Schaderregern auch unter Nutzung kolumnarer Apfelsorten, die eine erhöhte Resilienz gegenüber Trockenstress ermöglichen, wird als Möglichkeit gesehen den oben genannten Herausforderungen zu begegnen. Als weitere Resistenzquelle wird auch die Nichtwirtsresistenz von Apfel/Birnenhybriden evaluiert. Ziel ist die Entwicklung von kostengünstigen und einfach umsetzbaren molekularen Markers: KASP-Assays, die von allen Partnern unabhängig, je nach der eigenen Züchtungsstrategie kombiniert und genutzt werden können. Die Umsetzung der Analysen kann dann bei unabhängigen Anbietern beauftragt werden.

Bewertung der physiologischen Plastizität und genetischen Variabilität der Kiefer (Pinus sylvestris L.) an ihrer westlichen Verbreitungsgrenze unter den Bedingungen des Klimawandels, Teilvorhaben 1: Bewertung der physiologischen Variabilität auf der Grundlage von Biomarkern

Deammonifikation in Biofilmen zur biologischen Abwasserreinigung

Der neue biologische Prozess der Deammonifikation soll in seiner verfahrenstechnischen Umsetzung zur Reinigung hoch stickstoffbelasteter Abwässer mit niedrigem C:N-Verhältnis grundlegend untersucht werden. Durch die gezielte Kombination von aerober Nitritation und anaerober Ammoniumoxidation in einem Biofilm ist eine vollständige, rein autotrophe N-Elimination aus problematischen Abwässern in einem Verfahrensschritt möglich. An einer Versuchsanlage nach dem Moving-bed Verfahren sollen Einflussfaktoren definiert werden, die sich auf Entwicklung und Umsatzleistungen eines solchen Biofilms auswirken. Für eine genaue Charakterisierung der Prozesse innerhalb des Biofilms und des Zusammenhangs zwischen Biofilmstruktur und -funktion sollen neue in situ-Techniken mit erprobten Methoden verknüpft werden. Selektive Hemmstoffe und 15N-Tracer zur Bilanzierung der Umsetzungen, fluoreszente in situ-Hybridisierung (FISH) mit konfokaler Laser-Scanning-Mikroskopie (CLSM) zur Identifizierung und Lokalisierung der Organismen und konfokale Ramanmikroskopie zur nichtinvasiven Messung der Stickstoffprofile in verschiedenen Biofilmtiefen. Neben der Klärung des Zusammenwirkens verschiedener Organismengruppen können die Umsatzleistungen in Abhängigkeit praxisrelevanter Betriebsparameter beschrieben und Steuerungsmöglichkeiten für den Prozess abgeleitet werden.

Mikroplastik als Indikator zur Beurteilung der Interaktion OW-GW

Beurteilung und Bewertung der Interaktion von Oberflächenwasser (OW) und Grundwasser (GW) an Bundeswasserstraßen Mikroplastik soll als Indikator zur Beurteilung der Interaktion OW-GW untersucht und bewertet werden. Im Rahmen des Kooperationsvorhabens mit der Universität Potsdam und der BfG sind sowohl abklärende Laborversuche als auch Feldversuche vorgesehen. Aufgabenstellung und Ziel Kunststoffe haben heute vielfältige Einsatzbereiche in unserer Lebensumwelt und sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Mikroplastikpartikel (MPP) stellen einen neuartigen Umweltschadstoff dar, der ubiquitär in allen Umweltbereichen vorkommt. Bisher ist nur sehr wenig über das Umweltverhalten von MPP bekannt, das gesellschaftliche, wissenschaftliche und politische Interesse nimmt jedoch stetig zu. Die hohe Persistenz in der Umwelt stellt zwar eine große Herausforderung für die Reduktion dar, bietet aber gleichzeitig die Möglichkeit, MPP als künstlichen ubiquitären Tracer einzusetzen. Die Wechselwirkung zwischen Oberflächenwasser (OW) und Grundwasser (GW) wird neben den räumlich und zeitlich variablen hydrologischen Randbedingungen maßgeblich durch die geomorphologischen, geologischen und hydrogeologischen Eigenschaften der Gewässersohle bestimmt. Insbesondere die Verringerung der Durchlässigkeit in der Gewässersohle durch Kolmationsprozesse (z. B. Infiltration von Feinmaterial) gilt hierbei als Schlüsselgröße. Ein eindeutiger Nachweis einer dauerhaften Sohlenverdichtung an Bundeswasserstraßen konnte bisher jedoch nicht erbracht werden. Die besonderen Randbedingungen an Bundeswasserstraßen (u. a. Umlagerungs- und Durchmischungsvorgänge) können mit den geohydraulischen Standarduntersuchungsmethoden nicht ausreichend erfasst werden. Die an der BAW weiterentwickelte Gefrierkernmethodik ermöglicht eine räumlich hoch aufgelöste geohydraulische Charakterisierung (Strasser et al. 2015). Durch die ergänzende Messung der MPP-Verteilung im Sediment ist es möglich, Rückschlüsse auf die komplexen hydromorphologischen Prozesse im Gewässerbett während der letzten Jahrzehnte zu ziehen und in die geohydraulische Bewertung einzubeziehen. Ziel des FuE-Vorhabens ist es, aus der MPP-Tiefenverteilung Rückschlüsse auf die Austauschprozesse und die Hydrodynamik in der Gewässersohle von Bundeswasserstraßen zu ziehen und zukünftig die vorhabensbedingten Auswirkungen von wasserbaulichen Unterhaltungs-, Ausbau- und Renaturierungsmaßnahmen besser bewerten und prognostizieren zu können. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Die OW-GW-Interaktion an Bundeswasserstraßen kann durch Unterhaltungs-, Ausbau- und Renaturierungsmaßnahmen erheblich verändert werden. Die Auswirkungen der wasserbaulichen Maßnahmen auf die Gewässersohle und die Grundwasserverhältnisse können mit den vorhandenen Standardverfahren nicht hinreichend genau erfasst werden. Im Rahmen des FuE-Vorhabens soll ein vergleichsweise einfaches und kostengünstiges Prognose- und Bewertungsinstrument zur Erfassung der geohydraulischen Ausgangsbedingungen an der Gewässersohle entwickelt werden. Damit sollen die Einflüsse von wasserbaulichen Ausbau- und Unterhaltungsmaßnahmen auf den Wasser- und Stoffaustausch über die Gewässersohle und das Ufer besser untersucht und bewertet werden können. Dadurch können Konfliktpotenziale und wasserwirtschaftliche Anforderungen besser erkannt und ggf. reduziert werden. Darüber hinaus kann die Planungssicherheit von WSV-Projekten verbessert werden, was mit relevanten Zeit- und Kostenvorteilen verbunden ist.

Grundlagen des kolloidalen Stofftransports in der biologischen Abwasserreinigung

Ziel des Projektes ist die Charakterisierung von Kolloiden (dp = 0.001-1 mym) in biologischen Kläranlagen. Es existieren derzeit kaum Erkenntnisse über die kolloiden Frachten in solchen Anlagen und deren Einfluß auf die Reinigungsleistung. Neben einer elementanalytischen Bilanzierung der räumlichen und zeitlichen Varianz der Kolloidkonzentration in technischen Anlagen und Identifizierung von spezfischen Partikelquellen über größenselektive elementare 'Fingerabdrücke' sollen Erkenntnisse über den Verbleib und die chemische und strukturelle Modifikation von Kolloiden durch Wechselwirkung mit Biofilmen gewonnen werden. Die Bilanzierung basiert methodisch auf der induktiv-gekoppelten Plasmamassenspektrometie (ICP-MS). Der Eintrag der Kolloide in das ICP-MS erfolgt entweder durch Kopplung mit einer asymmetrischen Fluß-Feldflußfraktionierung (AF4), die eine vorherige größenselektive Auftrennung erlaubt, oder durch Laserablation von Membranfiltern nach einer mehrstufigen Ultrafiltration. In einem weiteren Schritt soll mit natürlichen (d.h. Kolloiden, die spezifischen Quellen zugeordnet werden können) bzw. künstlichen Tracerkolloiden die Dynamik von makroskopischen kolloidalen Transportvorgängen in techenischen Anlagen bzw. die mikroskopische Wechselwirkung mit Biofilmen in einem Laborfließsystem untersucht werden.

Ressortforschungsplan 2023, Mikroplastik in der Außenluft: Erfassung, Quantifizierung, Identifizierung und Quellen von luftgetragenem Mikroplastik

Mikroplastik (Partikel im µm Bereich) entsteht durch verschiedenste Prozesse, insbesondere jedoch durch Abrieb und Erosion von Plastik. Dabei ist ein Eintrag über den Wasser- und Bodenpfad mittlerweile unbestritten. Jedoch weiterhin ungeklärt ist der tatsächliche Eintrag über den Luftpfad. Zwar belegen Studien das Vorkommen von Mikroplastik an weitentfernten Orten und lassen auch den Schluss eines zumindest teilweisen Transportes über die Luft zu, aber wie hoch dieser Beitrag tatsächlich ist bleibt zurzeit ungeklärt. Darüber hinaus spielt die Identifikation der Polymere und somit die Erfassung der Quellbeiträge eine entscheidende Rolle. Ziel des Projektes ist es den luftgetragenen Eintrag von Mikroplastik und deren Quellen an Hintergrundstationen des Luftmessnetzes zu bestimmen. Dafür sollen an ausgewählten Messstationen des Luftmessnetzes des Umweltbundesamts (UBA) plastikfreie Niederschlagssammler sowie Vorrichtungen zur Feinstaubprobenahme installiert und über den Projektzeitraum repräsentativ PM10 Feinstaub- und Niederschlagsproben gesammelt und deren chemische Zusammensetzung analysiert werden. Zusätzlich sind Analysen von Niederschlagsproben zu Vergleichszwecken vorzusehen. In der Studie soll zudem die Ergebnisse statistisch (deskriptiv und beurteilend) ausgewertet und eine mögliche Quellenidentifikation über die Inhaltsstoffe erarbeitet werden.

Nutzung von Radiotelemetrie-Tracern am Oberrhein - Machbarkeit, Voruntersuchungen und Konzeption einer Tracerstudie

Untersuchungen zur Geschiebedynamik mithilfe von Radiotelemetrie- und RFID-Tracern Die BAW strebt in Kooperation mit der Universität für Bodenkultur Wien die Nutzung von Radiotelemetrie-Tracern am Oberrhein an. Die Tracer sollen Informationen über die Geschiebedynamik (u.a. Transportbeginn, Transportweiten/-geschwindigkeiten) in Abhängigkeit von verschiedenen hydrologischen Bedingungen liefern. Aufgabenstellung und Ziel Der Oberrhein ist aufgrund von Laufverkürzungen und Staustufenbau anthropogen hochgradig überprägt. Unterhalb der Staustufe Iffezheim erfordert Geschiebeknappheit eine dauerhafte Sedimentzugabe, die zusätzlich zur Komplexität der morphologischen Prozesse beiträgt. Heterogene Sohllagenentwicklungen und sich lokal ausprägende Anlandungen und Kolke machen ein aufwändiges Geschiebemanagement notwendig (BAW 2010; BfG 2010). Trotz des stetig wachsenden Systemverständnisses verbleiben jedoch Kenntnislücken zur Geschiebedynamik, die es mit Blick auf verkehrliche, ökologische und wasserwirtschaftliche Maßnahmen in der Strecke zu schließen gilt. Auf Höhe des Lorcher Werths am Mittelrhein findet Geschiebetrieb hauptsächlich im Hauptarm des Rheins statt. Dieser Bereich stellt einen verkehrlichen Engpass dar (BAW 2022), dessen Ursachen es besser zu verstehen gilt. Zusätzlich muss die Wirkung der zur Engpassbeseitigung umzusetzenden Maßnahmen gut dokumentiert sein. Geschiebedynamik-Untersuchungen im Haupt- und Nebenarm können hier einen wertvollen Beitrag leisten. Ziel dieses FuE-Vorhabens ist es, mit innovativen Verfahren gegenüber konventionellen Methoden weiter reichende Informationen über die Geschiebetransportprozesse im Ober- und Mittelrhein zu erlangen. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Durch den Einsatz von Radiotelemetrie-Tracern können zeitlich wie räumlich hoch aufgelöste Erkenntnisse zur abflussabhängigen Grobkiesdynamik gewonnen werden. Dies ist sowohl im Bereich der Geschiebezugabe Iffezheim als auch lokal, z. B. in Anlandungs- und Erosionsbereichen und in anderen Strecken möglich. Ergänzend zu bestehenden Monitoring-Maßnahmen bieten die gewonnenen Erkenntnisse eine fundierte Grundlage für die zukünftige Erarbeitung und Weiterentwicklung von Geschiebezugabe- und Geschiebemanagement-Strategien, die Überprüfung von Sohlstabiliserungsmaßnahmen sowie die Planung von verschiedenen flussregelnden Maßnahmen. Sie tragen somit zur Gewährleistung der Sicherheit und Leichtigkeit der Schifffahrt bei. Mittelfristig ist die Nutzung der Tracer auch außerhalb des Rheingebiets denkbar. Radiofrequenz-Identifikations-Tracer (RFID) können zeitlich hoch aufgelöste Erkenntnisse zur abflussabhängigen Mittel- und Grobkiesdynamik in Nebenarmen liefern. Am Lorcher Werth soll ihr Einsatz den Ist-Zustand dokumentieren, um eine Bewertung der Wirkung von Maßnahmen zur Engpassbeseitigung zu ermöglichen. Ihre Anwendung ist zudem für morphodynamische Fragestellungen bei zukünftigen ökologisch orientierten Seitengewässeranbindungen denkbar. Untersuchungsmethoden Radiotelemetrie-Geschiebetracer sind künstlich gefertigte Tracersteine (Liedermann et al. 2013). Um einen Sender im Kern wird mit Zwei-Komponenten-Knetmasse ein künstlicher, natürlich geformter Stein modelliert (Bild 1). Die Beigabe von Bleikügelchen gewährleistet eine natürliche Dichte des Tracers. Nach Ausbringung der Tracer auf die Flusssohle erfolgt die bootsgestützte Suche mittels Richtantenne von der Wasseroberfläche aus. Die Tracer sind z. T. über ihre Sendefrequenz und v. a. über IDs unterscheidbar und können je nach Sendergröße und entsprechend gewählten Einstellungen mehrere Jahre aktiv bleiben. Gemeinsam mit der Universität für Bodenkultur Wien (BOKU) wurden die Sender eines Herstellers und die bewährte Tracer-Bauvariante sowie die Detektiermethodik im Oberrhein getestet und anschließend für diesen optimiert. Die optimierte Variante wurde dann in Rinnen- und Naturversuchen überprüft. (Text gekürzt)

Umsetzung der Produktverantwortung durch Kreislaufschließung bei Geokunststoffen, Teilvorhaben 4: NIR/VIS Technik und Tracer zur Kreislaufschließung bei GEOK

C-Umsatz und C-Festlegung im Boden unter Miscanthus x gigantheus mit Hilfe natürlicher 13C-Abundanz

Angesichts der durch steigende Kohlendioxid (CO2)- Konzentrationen bedingten Klimaerwärmung wird nach Möglichkeiten gesucht, CO2 unter anderem in terrestrischen Senken für längere Zeiträume festzulegen. Am Beispiel von Miscanthus x giganteus (Greef et Deu.) wurde untersucht, ob durch den Anbau von nachwachsenden Rohstoffen eine Kohlenstoff (C)- Festlegung in Böden unterschiedlicher Textur möglich ist. Zu diesem Zweck wird die Methode der natürlichen 13C-Abundanz angewandt. Mit dieser modernen Methode können C-Umsatzzeiten des Gesamtkohlenstoffs im Boden sowie seiner verschieden Pools abgeschätzt werden, aber auch die C-Dynamik auf molekularer Basis durch komponentenspezifische O13C Lipidanalysen untersucht werden. Die Untersuchungen zeigten, dass die unter Miscanthus ermittelten C-Verweilzeiten nur geringfügig länger sind als diejenigen unter Mais. Die jährliche Festlegung von miscanthusbürtigem C in der organischen Bodensubstanz (OBS) bestätigt nur für lehmigen Boden eine höhere C-Sequestrierung von Miscanthus. Es wurde eine vergleichbare C-Akkumulation durch den Miscanthusanbau wie in Grünlandböden festgestellt. Ebenso zeigen Inkubationsexperimente im Miscanthusboden eine ähnliche kumulative CO2-Freisetzung wie in Böden unter Grünland mit einer Tendenz zu geringfügig niedrigeren Freisetzungsraten im Miscanthusboden, Die Anteile von miscanthusbürtigem C am freigesetzten CO2 sind ähnlich wie in Versuchen mit Mais. Es lässt sich eine schnellere Umsetzung des miscanthusbürtigen C in der mikrobiellen Biomasse als leicht umsetzbarer C-Fraktion bestätigen. Die Zugabe leicht verfügbarer organischer Substanzen bewirkte eine verstärkte Mineralisierung der OBS, wobei dieser zusätzlich freigesetzte C entgegen den Erwartungen aus der alten, C3 bürtigen OBS Fraktion stammte. In 13C- Markierungsexperimenten konnte in Miscanthus, Mais, Weizen und Roggen die Verlagerung des kürzlich assimilierten CO2 in Pflanzenteilen verfolgt werden. Eine Verlagerung in den Boden fand hierbei kaum statt. Die O13C-Werte aus den komponentenspezifischen O13C- Lipidanalysen sind vielversprechend für die Diagnose von molekularen Markern und die daraus erfolgende Bestimmung der Umsatzraten. An den CO2- Konzentrationen der Bodenluft und der Herkunft des CO2 konnte der besondere Vegetationszyklus (später Wachstumsbeginn, verzögertes Wurzelwachstum) von Miscanthus wiedergespiegelt werden.

Biopores in the subsoil: Formation, nutrient turnover and effects on crops with distinct rooting systems (BioFoNT)

Perennial fodder cropping potentially increases subsoil biopore density by formation of extensive root systems and temporary soil rest. We will quantify root length density, earthworm abundance and biopore size classes after Medicago sativa, Cichorium intybus and Festuca arundinacea grown for 1, 2 and 3 years respectively in the applied research unit's Central Field Trial (CeFiT) which is established and maintained by our working group. Shoot parameters including transpiration, gas exchange and chlorophyll fluorescence will frequently be recorded. Precrop effects on oilseed rape and cereals will be quantified with regard to crop yield, nutrient transfer and H2-release. The soil associated with biopores (i.e. the driloshpere) is generally rich in nutrients as compared to the bulk soil and is therefore supposed to be a potential hot spot for nutrient acquisition. However, contact areas between roots and the pore wall have been reported to be low. It is still unclear to which extent the nutrients present in the drilosphere are used and which potential relevance subsoil biopores may have for the nutrient supply of crops. We will use a flexible videoscope to determine the root-soil contact in biopores. Nitrogen input into the drilosphere by earthworms and potential re-uptake of nitrogen from the drilosphere by subsequent crops with different rooting systems (oilseed rape vs. cereals) will be quantified using 15N as a tracer.

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