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Mathematische Guetemodelle zur Prognose des Stoffhaushalts von Fliessgewaessern

Zweck und Ziel: Simulation und Prognose des Stoffhaushaltes abwasserbelasteter Fliessgewaesser zur Beurteilung der Auswirkungen wasserwirtschaftlicher und wasserbaulicher Massnahmen, einschliesslich Eutrophierungserscheinungen und Auswirkungen von Verklappungsmassnahmen. Ausfuehrung: Weiterentwicklung des von Dr. G. Huthmann in der BfG aufgebauten Modells, welches weitgehend empirische Zusammenhaenge verwendet, zu einem fuer verschiedene Anwendungen aussagekraeftigen Modell. Dabei werden die biologischen Vorgaenge - soweit erforderlich - mit Hilfe deterministischer Ansaetze formuliert. Die Modellentwicklung enstsprechend den Ergebnissen von Gewaesseruntersuchungen, Laborexperimenten und Literaturstudien. Ergebnisse: Das Modell besteht jetzt aus einem hydrologischen Modell, einem Temperaturmodell und dem eigentlichen Guetemodell. Folgende Stoffkonzentrationen werden berechnet: C-BSB5 (Biochemischer Sauerstoffbedarf der organischen Kohlenstoffverbindungen), CSB (Chemischer Sauerstoffbedarf, Bichromatoxidation), organischer Stickstoff, Ammoniumstickstoff, Nitratstickstoff, geloester Phosphor, ungeloester Phosphor, geloester Sauerstoff, Truebung. Ferner werden die Biomassen derjenigen langsam wachsenden Organismen berechnet, welchen einen wesentlichen Einfluss auf den Stoffhaushalt ausueben (Nitrifikanten, Algen, Zooplankter). Neuere Guetemodellrechnungen zum Sauerstoffhaushalt der Saar nach Ausbau zeigen, dass besonders in den Sommermonaten in den mittleren Stauhaltungen Lisdorf, Rehlingen und Mettlach mit Sauerstoffmangelsituationen zu rechnen ist. Um Fischsterben zu vermeiden, muss deshalb - beim jetzigen Sanierungszustand der Einleiter - kuenstlich

Forschergruppe (FOR) 496: Poplar - a model to address tree-specific questions, Environment-dependent regulation of nitrogen import system in poplar

Poplar could succeed in nutrient rich areas as well as in nutrient poor forests soils where plants live in symbiosis with certain soil fungi to enable sufficient nutrition. Due to its huge demand, nitrogen, as major nutrient, is of special interest for poplar nutrition. In this project we want to characterize nitrate, ammonium and amino acid transporters from poplar roots that are differentially regulated as result of nitrogen nutrition (shortage or nitrogen excess), or by plant/fungus interaction. The kinetic parameters of selected transporters will be determined by heterologous expression. Tissue and organ specific expression of certain transporter genes will be investigated by Northern blot and RT-PCR and by the utilization of poplar transformants containing promoter-GFP fusions. GFP fusions with truncated promoters will also be used for the identification of cis-elements responsible for the nitrogen-dependent expression of selected transporter genes. In addition, the global impact of nitrogen nutrition on poplar gene expression will be investigated using macro and micro arrays hybridization and probes of poplar roots grown at different nitrogen sources and concentrations as well as mycorrhizas.

Erforschung des atmosphärischen Ursprungs von Aminen innerhalb der marinen Grenzschicht: Ein kombinierter Feld-Modellierungsansatz (ORIGAMY)

Amine sind wichtige, aber wenig untersuchte organische Bestandteile in der marinen Atmosphäre. Es gibt deutliche Hinweise, dass innerhalb der marinen Grenzschicht die Bildung neuer Aerosolpartikel und die Zunahme der Partikelmasse durch Amine beeinflusst wird. Allerdings existieren noch sehr hohe Unsicherheiten in Bezug auf die Quellen, die weiteren chemischen Reaktionen innerhalb des chemischen Mehrphasensystems der marinen Atmosphäre und der Beitrag zur marinen Aerosolmasse. Ein tieferes Verständnis der durch die Amine initialisierten Bildung des organischen Stickstoffes in marinen Aerosolpartikeln, sowie der potentiell oxidationsgesteuerten Emission von Aminen aus den Ozeanen in die Atmosphäre, erfordert grundlegende mechanistische Modellierungsstudien der Mehrphasenoxidation von Aminen in Kombination mit speziellen Feldmessungen. Solche Ansätze sind derzeit nicht vorhanden, da noch keine detaillierten Mechanismen- oder Modellierungsstudien zur Mehrphasenoxidation der Amine durchgeführt wurden.Das Ziel von ORIGAMY ist es, die Faktoren zu ermitteln, die die Emission von Aminen aus dem Ozean in die Atmosphäre beeinflussen und deren Auswirkungen auf die organische Aerosolmasse, den Aerosolsäuregehalt und die Bildung neuer Aerosolpartikel. Wir wollen die großen Wissenslücken bezüglich Quellen, Phasenverteilung und Oxidationsprozessen von Aminen in der marinen Grenzschicht schließen, indem wir spezielle neue Feldmessungen in Kombination mit neuartigen Modellierungsansätzen der Mehrphasenchemie anwenden. Die Kombination aus Feldmessungen, Emissionsmodellierung und Modellierung der chemischen Alterung der Amine zum Verständnis der Feldergebnisse ist dabei eine neue große innovative Leistung, die aus dieser Studie resultieren wird.Die Ergebnisse von ORIGAMY werden eine wichtige Grundlage schaffen, um die Bedeutung der Amine und deren weiteren chemischen Reaktionen in der marinen Grenzschicht zu erfassen. Weiterhin tragen diese Ergebnisse dazu bei, relevante atmosphärischen Prozesse der Amine zu identifizieren, die in höher-skalige Modellen implementiert werden müssen.

Optimierung der Einsatzfähigkeit der Infrarot-Reflexionsspektroskopie in der Bodenökologie: Bestimmung der Zusammensetzung und Stabilität der organischen Bodensubstanz und Vorhersagen in offenen Populationen

Reflexions-Infrarotspektroskopie im nahen (NIRS) und mittleren Infrarotbereich (MIRS) weist ein hohes Potential zur Bestimmung bodenchemischer und -biologischer Charakteristika auf, aber hinsichtlich der Vorhersagegenauigkeit und des Verständnisses der zugrundeliegenden Beziehungen herrscht noch Forschungsbedarf. Projektziele sind: (i) Die Genauigkeit von NIRS und MIRS, den Gehalt an organischem C und N und die Zusammensetzung der organischen Bodensubstanz vorherzusagen, soll optimiert werden. Hierbei wird die Population nach Bodentyp, Textur und mineralogischer Zusammensetzung klassifiziert. Teilproben werden chemisch oder thermisch oxidiert und ein modifiziertes PLS-Verfahren, ein genetischer Algorithmus, wird getestet. (ii) Allgemeine Beziehungen zwischen den Mengen an labilem, intermediärem und passivem C und N (zu erhalten aus Inkubationsexperimenten und Na2S2O8-Behandlungen) und den bedeutsamen Wellenlängen der NIRS- und MIRS-Kreuzvalidierungen sollen aus Spektren, die vor und nach den Inkubationen aufgenommen wurden, abgeleitet werden. (iii) Es soll die Vorhersagegüte von Bodenkonstituenten mittels NIRS und MIRS für offene Populationen ermittelt werden.

Bildung spezifischer Proteine unter Bedingungen von Stickstofflimitierung oder Aufnahme von gelöstem organischem Stickstoff: eine Methode, um alternative Strategie der Stickstoffaufnahme bei Prymnesiophytae zu untersuchen

Die vorgeschlagene Arbeit soll die Rolle der unterschiedlichen Quellen von gelöstem Stickstoff in der Nahrung der Algenarten, von denen bekannt ist, dass sie große Blüten formen, untersuchen. Vier Arten der Gattung Prymnesiophyta werden unter Stickstofflimitierung kultiviert, mit verschiedenen Quellen des gelösten organischen Stickstoffes (DON), um die Auswirkungen der Stickstofflimitierung auf die Stockstoffaufnahme und -nutzung zu untersuchen. Es wird die Hypothese aufgestellt, dass Stickstofflimitierung unterschiedliche Wege der N-Aufnahme und -Nutzung induziert, die Wachstum mit DON erlauben. Phytoplanktonkulturen werden mit einfachen (Amino Säuren, Purin und Pyrimidine) und komplexen Quellen von DON ernährt um Wachstumsraten mit DON als alleiniger Quelle des Stickstoffes festzustellen. Enzymaktivität für Urease- und Aminosäureoxydasen werden gemessen, da es wahrscheinlich ist, dass diese beiden Enzyme in Zellen, die Stickstofflimitierung ausgesetzt sind, gebildet werden. Eine Reihe von Ansätzen werden verwendet, um spezifische Proteine zu identifizieren, die mit Stickstofflimitierung und/oder der Nutzung von DON in Verbindung zu bringen sind. Diese Ansätze umfassen die Markierung der Zelloberfläche mit biotinylhaltigen Reagenzien und zellulare Fraktionierung in cytoplamische- und Membranbereiche. Proteine, die nur bei Stickstofflimitierung und Anwendung von DON vorkommen, werden gereinigt und beschrieben. Antikörper dieser Proteine werden synthetisiert und als Sonden zur Identifizierung von Nutzung von DON, durch diese wichtige Gruppe von den Algen verwendet. Perspektivisch sollen diese Sonden auf natürliche Phytoplanktonpopulationen angewendet werden.

Internationaler organischer Stickstoff-Dauerversuch

Environmental and DOM FTICRMS data for Spiekeroog Beach

This dataset was acquired to investigate the sources and sinks of dissolved organic matter in a high-energy beach subterranean estuary on Spiekeroog Island, German North Sea. The North Beach sampling location is approximately at 53°46'45N, 7°42'40E. Data were collected during a total of five sampling campaigns in the period of September 2016 - September 2019, spanning over all four seasons. The samples collected were from beach porewaters, seawater, and groundwater from the islands' freshwater lens. Pore water samples were collected with push-point lances (10-100 cm depth), seawater samples with bottles in the surf zone, and groundwater samples from inland monitoring wells (4-40 m depth). Samples were filtered onsite and preserved for storage (acidification for dissolved organic carbon, dissolved organic nitrogen, and trace metals, and poisoning with HgCl2 for dissolved nutrients). In situ data were collected, including temperature, salinity, oxygen concentrations (instrument: WTW Multi 3430), and humic-like fluorescent DOM (instrument: Turner Aquafluor). Laboratory analyses were conducted within a week of sampling and included spectrophotometry for nutrients, ICP-OES for trace metals, and TOC-VCPH analysis for DOC and TDN. Acidified subsamples were desalted and concentrated by solid-phase extraction, then analyzed on via ultra-high resolution Fourier-transform ion cyclotron resonance mass spectrometry (FT-ICR-MS on a 15T Bruker solariX XR.

The occurrence of Vibrio spp. in the salinity gradient of shallow coastal waters of the Baltic Sea – data set including environmental and microbiological data (EU Biodiversa project BaltVib).

The main aim of the BaltVib sampling campaign was to analyse the microbial community composition in pelagic and benthic habitats with special focus on Vibrio spp. bacteria inside and outside of eelgrass meadows (Zostera marina), and selected macroalgae populations (Fucus spp.) in the salinity gradient of shallow coastal waters of the Baltic Sea. The temporal extent of the dataset is 25.07.2021 to 02.09.2021. The geographic extent of the dataset is spanning from 9°52,655 E to 25°00,698 W and 60°06,547 N to 54°00,8666 S. The measurement depth ranges from 0.2 meters to 7 meters. Salinity ranges from 4 to 14. Environmental parameters measured are: conductivity, temperature, pH, Secchi depth, chlorophyll a, dissolved oxygen, ammonium, nitrate, nitrite, phosphate, silicate, grain size, dissolved organic carbon, dissolved nitrogen, particulate organic nitrogen, particulate organic carbon. Vibrio spp. colony forming units were counted using TCBS agar plates. Abundance of Vibrio vulnificus was determined by ddPCR in water and sediment samples as well as in Zostera marina surface biofilm. Cell counts by flow cytometry contain: Synechococcus, Picoeukaryota, Nanoeukaryota, high-nucleic acid bacteria, low-nucleic acid bacteria. Macrophyte abundance was measured for Zostera marina and Fucus spp..

BonaRes (Modul A, Phase 3): Erhöhung der landwirtschaftlichen Nährstoffnutzungseffizienz durch Optimierung von Pflanze-Boden-Mikroorganismen-Wechselwirkungen, Teilprojekt A

Seawater carbonate chemistry, nutrients, and Calcidiscus leptoporus (strain RCC1135) growth rate and calcification rate during experiments, 2012

The coccolithophore Calcidiscus leptoporus was grown in batch culture under nitrogen (N) as well as phosphorus (P) limitation. Growth rate, particulate inorganic carbon (PIC), particulate organic carbon (POC), particulate organic nitrogen (PON), and particulate organic phosphorus (POP) production were determined and coccolith morphology was analysed. While PON production decreased by 70% under N-limitation and POP production decreased by 65% under P-limitation, growth rate decreased by 33% under N- as well as P-limitation. POC as well as PIC production (calcification rate) increased by 27% relative to the control under P-limitation, and did not change under N-limitation. Coccolith morphology did not change in response to either P or N limitation. While these findings, supported by a literature survey, suggest that coccolith morphogenesis is not hampered by either P or N limitation, calcification rate might be. The latter conclusion is in apparent contradiction to our data. We discuss the reasons for this inference.

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