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s/ns-kreislauf/N-Kreislauf/gi

Lachgasemissionen

Distickstoffoxid (N2O; Lachgas) ist ein starkes Treibhausgas und eine ozonabbauende Substanz. Während des letzten Jahrhunderts ist die atmosphärische Konzentration von N2O als Folge der Erfindung der menschengemachten Stickstofffixierung (des Haber-Bosch-Prozesses) und der Intensivierung der landwirtschaftlichen Düngung ständig angestiegen, was zu einem starken anthropogenen Ungleichgewicht im globalen biogeochemischen Stickstoffkreislauf geführt hat. Obwohl erkannt wurde, dass N2O-Emissionen eine wichtige Rolle beim Klimawandel spielen, blieben entsprechende Strategien zur Emissionsminderung weitgehend unerforscht. Das Ziel dieses interdisziplinären und kollaborativen Projekts ist die Untersuchung von N2O-atmenden Bakterien (NrB) und deren Anwendbarkeit zur Verminderung von N2O-Emissionen aus Kläranlagen. Die beiden Hauptziele sind (i) die Identifizierung der am besten geeigneten NrB für diese Aufgabe und (ii) der Einsatz dieser Organismen unter kontinuierlichen Bedingungen, die für die Abwasserbehandlung realistisch sind. Das Arbeitsprogramm beinhaltet eine gründliche mikrobiologische Charakterisierung von repräsentativen NrB in Kurzzeit-Experimenten, einschließlich der Untersuchung der Lachgasatmung bei Anwesenheit von gelöstem Sauerstoff und dem Einfluss anderer relevanter Faktoren, wie der Kohlenstoffquelle oder der Abwassermatrix. Geeignete NrB sollen in Langzeitexperimenten Abwasser-ähnlichen Bedingungen ausgesetzt werden. Diese Studien sollen in Laborreaktoren durchgeführt werden und beinhalten unter anderem die Exposition zu wechselnden Bedingungen, z. B. dynamische Veränderungen der Konzentration des gelösten Sauerstoffs. Das Projekt wird eine Eignungsbewertung hinsichtlich der Verwendung von NrB unter Abwasserbedingungen und der Implementierung von NrB in Abwasserbehandlungssystemen liefern. Es wird weiterhin dazu beitragen, die noch nahezu unerforschte natürliche Ressource der N2O- atmenden Bakterien zu nutzen.

Pflanzenbauliche und oekologische Untersuchungen zur Ertragsbildung von Miscanthus sinensis am Standort Berlin

Ueber die Anbauwuerdigkeit von Miscanthus sinensis liegen in West-Europa nur vereinzelt Versuchsergebnisse vor. Ziel des Vorhabens ist zum einen im Rahmen eines groesseren Projektes der VEBA an mehreren Orten die generelle Leistungstaehigkeit von M. sinensis und den Einfluss ptlanzenbaulicher Massnahmen auf eine energetische Verwertung (Produktion von Hz) zu pruefen. Zum anderen soll eine oekologische Bewertung am Standort Berlin vorgenommen werden, die die Abhaengigkeit der Ertragsbildung vom Wasserhaushalt und die N-Dynamik des Bodens im Jahresverlauf, insbesondere den Nitrataustrag ins Grundwasser beinhaltet.

Biogeochemie von Spurenelementen im Südost-Atlantik; ein deutscher Beitrag zum internationalen GEOTRACES-Programm

Unsere bewilligte Forschungsfahrt M121 mit FS Meteor im Südostatlantik wird im November/Dezember 2015 stattfinden. Mit dem vorliegenden Antrag beantragen wir Mittel für Personal zur Teilnahme an der Fahrt und Kosten für die Auswertephase nach der Fahrt. Der Fokus des Projektes liegt auf der Biogeochemie und chemischen Ozeanographie von Spurenmetallen, wofür aber auch physikalische und biologisch-ozeanographische Informationen gesammelt werden. Die Untersuchungsschwerpunkte sind die detaillierte Erfassung der Verteilung von Spurenelementen in der Wassersäule des Südostatlantiks, die Untersuchung von Eintrags- und Austragsmechanismen, die biogeochemischen Zyklen dieser Spurenelemente, und deren Zusammenhänge mit dem Stickstoffkreislauf im Untersuchungsgebiet. Die Ausfahrt wird als offizieller Bestandteil in das international koordinierte GEOTRACES-Programm eingebettet sein. Der erste Schwerpunkt wird die detaillierte Untersuchung der Verteilung der Spurenelemente in der Wassersäule des Benguela-Auftriebs sein, von denen einige als limitierende Mikronährstoffe der Bioproduktivität und der Diazotrophie fungieren. Wir werden die Beziehung zwischen Makro- und Mikronährstoffkonzentrationen und den Flüssen dieser Nährstoffe untersuchen sowie die Beziehung zur biologischen Produktivität und dem Stickstoffzyklus. Die Spurenmetallverteilung soll auch mit der Verteilung und Mischung der Wassermassen im Benguela-Auftriebsgebiet und deren Eigenschaften in Verbindung gebracht werden, insbesondere den Sauerstoffgehalten und dem Austausch mit dem anoxischen Schelf. Weiterhin werden wir den Eintrag und die Eintragswege der Spurenmetalle über Staub (Wüste Namib), Sediment und große Flüsse (hauptsächlich Orange und Kongo) erfassen. Den Abschluss der Projektarbeiten wird die Verteilung der Spurenmetalle in der gesamten Wassersäule im offenen Ozean des Südostatlantiks als Funktion der großskaligen Ozeanzirkulation und Wassermassenmischung sein; diese Arbeiten werden in enger Kooperation mit J. Scholten und M. Frank (Kiel) stattfinden, die einen komplementären Antrag einreichen. Die Arbeiten dieses Projektes haben eine Bedeutung für das globale Verständnis der Rolle unterschiedlicher Prozesse, die die chemischen Umweltbedingungen im Ozean, mit dem Fokus auf Spurenmetalle, steuern und in denen die Ökosysteme funktionieren.

Standortdifferenzierte Bewertung und Anrechnung der Nutzung von Nitrifikationsinhibitoren als Klimaschutzmaßnahme im Pflanzenbau, Standortdifferenzierte Bewertung und Anrechnung von Nitrifikationsinhibitoren als Klimaschutzmaßnahme im Pflanzenbau

Ziel des interdisziplinären Verbundvorhabens ist die standortdifferenzierte Bewertung des Einsatzes von Nitrifikationsinhibitoren bei der Stickstoffdüngung als Klimaschutzmaßnahme. Das beantragte Projekt der CAU Kiel ist Teil eines Verbundprojektes welches sowohl ein deutschlandweites Netzwerk abgestimmter Feld- (8 Standorte) und Laborversuche (4 Labors) zu den Wirkungen von Nitrifikationsinhibitoren auf die Stickstoffdynamik im Boden, die direkte N2O-Emission, die Nitratauswaschung sowie die Stickstoffeffizienz und die Qualität und Höhe der Erträge als auch integrierte Untersuchungen zu Wirkungen auf das Bodenmikrobiom (Zielorganismen und Nichtzielorganismen), die Verlagerung von Hemmstoffen, die Interaktion mit anderen umwelt- und klimawirksamen Emissionen (Ammoniak, Methan) sowie die ökonomische Bewertung von Nitrifikationshemmstoffen als Klimaschutzmaßnahme umfasst. Das Teilprojekt ist an der Modellierung und Regionalisierung der Wirkungen von Nitrifikationshemmstoffen, die Abbildung möglicher Klimaschutzwirkungen im Treibhausgasemissionsinventar Deutschlands, die zusammenführende Bewertung als mögliche Klimaschutzmaßnahme sowie der Wissenstransfer in die Praxis beteiligt. Es ist federführend bei der Modellierung der Stickstoffauswaschung als Komponente der indirekten THG-Emissionen. Wesentliche Ziele dieses des Projektes sind die standortdifferenzierte Erfassung und Bewertung - des annuellen Effekts von NI auf die direkte N2O Emission, - der Wirkung von NI auf Ammoniakemissionen und auf die Methanaufnahme von Böden, - der Wirkung von NI auf Ertragseffekte (Höhe, Qualität) und die Stickstoffnutzungseffizienz, - der Wirkung von NI auf die annuelle Nitratauswaschung, - der Wirkungen verschiedener Inhibitorprodukte, - der Effektivität von NI nach mehrmaliger und mehrjähriger Anwendung.

Intensitäts- und Standortdifferenziertes Klimaschutzpotential von Leguminosen in Anbausystemen mit N-effizienter Düngung, Intensitäts- und Standortdifferenziertes Klimaschutzpotenzial von Leguminosen in Anbausystemen mit N-effizienter Düngung (ISLAND)

Das übergeordnete Projektziel von ISLAND ist die Wissensgrundlage zu den Effekten von Leguminosen in Fruchtfolgen unterschiedlicher Produktionsintensität zu erweitern und Strategien der optimierten Integration zu entwickeln. Hierbei soll ein Schwerpunkt auf der Berücksichtigung und Minimierung der Verlustpotentiale und auf die adäquate Anrechnung der Fixierungsleistung/Vorfruchtwirkung gelegt werden. Dafür soll das Verständnis der relevanten Prozesse im Stickstoffkreislauf umfänglich erweitert und plausible Bewertungsalgorithmen und -kennzahlen (Schätzung N2-Fixierung) für eingesetzte Maßnahmen (z.B. Behandlung der Ernterückstände), Betriebsmittel (z.B. mineralische/organische Dünger) und deren Wechselwirkungen entwickelt werden. Als Bindeglied zwischen der empirischen Datenerhebung in Feldversuchen und der aggregierten Kennzahlentwicklung sollen prozessorientierte Simulationsmodelle weiterentwickelt und zur Datenanalyse sowie in Form von Szenarienrechnungen eingesetzt werden. Die zentralen Forschungsfragen lauten: (1) Welchen Beitrag leisten Leguminosen zur Klimabilanz in unterschiedlichen Stellungen innerhalb standorttypischer Fruchtfolgen variierender Produktionsintensität? (2) Gibt es einen Zusammenhang zwischen direkten (und indirekten) Lachgasemissionen und der N2-Fixierungsleistung bei ausgewählten Körnerleguminosen und lässt sich die Fixierungsleistung auch über fernerkundlich erhobenen Spektraldaten abschätzen? (3) Wie wirken sich die Vorfrucht- und Fruchtfolgeeffekte von Leguminosen auf die THG-Bilanzen standorttypischer Fruchtfolgen unterschiedlicher Intensität unter prognostizierten Klimawandelszenarien an ausgewählten Standorten aus?

Developing the ocean component of an emission-driven ICON-seamless for CMIP7 applications (ICON-4C4M-O)

Technique d'utilisation des engrais de ferme (FRA)

L'importance du cheptel animal suisse et l'intensification de l'elevage font que les quantites d'azote theoriquement disponibles dans les engrais de ferme devraient couvrir une grande partie des besoins des cultures. Au vu des rendements, l'efficience de cet azote est decevante; la mineralisation lente des matieres organiques, les pertes azotees par lessivage, ruissellement et volatilisation en sont les causes principales. Nos premieres approches experimentales se sont concentrees sur l'utilisation de produits chimiques inhibiteurs de la nitrification et sur les methodes de preparation du sol (mode d'incorporation des engrais de ferme). (FRA)

Planktonische Archaeen - Phosphor Affinität und Aufteilung (PAPAA)

Dieses Projekt untersucht die Wege und Flüsse in der Wiederaufarbeitung von Nährstoffen im ozeanischen Oberflächenwasser durch die Quantifizierung der Phosphat-Affinität sowie der Freisetzung von organischen Phosphonaten und Phosphat-Estern durch den Modell-Organismus, Nitrosopumilus Maritimus, einem weit verbreiteten planktonischen Archaeon. Dieser Mikroorganismus spielt eine bedeutsame Rolle, sowohl im globalen Stickstoffkreislauf, da er sich zur Energiegewinnung auf die Umwandlung von wiederverwendetem Stickstoff (i.e., Ammonium) zu anorganischem Nitrit spezialisiert hat, als auch im globalen Kohlenstoffkreislauf, nachdem er anorganischen Kohlenstoff aufnimmt und in seine Zellstruktur integriert. Aufgrund des sehr geringen Volumens der einzelnen Zellen, könnte die hohe Phosphat-Affinität und Aufnahmekapazität gemeinsam mit dem Zugriff auf das Reservior von gelöstem organischem Phosphor (DOP), Nitrosopumilus Maritimus einen Wettbewerbsvorteil verschaffen, in Regionen des Ozeans, in denen Phosphat-Limitierung vorherrscht. Die vorgestellte Studie wird die Rolle von N. Maritimus im Phophorkreislauf des Meeres untersuchen, indem die Aufnahme und Verteilung von Phosphor quantifiziert werden wird und neue Methoden zur Isolierung und chemischen Charakterisierung dazu verwendet werden Makromoleküle zu identifizieren die Phosphor enthalten. Im Detail, werde ich eine bestehende Methode, die auf der Bindung von Phosphor an ein Eisenoxid-Harz basiert, optimieren, um damit DOP aus dem Meerwassermedium zu isolieren und im Anschluss mit Hilfe von Flüssigkeitschromatographie/Tandem-Massenspektrometrie strukturell zu analysieren und komponenten-spezifisch zu quantifizieren. Die vorgestellte Methode zur DOP Characterisierung ermöglicht erstmals die Identifikation makromolekularer organisch-gebundener Phosphor Moleküle, gemeinsam mit den damit verbundenen Flüssen dieser Komponenten. Diese Erkenntnisse sind essentiell für die Untersuchung von Biosynthesewegen und biologischer Verfügbarkeit von DOP, welche bisher einen Widerspruch darstellen, der mikrobiologische wie auch geochemische Untersuchungen der räumlichen Verteilung und des Umsatzes von, in der Umwelt angereichertem, DOP erschwert. Zusätzlich zu diesen primären Zielen werden die kombinierten Ergebnisse dieser Studie auch Schätzungen von Zellhaushalt und Fluss von Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphor in Nitrosopumilus Maritimus ermöglichen, der eine spezifische Nische im Phosphorkreislauf der Meere einnehmen könnte.

Compilation of nitrate isotopes (δ¹⁵N and δ¹⁸O) in the ocean

The compilation combines measurements of nitrate δ¹⁵N (vs Air N₂) and δ¹⁸O (vs VSMOW) from the global ocean together with ancillary hydrographic and biogeochemical measurements when available, including temperature, salinity, dissolved oxygen, nitrate, nitrite, phosphate, silicate, and ammonium concentrations. The database contains 3410 stations, including 29779 nitrate δ¹⁵N measurements and 26633 nitrate δ¹⁸O measurements. Associated metadata include cruise identifiers, bibliographic references, Digital Object Identifiers (DOIs) linking datasets to the original studies whenever available, latitude, longitude, cruise start and end dates, sampling date, and sampling depth. This compilation also includes most nitrate δ¹⁵N measurements reported in Rafter et al. (2019; n = 12277) and Fripiat et al. (2021; n = 15300), together with an expanded collection of nitrate δ¹⁸O measurements.

Biogeochemische Prozesse bei wiedereinsetzender Strömung und Sedimenttransport: Ein umfassendes Konzept für temporäre und permanente Fließgewässer

Ziel des Projektes ist es, die Mechanismen besser zu verstehen, welche die biogeochemischen Prozesse (Metabolismus und Stickstoffaufnahme der mikrobiellen Gemeinschaft) unter Einfluss verschiedener Wiedervernässungsszenarien (mit und ohne Sedimenttransport) beeinflussen. Die Wiederaufnahme der Strömung nach einer Austrocknungsphase wird als biogeochemisches ‚hot moment‘ betrachtet, bei dem hohe Metabolismusraten und Stickstoffaufnahmeraten zu erwarten sind. Die Raten werden weiterhin durch die Häufigkeit der vorherigen Austrocknungsphasen beeinflusst. Die Mechanismen, die diesen biogeochemischen Moment beeinflussen, sind bisher wenig untersucht. Bisher waren es vor allem Studien zu Einzelfaktoren in temporären Bach- und Flussökosystemen. Allerdings treten Austrocknung und Wiederaufnahme der Strömung zunehmend auch in permanenten Gewässerökosystemen auf. Die Oberflächenströmung impliziert oft Sedimenttransport (z.B. in Form von Strömungsrippeln), insbesondere in sandgeprägten Gewässern. Darüber hinaus kann die Wiederaufnahme der Strömung in verschiedenen Chronologien erfolgen, wie z.B. sofortiges Einsetzen der Strömung während Regenereignissen oder langsames Einsetzen der Strömung bei steigendem Grundwasserpegel. Auch die Konzentrationen von Nährstoffen und Kohlenstoff, die bei der Wiederaufnahme der Strömung ausgelaugt werden, können die biogeochemischen Prozesse beeinflussen. Wir schlagen in unserem Projekt ein neues allgemeines Konzept von "austrocknenden Fließgewässerhabitaten" für trockenfallende Fließgewässer verschiedener Klimazonen vor (mediterrane und gemäßigte Zone). Die hier vorgeschlagene Untersuchung werden zeigen, ob eine solche allgemeine und integrative Sichtweise angewendet werden kann. Die Wechselwirkungen von Strömungswiederaufnahme, Sedimenttransport, Nährstoff- und Kohlenstoffkonzentration und Austrocknungshäufigkeit werden in Mikrokosmenversuchen mit mikrobiellen Gemeinschaften aus temporären und permanenten Fließgewässern untersucht. Im Fokus unserer Untersuchungen stehen 1) der Kohlenstoffstofffluss, gemessen anhand der Änderungen der Sauerstoffkonzentration im Dunkeln und im Licht, 2) die Netto-Stickstoffaufnahme durch Zugabe des stabilen Isotops 15N (15NH4Cl) und 3) die Struktur und Architektur (Biofilm) der mikrobiellen Gemeinschaft. Die Ergebnisse werden zu einem besseren mechanistischen Verständnis der Kohlenstoff- und Stickstoffdynamik in Gewässerökosystemen beitragen, die zu starken Strömungsschwankungen und Austrocknung neigen. Die Ergebnisse werden es ermöglichen, die Wiederaufnahme der Strömung in die aktuellen Konzepte zur Steuerung von Prozessen in Fließgewässerökosystemen zu integrieren. Ein solcher konzeptioneller Rahmen ist der Schlüssel für das Management von Ökosystemen im Mittelmeerraum und in den gemäßigten Breiten, die aufgrund der zunehmenden Wasserentnahme und des Klimawandels regelmäßig trockenfallen.

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