In aquatischen Ökosystemen ist der Nährstoffkreislauf eine entscheidende Ökosystemfunktion. Sowohl Stickstoff (N) als auch Phosphor (P) sind essentielle Nährstoffe für aquatische Lebensformen, doch im Übermaß verursachen Stickstoff und Phosphor Eutrophierung. Eutrophierung ist eine globale Beeinträchtigung des Ökosystems, bei der ein Überschuss an Nährstoffen die Struktur und Funktion von Süßwasserökosystemen verändert. Die wichtigsten Auswirkungen der Eutrophierung sind eine übermäßige Zunahme der Algenbiomasse und -produktivität, eine Beeinträchtigung der physikalisch-chemischen Wasserqualität (d. h. Zunahme von Farbe, Geruch und Trübung), anoxische Gewässer, Fischsterben und Einschränkungen der Wassernutzung für Erholungszwecke. Die Eutrophierung ist seit den späten 1980er Jahren in ganz Europa als erhebliches Umweltproblem erkannt worden und stellt auch heute noch eine Herausforderung dar. Um ein gesundes Ökosystem zu erhalten, sollte der Phosphorgehalt im Wasser kontrolliert werden. Phosphor wird nicht vollständig aus dem aquatischen Ökosystem entfernt, sondern von einem Kompartiment (d. h. Wasser) in ein anderes (d. h. Flussbettsubstrate und/oder Biota) immobilisiert. Bei dieser P-Immobilisierung spielen mikrobielle Biofilme eine Schlüsselrolle, indem sie gelösten Phosphor aus dem Wasser einschließen. Dieser Einschluss kann in zwei verschiedenen Pools erfolgen (d. h. intrazellulär oder extrazellulär). Das Wissen über die biologischen Mechanismen des Biofilm-P-Einschlusses in aquatischen Ökosystemen ist jedoch nach wie vor begrenzt. Außerdem kann die Fähigkeit von Biofilmen, P einzuschließen, von ihren Stoffwechselprofilen abhängen. Genauer gesagt bestimmt der C-bezogene Stoffwechsel die Fähigkeit von Biofilmen, organische Verbindungen zu mineralisieren und für ihr Wachstum zu nutzen, und der P-bezogene Stoffwechsel ist mit ihrer Fähigkeit verbunden, verschiedene P-Quellen aufzunehmen. Aus diesem Grund erwarte ich, dass die Fähigkeit aquatischer Ökosysteme, P aus aquatischen Ökosystemen aufzunehmen, von der Struktur und Aktivität der Biofilme abhängt. Das Hauptziel dieses Projekts ist es, zu verstehen, wie Energiequellen in Flussökosystemen die Wege der P-Einlagerung innerhalb von Biofilmen beeinflussen. Insbesondere soll (i) geklärt werden, wie die Kombination von autotrophen und heterotrophen Energiequellen (d. h., (ii) die Auswirkung autotropher und heterotropher Energiequellen auf den C- und P-Stoffwechsel in Biofilmen und ihre Verbindung zu den P-Einlagerungspools zu testen und (iii) die Muster der intrazellulären P- und extrazellulären P-Einlagerungswege in Biofilmen und die Stoffwechselprofile mit den Längsgradienten des Lichts und der Qualität des gelösten Sauerstoffs in Flussökosystemen zu verknüpfen.
Der sogenannte S-Wert ist ein Kennwert zur Bewertung des Bodens als Bestandteil des Nährstoffhaltes und wird über die Nährstoffverfügbarkeit bewertet. Der S-Wert ist die Menge an Nährstoffen (Kationen, nicht z. B. Nitrat), die ein Boden austauschbar an Ton-, Humusteilchen, Oxiden und Hydroxiden binden bzw. sorbieren kann (Kationenaustauschkapazität). Der S-Wert ist somit gut geeignet, die Nährstoffverfügbarkeit zu beschreiben. Ähnlich wie bei der Feldkapazität im effektiven Wurzelraum (FKwe) bedingen hohe Gehalte an Ton, Humus, sowie ein großer effektiver Wurzelraum einen hohen S-Wert und umgekehrt. Auch der pH-Wert hat einen großen Einfluss auf den S-Wert. Der pH-Wert kann in Abhängigkeit von der Nutzung in einem weiten Bereich schwanken. Je höher der S-Wert, desto mehr Nährstoffe kann der Boden an Austauschern binden. Nährstoffeinträge über Luft oder Düngung werden so vor einem Austrag mit dem Sickerwasser geschützt. Gleichzeitig wird dadurch eine gleichmäßigere Nährstoffversorgung der Pflanzen sichergestellt. Mit dem S-Wert wird eine natürliche Bodenfunktionen nach § 2 Abs. 2 BBodSchG bewertet und zwar nach Punkt 1.b) als Bestandteil des Naturhaushalts, insbesondere mit seinen Wasser- und Nährstoffkreisläufen. Das hierfür gewählte Kriterium ist die Nährstoffverfügbarkeit mit dem Kennwert S-Wert. Die Karten liegen für die folgenden Maßstabsebenen vor: - 1 : 1.000 - 10.000 für hochaufgelöste oder parzellenscharfe Planung, - 1 : 10.001 - 35.000 für Planungen auf Gemeindeebene, - 1 : 35.001 - 100.000 für Planungen in größeren Regionen, - 1 : 100.001 - 350.000 für landesweit differenzierte Planung, - 1 : 350.001 - 1000.000 für landesweite bis bundesweite Planung. In dieser Darstellung wird der S-Wert landesweit einheitlich klassifiziert. Unter dem Titel "Bodenbewertung - Nährstoffverfügbarkeit im effektiven Wurzelraum (SWE), regionalspezifisch bewertet" gibt es noch eine naturraumbezogene Klassifikation des S-Wertes, die den S-Wert regional differenzierter darstellt.
Die Sickerwasserrate ist ein Kennwert zur Bewertung des Bodens als Bestandteil des Wasserhaushaltes und beschreibt diejenige Wassermenge, die der Boden aufgrund seines beschränkten Wasserhaltevermögens nicht mehr halten kann und welche daher den Wurzelraum verlässt bzw. versickert (Grundwasserneubildung). Laterale Abflüsse (Drainage, Grabenentwässerung) werden an dieser Stelle nicht betrachtet. Sandige Böden können weniger Wasser halten als lehmige oder tonige Böden, so dass (unter sonst gleichen Bedingungen) die Sickerwasserrate unter sandigen Böden größer ist als unter lehmigen/tonigen Böden. In niederschlagsreichen Gebieten versickert mehr Wasser als in niederschlagsärmeren Gebieten. Mit der Sickerwasserrate wird eine natürliche Bodenfunktionen nach § 2 Abs. 2 BBodSchG bewertet und zwar nach Punkt 1.b) als Bestandteil des Naturhaushalts, insbesondere mit seinen Wasser- und Nährstoffkreisläufen. Das hierfür gewählte Kriterium sind die allgemeinen Wasserhaushaltsverhältnisse mit dem Kennwert Sickerwasserrate. Die Karten liegen für die folgenden Maßstabsebenen vor: - 1 : 1.000 - 10.000 für hochaufgelöste oder parzellenscharfe Planung, - 1 : 10.001 - 35.000 für Planungen auf Gemeindeebene, - 1 : 35.001 - 100.000 für Planungen in größeren Regionen, - 1 : 100.001 - 350.000 für landesweit differenzierte Planung, - 1 : 350.001 - 1000.000 für landesweite bis bundesweite Planung. In dieser Darstellung wird die Sickerwasserrate regionalspezifisch klassifiziert. Unter dem Titel "Bodenbewertung - Sickerwasserrate (SWR), landesweit bewertet" gibt es noch eine Klassifikation der Sickerwasserrate, die die Sickerwasserrate über die Naturraumgrenzen hinweg landesweit einheitlich darstellt.
Forscher testen entrindende Harvesterfällköpfe unter hiesigen Waldbedingungen. Die Hochschule Weihenstephan-Triesdorf (HSWT) und das Kuratorium für Waldarbeit und Forsttechnik (KWF) e.V. wollen kombinierte Fäll- und Entrindungsköpfe, die für die Plantagenwirtschaft mit Eucalyptus entwickelt wurden, unter mitteleuropäischen Waldverhältnissen testen und gegebenenfalls modifizieren. Würde die nährstoffreiche Rinde direkt am Ernteort im Wald verbleiben, hätte dies große Vorteile für den Wald. Das Vorhaben wird vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft über seinen Projektträger, die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR), gefördert. Auf geringer nährstoffversorgten Standorten kann die Stammholznutzung mit Rinde langfristig die Bodenfruchtbarkeit beeinträchtigen, dies limitiert die nachhaltig erntebaren Mengen. Eine Lösung wäre es, die Stämme gleich nach dem Fällen auf oder neben der Rückegasse zu entrinden. Auf diese Art würde man die Nährstoffe in natürlicher Form im Wald belassen. Daneben birgt diese Vorgehensweise weitere mögliche Vorteile: - Das Transportvolumen ließe sich verringern - Der Entrindungsprozess im Werk könnte entfallen - Aus Energieholzsortimenten könnten rindenfreie Premium-Holzbrennstoffe erzeugt werden, die bei der Verbrennung einen deutlich geringeren Aschenanteil haben und weniger Feinstaub freisetzen. - Forstschutzaspekte. Auf südafrikanischen und brasilianischen Plantagen haben sich Harvesterköpfe, die sowohl entasten als auch entrinden können, bereits bewährt. Im Vorhaben wollen die Forscher diese Technik unter mitteleuropäischen Verhältnissen erproben und gegebenenfalls anpassen. Die Versuche finden in Bayern und Niedersachsen mit verschiedenen Baumarten und Sortimenten statt. Dabei analysieren die Forscher neben den technischen auch die ökologischen und betriebswirtschaftlichen Aspekte. Unter anderem wird die HSWT Nährstoffbilanzen auf den Untersuchungsflächen erstellen. Über die Beteiligung von Partnern aus der Wirtschaft, darunter Sägewerke, Industrieholzabnehmer und Scheitholzproduzenten, soll der Ansatz mit einer größtmöglichen Praxisnähe entwickelt werden. Momentan verwerten Sägewerke die anfallende Rinde - allerdings mit relativ geringer Wertschöpfung - als Rindenmulch oder Brennstoff. Diese Nutzung könnte künftig zu Gunsten eines besseren Nährstoffkreislaufes geringer ausfallen. Ein Problem bei der Nutzung von entrindetem Holz gibt es bei längerer Lagerung im Wald, weil es dann zu Verfärbungen kommt. Dies könnte Einfluss auf die Vermarkt- und Verarbeitbarkeit haben. Bis zum Projektabschluss im August 2017 wird sich herausstellen, ob und zu welchem Grad diese Nachteile tatsächlich zutreffen und in welcher Relation sie zu den Vorteilen stehen. Informationen zum Projekt stehen auf http://www.fnr.de im Menü Projekte & Förderung unter den Förderkennzeichen 22013213 und 22012214 bereit.
Hintergrund: Dieses Projekt begleitet die Umgestaltung eines Fichtenwald-Reinbestandes im Nationalpark Eifel vom derzeitigen Ist-Zustand über eine Baumentnahme hin zu einem standortgerechten Laubmischwald. Der Stoffhaushalt (Kohlenstoff, Lösungsfracht, Schwebfracht, Bachgeschiebe und Wasser) sowie die ihn beeinflussenden Faktoren (Klima, Boden, Vegetation, Landnutzung) werden genauer untersucht. Erstmalig werden für dieses Gebiet im Rahmen dieses Projektes CO2-Kreisläufe quantifiziert und Maßnahmen zur Kohlenstoffreduktion beschrieben (durch das Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre - Institut 4: Agrosphäre (ICG-4)). Zudem sollen zu erwartende Veränderungen auf Stoff- und Wasserkreisläufe erfasst werden. Bestehende Datenlücken für die Mittelgebirge werden damit geschlossen (durch den Lehrstuhl für Physische Geographie und Geoökologie (PGG)). Fragestellungen: Aufgabe des Projektes wird sein, präzise Informationen zum Stoff- (u.a. Kohlendioxid, Nitrat, Phosphat, Ammonium) und Wasserkreislauf zu erhalten sowie die Bedeutung standortrelevanter Parameter (Klima, Boden, Vegetation, Landnutzung) bei der Entstehung eines standorttypischen Laubmischwaldes zu erfassen. Während der Umwandlung eines Fichtenreinbestandes zu einem Laubwald - mit Vergleichsuntersuchungen im Freiland (Wiese) - sollen verschiedene Stadien der Umwandlung untersucht werden. Die Ergebnisse werden neue und vor allem quantifizierbare Erkenntnisse zum CO2-Haushalt sowie zum Wasser- und Stoffkreislauf im Ökosystem Wald liefern; Grundbausteine für eine nachhaltige Landnutzung und der Reduzierung atmosphärischen CO2. Von der Arbeitsgruppe PGG und dem ICG-4 bearbeitete Fragestellungen: - Wie wirken sich Landnutzungsänderungen auf Stoff- und Wasserhaushalt aus? - Welche Auswirkungen hat der Klimawandel auf Wasser, Boden und Vegetation? - Wie wirken sich Rückkopplungsprozesse auf terrestrische Systeme aus? - Wie wirken sich großräumige Eingriffe aus? Ziele: Ziele des Lehrstuhls für Physische Geographie und Geoökologie sind insbesondere, in Kooperation mit dem ICG-4 Veränderungen des Kohlenstoff- und Wasserhaushaltes sowie der Nährstoffkreisläufe in Erwartung des absehbaren Klimawandels und der Maßnahmen zur CO2-Reduktion zu erfassen. Gesicherte Erkenntnisse in Bezug auf den Wasserhaushalt und die ihn beeinflussenden Größen in Mittelgebirgsräumen liegen bisher kaum vor. Hier schließt das Projekt eine Datenlücke. Die Rolle der Vegetation sowie der Böden (insbesondere die bodenbildenden periglazialen Deckschichten) sind hier von Bedeutung, da Prozesse der Stoffakkumulation, -umwandlung und -transport von diesen Parametern stark abhängig sind. Deckschichten haben mit ihren Mächtigkeiten und Ausprägungen einen starken Einfluss auf Sickerwasser, Grundwasserneubildung, Retention und Oberflächenabfluss. Zudem ist für die Kooperation mit dem ICG-4 die Betrachtung des Bodenwasserhaushaltes unerlässlich, um den CO2-Vorrat im Boden zu analysieren. Die Retentionskapazitäten der Böden werden präzi
Der südliche Indische Ozean gehört zu den am wenigsten untersuchten Meeresgebieten. Entlang eines zonalen Transekts bei 23°S im südlichen Indischen Ozean wollen wir mit Hilfe der Verteilung von isotopischen Tracern (Radiumisotope, Thorium, Helium) die Quellen, die Senken und die Flüsse von Spurenelementen (TEs: Cd, Co, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni, V, Zn) in der Wassersäule untersuchen. Die Anwendung von Radiumisotopen (224Ra, 223Ra, 228Ra,226Ra,), Thoriumisotopen (234Th, 232Th) und Heliumisotopen (3He, 4He) erlaubt ein besseres Verständnis der biogeochemischen Zyklen von TEs. Da einige dieser Spurenelemente als Mikronährstoffe fungieren, wollen wir ihre biogeochemischen Kreisläufe und ihre Wechselwirkungen mit der Bioproduktivität im Oberflächenwasser sowie ihre Wechselwirkungen mit den Kohlenstoff- und Nährstoffkreisläufen erforschen. Durch die Kombination von Messungen von TEs mit Radium- und 234Th-Isotopen als Tracer für vertikale und horizontale Flüsse, 232Th als Tracer für den Staubeintrag und Heliumisotope als Tracer für einen hydrothermalen Eintrag, werden wir die Zufuhrpfade von TEs aus der Atmosphäre, den Kontinenten (hauptsächlich dem Sambesi-Fluss), den Sedimenten der afrikanischen und australischen Kontinentalschelfe und aus den hydrothermalen Quellen (Hydrothermalismus am Mittelindischen Ozeanrücken) bestimmen und quantifizieren. Diese Untersuchungen sollen auf Probenmaterial basieren, das während der Sonne Ausfahrt SO-276 (Juli – August 2020) von Durban (Südafrika) nach Fremantle (Australien) gewonnen wird. Unsere Untersuchungen sind Teil des international koordinierten Programms GEOTRACES und werden zum „Second Indian Ocean Expedition Program (IIOE-2)“ beitragen. Wir erwarten, dass die Ergebnisse der vorgesehenen Untersuchungen einen signifikanten Beitrag zum Verständnis von Ökosystemen und ihrem chemischen Milieu liefern werden.
Das Projekt BUSINESS möchte Polyethylenfuranoat (PEF)-basierte und rezyklierbare Lebensmittel-Verpackungen aus Agrar-Reststoffen für die Vermarktung von Bio-Speiseeis eines landwirtschaftlichen Direktvermarkters herstellen und am Markt etablieren. Das regionale Bio-Produkt kann bisher nur in herkömmlichen, fossilem Polystyrol (PS)-basierten Kunststoffeinwegbechern adäquat vermarktet werden und ist ein Beispiel für Nahrungsmittel, die auch in Zukunft nicht unter das Verbot von Wegwerfverpackungen fallen. Der Markt für regionales Bio-Speiseeis ist ein Premium-Nischenmarkt, dessen Verpackungsbedarf für repräsentative Tests erster Produktmuster in relevanter Einsatzumgebung während des Projektes mit den Produktionskapazitäten der beteiligten Forschungseinrichtungen bedient und projektintern innovativ recycelt werden kann. BUSINESS möchte den Bekanntheitsgrad von biobasierten, recyclingfähigen PEF-Verpackungen für empfindliche Nahrungsmittel erhöhen und gleichzeitig Erkenntnisse über die zu erwartende Verbraucherakzeptanz und das mögliche Gesamt-Marktvolumen liefern. PEF ist ein sehr gut recyclebarer und hoch funktionaler Kunststoff, bei dessen Herstellung mittels des Hohenheimer Bioraffineriekonzepts auch die zuvor in der Ausgangsbiomasse gebundenen Nährstoffe wieder aufs Feld zurückgeführt werden können, sodass im Projekt eine zirkulare Bioökonomie entlang der gesamten Wertschöpfungskette beispielhaft demonstriert werden kann. Nährstoffkreisläufe werden lokal geschlossen und der im Produkt gebundene Kohlenstoff wird durch die Recyclingfähigkeit so lange wie möglich im Kreislauf gehalten. Die Optimierung des Stoff- und Energiemanagements geschieht im Projekt durch simulationsbasiertes Value Engineering und die Ermittlung der Gesamt-Ökobilanz der PEF-basierten Speiseeisverpackung. Am Ende des Projektes soll die PEF basierte Speiseeisverpackung das Stadium eines Prototyps im Einsatz (TRL 7) erreicht haben.
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