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Modelling root uptake processes in heterogeneous soils at the plant scale with a specific attention to biopores and rhizosphere impact on nutrient acquisition

The pattern of plant nutrient uptake in a soil profile is the result of complex processes occurring at the cellular or sub-cellular levels but affecting the whole-plant behaviour in function of the plant environment that varies strongly in time and space. The plant nutrient acquisition depends on root architecture and growth, on soil properties and heterogeneity, and on the 3-D distribution of nutrients and water. Equally important is how these parameters interact, as for instance how the nutrient distribution and soil properties and heterogeneity impact root growth or how nutrient and water limitation affect assimilate allocation. Mathematical modelling using a spatial resolution that resolves the spatial structure of the root structure and the nutrient and water distribution is therefore needed to quantitatively account for these complex and interacting processes and to predict plant nutrient uptake behaviour under environmental constraints. The main goal of the project is to build a modelling platform able to describe 3-D flow and transport processes in the soil to individual roots of an entire root system (WP1). Model parameters will be derived from specific experiments performed at the plant scale in the research group (WP3) and stored in a specific data warehouse (WP2). The impact of different parameters, which describe root growth and nutrient uptake at the single root scale, on nutrient uptake at the soil profile scale, will be investigated based on scenario analyses (WP4). Data on water and nutrient uptake and root growth from plant and field scale experiments will be compared with model predictions to validate the model. Simulations with the 3-D root scale model will be used to validate hypotheses and parameterizations of larger scale 1-D models that do not describe processes at the scale of individual roots (WP5 and SP10).

Brandverhalten von Lithium-Ionen-Batteriesystemen und Brand-Schutz, Wirkung der Schadgase auf Menschen, BALSAM: Brandverhalten von Lithium-Ionen-Batteriesystemen und Brand-Schutz, Wirkung der Schadgase auf Menschen

Verwendung der Präzisionsphänotypisierung und Hochdurchsatzgenotypisierung zur züchterischen Auswahl von autochthonen Hochlagenfichten, Teilvorhaben 3: Phänotypisierung von Hoch- und Tieflagenfichten in Altbeständen

Mit Hilfe der Präzisionsphänotypisierung und Hochdurchsatzsequenzierung sollen Nachkommenschaften schmalkroniger Hochlagenfichten und breitkroniger Tieflagenfichten unter kontrollierten Gewächshausbedingungen charakterisiert werden. Das Ziel ist die Identifizierung von genetischen und phänotypischen Zeigermerkmalen zur Früherkennung und züchterischen Auswahl von autochthonen und anpassungsfähigen Hochlagenfichten für den Fichten-Provenienzwechsel im Thüringer Wald. Weiterhin soll, basierend auf vergleichenden morphologischen Messungen an adulten Fichten unterschiedlicher Herkünfte (Hochlagen und Tieflagen), ein parametrisierbares 3D-Modell der Verzweigungsarchitektur und Benadelung entwickelt werden. Dieses soll die Grundlage bilden für biomechanische Simulationen zur Stabilität der Krone unter Wind- und/oder Schneebelastung. Durch Modellexperimente soll so die Hypothese geprüft werden, dass der Hochlagen-Phänotyp besser an diese Lasten adaptiert ist. In dem FNR-geförderten Vorgängerprojekt 'Verwendung moderner SNP-Technologie zur Identifikation und Auswahl von Frost- und schneeharten Bergfichten zur Begründung stabiler und ertragreicher Fichtenbestände im Rahmen des Fichten-Provenienzwechsels im Thüringer Wald' (06/2016 - 06/2020, Referenznummer: 22023814) wurden basierend auf genetischen Untersuchungen und der phänotypischen Ansprache im Bestand Elternbäume der Hochlagenfichte im Vorkommen der Schloßbergfichten in Thüringen und in drei zusätzlichen Vorkommen identifiziert (Caré et al., 2020a; Caré et al., 2020b; Caré et al., 2018). Das TV3 konzentriert sich innerhalb des Verbundvorhabens auf detaillierte phänotypische und phänologische Aufnahmen in Altbeständen (Hochlage, Tieflage), die Identifizierung von Zeigermerkmalen, die zwischen den Nachkommen der Hochlagen- und Tieflagenprovenienzen unterscheiden sowie Anlage von 2 bis 3 Generhaltungsbeständen basierend auf der genetischen und phänotypischen Charakterisierung der Sämlinge.

UVC-Luftentkeimung in Innenräumen, Teilvorhaben: Virologie unter UVC: Quantifizierung, Molekularbiologische Charakterisierung und Isolation replikationsfähiger Viren

Verockerung geotextiler Filter in Deckwerken an Bundeswasserstraßen

Mittels Modellversuchen soll das Phänomen der Verockerung von geotextilen Filtern und Kornfiltern untersucht werden, um Abhängigkeiten der Verockerungsgefahr vom Grundwasserchemismus zu untersuchen und evtl. Konstruktionshinweise für verockerungsresistente Geotextilien oder entsprechende Bauweisen zu finden. Aufgabenstellung und Ziel Das Phänomen der Verockerung von geotextilen Filtern und Kornfiltern an Bundeswasserstraßen sollte mit Modellversuchen untersucht werden, um Abhängigkeiten der Verockerungsgefahr vom Grundwasserchemismus herauszuarbeiten und evtl. Konstruktionshinweise für verockerungsresistente Geotextilien bzw. Deckwerke zu finden. Parallel dazu erfolgte an Wasserstraßen mit bekannter Verockerungsgefahr eine Analyse der Milieubedingungen, u. a. die chemische und biologische Analyse des Grundwassers und der Filter. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Filter gewährleisten in ungedichteten Wasserstraßen einen Druckaustausch zwischen Grundwasser und Gewässer bei gleichzeitiger Verhinderung eines Bodenaustrages in die Deckschicht bzw. in das Gewässer bei hydraulischen Belastungen durch Strömungen und Wellen infolge Schiffsvorbeifahrt. Vor allem in tidebeeinflussten Wasserstraßen (Ems, Weser) gab es Probleme infolge Verockerung der geotextilen Filter, die zu einer deutlichen Verringerung der Durchlässigkeit der Filtervliese und dadurch zu Blasenbildung (Titelbild) und Behinderungen der Schifffahrt (Verwickeln in Schiffsschrauben) führten. Unter anderem deshalb erfolgte ein teilweiser Ersatzneubau der Deckwerke an der Tideems unter Einsatz von Kornfiltern. Die alternative Bauweise mit Kornfiltern ist deutlich unwirtschaftlicher als die Verlegung von geotextilen Filtern. Die Verbesserung des Verständnisses der Verockerung von Filtern liefert damit einen wichtigen Beitrag für die Weiterentwicklung dauerhafter Deckwerksbauweisen. Untersuchungsmethoden Die Bearbeitung des Themas erfolgte im Rahmen eines Forschungsverbundes der BAW mit der FH Münster und der RWTH Aachen. Dafür wurden folgende Arbeitsschritte abgearbeitet: - Literaturrecherche, Methodenentwicklung und Untersuchung von Insitu-Prozessen - Bestimmung und Qualifizierung der maßgeblichen Verockerungsparameter und Einflüsse - Planung der physikalischen Modellversuche - Versuche zur Entstehung und Wirkung von Verockerungsprodukten an geotextilen Filtern - Versuche zur Entstehung und Wirkung von Verockerungsprodukten an mineralischen Filtern - Untersuchung von Maßnahmen zur Reduktion der Verockerung - Erarbeitung einer Handlungsempfehlung

Optimierung der Gruenrestekompostierung in Berlin - Phase 2: Modellversuch und wissenschaftliche Begleitung

Die Kompostierung von Pflanzenabfaellen in den Berliner Bezirken kommt aufgrund der zunehmenden Flaechenkonkurrenz innerhalb des Stadtgebietes immer mehr in Bedraengnis. Zudem zeigt sich, dass die Kompostierung aufgrund fehlender Mittel und Kenntnisse meist nicht sehr effektiv durchgefuehrt wird. Mit Hilfe eines Forschungsvorhabens war zu klaeren, wie die bezirkliche Gruenrestekompostierung auch langfristig als wichtige Abfallvermeidungsmassnahme sichergestellt werden kann. Grundidee war die Verringerung des Flaechenbedarfs durch eine Optimierung des Rotteprozesses unter praxisnahen und kostenguenstigen Bedingungen. Die Ergebnisse zeigen, dass mit geringem organisatorischen und betrieblichen Aufwand bereits sehr gute Ergebnisse in dieser Hinsicht erzielt werden koennen. Durch eine gemeinsame Ausschreibung von Dienstleistungen werden zudem die anfallenden Betriebskosten reduziert.

Einfluss benachbarter Küstensysteme auf die Erosion von Dünen Systemen (MoDECS)

Küstendünen haben hohe ökonomische Werte und ökologische Funktionen und bieten einen natürlichen Küstenschutz gegen die See, besonders bei Stürmen. Im Unterschied zu Strand-Dünen Systemen an ausgedehnten gleichmäßigen Küsten führen benachbarte Elemente der Küstenmorphologie (Ebbdeltas, Tiderinnen) zu einer komplexen morphologischen Reaktion der Dünen auf veränderte Randbedingungen. Im Rahmen des Projekts sollen die Auswirkungen von Stürmen auf drei unterschiedliche Dünensysteme untersucht werden: 1) Isolierte Dünensysteme (IDS), 2) Barriere Insel Dünensystem (BDS) und 3) Ästuarine Dünensysteme (EDS). Ein neuartiger Ansatz verwendet eine schematisierte Darstellung der exemplarischen Dünensysteme von Hütelmoor (IDS), Norderney (BDS) in Deutschland und der Sefton-Küste (EDS) in Großbritannien, die durch unterschiedliche Exposition und Energieeintrag auszeichnen (Gezeitenbereich, Wellenhöhe). Numerische Modellexperimente mit XBeach-, Delft3D- und SWAN-Modellen werden mit unterschiedlichen Schematisierungen mit zunehmender Komplexität der Dünensysteme durchgeführt. Im ersten Jahr des Projekts wird zunächst eine morphodynamisch relevante Sturmdefinition für die numerischen Experimente erstellt und zur Festlegung der zuvor eingetretenen Sturmereignisse an den drei Dünensystemen eingesetzt. Dann werden Strandprofile modelliert und analysiert, um die Erosionsempfindlichkeit auf die topographischen Parameter wie Dünenneigung und Dünenbreite zu untersuchen. Im zweiten Jahr werden flächenhafte Simulationen durchgeführt, um die Auswirkung von Stürmen und den Einfluss der erwähnten morphologischen Elemente zu untersuchen. Im dritten Jahr wird ein Modell eines BDS für langperiodische (dekadische) Simulationen entwickelt. Dieses wird dann für die Auswirkungen von zwei Klimawandel-Szenarien (Meeresspiegelanstieg und Sturmhäufigkeit) auf die Erosion an den Dünen zu untersuchen. Die Forschungsergebnisse werden über Zeitschriftenartikel (Climatic Change) und Tagungsberichte veröffentlicht.Die Dauer des Projekts beträgt 3 Jahre und es soll am Zentrum für Marine Umweltwissenschaften (MARUM) der Universität Bremen durchgeführt werden. Die Forschung wird in enger Zusammenarbeit mit internen und externen Kollegen durchgeführt (MARUM: Bremen, NOC: Liverpool, UNESCO-IHE: Delft, IOW: Warnemünde und CRS: Norderney). Zusätzlich sollen jährliche Treffen mit Experten einberufen werden, um Erkenntnisse zu diskutieren und Feedback zu erhalten.

Modellversuch Hochwasserrückhaltebecken Bärenstein

Im Rahmen des Hochwasserschutzkonzeptes Nr. 5 (Verbesserung des Hochwasserschutzniveaus im Müglitztal) beabsichtigt der Betrieb Oberes Elbtal der Landestalsperrenverwaltung des Freistaates Sachsen die Errichtung eines ökologisch durchgängigen Hochwasserrückhaltebeckens (HRB). Im Osterzgebirge, ungefähr 5,0 km südlich der Ortslage Glashütte, wird dazu ein begrünter Steinschüttdamm mit Asphaltkerndichtung geplant, welcher die Biela im Hochwasserfall noch oberhalb der Mündung in die Müglitz stauen soll. Im Modellversuch sollen zwei Anlagenteile auf ihre hydraulische Leistungs- und Funktionsfähigkeit getestet werden, der Gewässerdurchlass sowie die Hochwasserentlastungsanlage (HWE). Zur Durchleitung der Biela dient ein (b x h) 4,0 x 4,5 m, mit natürlichem Sohlsubstrat versehener Durchlass, der im Hochwasserfall verschlossen werden kann. Während eines Hochwasserereignisses wird stattdessen das Wasser über eine Bypassleitung mit integrierter Gegenstromtoskammer in Dammmitte abgeführt und über ein Wehr wieder in den Gewässerdurchlass eingeleitet. Der Abfluss der Bypassleitung wird über zwei parallel angeordnete Betriebsschützen geregelt. Im Modellversuch (Teilmodell 1) wird die im Damminneren angeordnete Gegenstromtoskammer im Maßstab 1:12 nachgebildet, untersucht und optimiert. Das Teilmodell 2 ist eine im Maßstab 1:20 verkleinerte Nachbildung der geplanten HWE, einer einseitig angeströmten Hangseitenentlastung, bestehend aus dem Einlaufbauwerk, der Sammel-, Übergangs- und Schussrinne, dem räumlichen Tosbecken sowie dem Unterwasserbereich.

Entwicklung einer umfassenden Methodik zur Integration von Flettnerrotoren auf verschiedenen Schiffstypen, Vorhaben: Entwicklung und Validierung neuer Flettnerrotor-Analysesysteme und -steuerungen (FlettnerControl)

Der Einfluss von Cadmiumzulagen auf Mastleistung und Cadmiumrueckstaende in Geweben bei wachsenden Schweinen

In der Bundesrepublik Deutschland sollen fuer Lebensmittel tierischer Herkunft Hoechstgehalte fuer Cadmium festgelegt werden. Da z.Zt. nicht bekannt ist, wie hoch der Uebergang von Cadmium aus Futtermitteln in tierische Gewebe ist, wird folgendes Experiment durchgefuehrt: In einem Schweinemastversuch erhalten 100 Tiere zu einer Gersten-Sojaration unterschiedliche Zulagen von Cadmiumchlorid. In diesem Versuch soll nach dem Modell einer Dosiswirkungskurve der Zusammenhang zwischen Futterrationen mit unterschiedlichen Cadmiumkonzentrationen und den Cadmiumgehalten in den wichtigsten Geweben des Mastschweines geprueft werden. Die Versuchsergebnisse sollen Hinweise dafuer geben, welche Cadmiumkonzentrationen in Futtermitteln fuer Schweine geduldet werden koennen.

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