Veranlassung Der gelöste und der partikuläre organische Kohlenstoff (dissolved organic carbon, DOC und particulate organic carbon, POC) sind zentrale Komponenten im Naturhaushalt von Gewässern. Die Akkumulation von organischem Kohlenstoff - beziehungsweise die damit verbundene hohe Sauerstoffzehrung - ist insbesondere in den Ästuaren ein wichtiger Belastungsfaktor für den Sauerstoffhaushalt und trägt damit zu deren schlechtem ökologischem Zustand bei. Die Bewertung der zu erwartenden Sauerstoffzehrung kann aber nur mit umfassender Kenntnis der Qualität der organischen Kohlenstoffgehalte in gelöster Form oder als Bestandteil der Schwebstoffe erreicht werden. Des Weiteren spielt die Zusammensetzung des organischen Materials eine wichtige Rolle bei der Sorption und dem Transport von Schadstoffen, sodass eine umfassende Beschreibung des organischen Kohlenstoffs auch die Vorhersage der Ausbreitung von Schadstoffen ermöglicht. Im Projekt OrgCarbon soll eine umfassende Charakterisierung des organischen Kohlenstoffs jenseits der traditionell erfassten Parameter (TOC, DOC und POC) stattfinden, da bekannt ist, dass sowohl POC als auch DOC eine komplexe, bisher wenig erforschte Vielzahl unterschiedlicher Stoffklassen beinhaltet. In einem ersten Schritt erfolgt eine Fraktionierung von partikulärem und gelöstem organischem Material, basierend auf der chemischen Zusammensetzung und mikrobiellen Abbaubarkeit. Wichtige Parameter wie Sauerstoffverbrauch, mikrobielle Atmung, chemische Zusammensetzung und die Herkunft des organischen Materials werden für jede Kohlenstofffraktion bestimmt. Durch die daraus resultierende Verbesserung des Verständnisses bezüglich organischem Kohlenstoff in Ästuaren und Flüssen zielt das OrgCarbon-Projekt darauf ab, zu besseren Umweltmanagement- und Naturschutzstrategien für die Bundeswasserstraßen beizutragen. Ziele Ein zentrales Ziel des OrgCarbon-Projekts ist es, eine Vielzahl interdisziplinärer Methoden zu testen, um die vielfältigen Eigenschaften des Kohlenstoffes zu erfassen. Es werden verschiedene chemisch-analytische Verfahren mit Messungen zur biologischen Aktivität und Abbaubarkeit des Kohlenstoffs sowie mit mineralogischen Untersuchungen kombiniert. Dadurch lässt sich ein Set an Methoden identifizieren, das zukünftig auch mit weniger Aufwand eine detaillierte Charakterisierung des Kohlenstoffs ermöglicht. Als Ergebnis von OrgCarbon angestrebt ist die Entwicklung eines standardisierten Protokolls, das den gesamten Prozess von der Probenahme über die Kohlenstofffraktionierung bis hin zur Analyse und Datenauswertung umfasst. Dieses ermöglicht es, die Qualität des organischen Kohlenstoffs sowie dessen Eigenschaften und Abbaubarkeit in Zukunft besser abzuschätzen und gemeinsam zu interpretieren. Dieses Protokoll soll in bestehende Messprogramme der BfG integriert werden, um regelmäßig die Herkunft, das Sorptionspotenzial für Schadstoffe sowie die Abbaubarkeit und die Sauerstoffzehrung von organischem Kohlenstoff zu bestimmen. Organischer Kohlenstoff spielt eine entscheidende Rolle in Ästuaren und Flüssen. Seine Zusammensetzung beeinflusst Prozesse wie die (mikro)biologische Produktivität, den Sauerstoffverbrauch, den Schadstofftransport und die Agglomeration von Schwebstoffen. Die Bestimmung erfolgt routinemäßig nur als Summenparameter (total organic carbon, TOC) weshalb über die Zusammensetzung des organischen Materials, dessen Abbauverhalten und Quellen meist wenig bekannt ist. Darüber hinaus reicht die Betrachtung des Gesamtkohlenstoffgehalts in vielen Fällen nicht aus, um eine Vergleichbarkeit von Schwebstoffen aus unterschiedlichen Quellen zu gewährleisten. Das OrgCarbon-Projekt widmet sich darum einer umfassenden Analyse des organischen Kohlenstoffs in Feldproben aus Ästuaren und Flüssen mit unterschiedlichen Kohlenstoffgehalten und Zusammensetzungen, wie der Tide-Ems und der Tide-Elbe. (Text gekürzt)
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.
Das vorliegende Forschungsprojekt zielt auf die Verknüpfung zweier, bisher als unabhängig angesehener, aquatischer Transport- und Transformationsprozesse:(a) In tiefen Gewässern können sich Wasserkörper unterschiedlicher Dichte stabil übereinander schichten. Die dort ablaufenden Umsatzprozesse werden so räumlich entkoppelt und es kommt zur Bildung einer aquatischen Grenzzone. Bei deren Durchtritt können sich physikochemische Parameter, wie etwa die Sauerstoffverfügbarkeit, abrupt ändern.(b) Die Verfügbarkeit des Elektronen-Akzeptors Sauerstoff entscheidet über die Reaktionspfade, auf denen aquatische Mikroorganismen Energie gewinnen. Unter Ausschluss von Sauerstoff können sie gelöstes organisches Material als alternativen Elektronen-Akzeptor nutzen. Die Elektronen werden von redox-aktiven Verbindungen innerhalb des organischen Materials (Quinone) aufgenommen die daraufhin antioxidativ, also empfindlich auf Änderungen der Sauerstoffverfügbarkeit reagieren. Die hohe räumliche- und zeitliche Dynamik aquatischer Grenzzonen in Binnengewässern haben zur Folge, dass antioxidatives organisches Material vom sauerstoffarmen in sauerstoffreiche Wasserkörper transportiert werden kann. Die dort rasch ablaufende Re Oxidation macht gelöstes organisches Material daher zu einem vollständig regenerierbaren Elektronenakzeptorsystem. Mikrobielle Konsortien, die ihre Energiegewinnung an diesen zyklisch regenerierten organischen Elektronenakzeptor koppeln, könnten einen entscheidenden Beitrag zum Kohlenstoffumsatz in aquatischen Grenzzonen leisten. Mikroorganismen beeinflussen maßgeblich, zu welchem Anteil umgesetztes organisches Material als Kohlendioxid oder als Methan in die Atmosphäre entweicht oder stattdessen dem Kohlenstoffkreislauf durch Sedimentation entzogen wird. Da Grenzzonen durch überproportional hohe Reaktionsraten und Biodiversität gekennzeichnet sind, ist die Kenntnis der dort ablaufenden Material- und Energieflüsse von großer Bedeutung für das grundlegende Verständnis des Kohlenstoffumsatzes in Binnengewässern. Die Binnenseen der borealen Zone haben großen Anteil an den globalen Süßwasservorräten und sind durch zukünftig steigende Frachten terrestrischen organischen Kohlenstoffs gefährdet. Das beantragte Forschungsprojekt hat daher zum Ziel, durch Prozessstudien auf verschiedenen Skalen und mechanistische Modellierung einen wichtigen Beitrag zu einem besseren Verständnis der Rolle organischen Materials als Elektronendonor und -akzeptor in diesen dynamischen Ökosystemen zu leisten.
We are currently facing the urgent need to improve our understanding of carbon cycling in subsoils, because the organic carbon pool below 30 cm depth is considerably larger than that in the topsoil and a substantial part of the subsoil C pool appears to be much less recalcitrant than expected over the last decades. Therefore, small changes in environmental conditions could change not only carbon cycling in topsoils, but also in subsoils. While organic matter stabilization mechanisms and factors controlling its turnover are well understood in topsoils, the underlying mechanisms are not valid in subsoils due to depth dependent differences regarding (1) amounts and composition of C-pools and C-inputs, (2) aeration, moisture and temperature regimes, (3) relevance of specific soil organic carbon (SOC) stabilisation mechanisms and (4) spatial heterogeneity of physico-chemical and biological parameters. Due to very low C concentrations and high spatio-temporal variability of properties and processes, the investigation of subsoil phenomena and processes poses major methodological, instrumental and analytical challenges. This project will face these challenges with a transdisciplinary team of soil scientists applying innovative approaches and considering the magnitude, chemical and isotopic composition and 14C-content of all relevant C-flux components and C-fractions. Taking also the spatial and temporal variability into account, will allow us to understand the four-dimensional changes of C-cycling in this environment. The nine closely interlinked subprojects coordinated by the central project will combine field C-flux measurements with detailed analyses of subsoil properties and in-situ experiments at a central field site on a sandy soil near Hannover. The field measurements are supplemented by laboratory studies for the determination of factors controlling C stabilization and C turnover. Ultimately, the results generated by the subprojects and the data synthesized in the coordinating project will greatly enhance our knowledge and conceptual understanding of the processes and controlling factors of subsoil carbon turnover as a prerequisite for numerical modelling of C-dynamics in subsoils.
Flüchtige organische Kohlenstoffverbindungen (sog. VOCs) beeinflussen die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Atmosphäre und damit das Klima. Emittiert werden diese durch menschliche Aktivitäten und der Biosphäre, der bei weitem größte Teil der Emissionen stammt von Pflanzen. In der Vergangenheit wurden vor allem Kohlenwasserstoffverbindungen, wie Methan oder Isoprenoide, detailliert untersucht. Biogene oxygenierte VOCs (sog. BOVOCs), wie Methanol, Acetaldehyd und Aceton, wurden hingegen kaum untersucht obwohl diese in signifikanten Mengen in der Atmosphäre vorkommen und deren geschätzte gemeinsame Quellenstärke sich ungefähr auf die Hälfte jener von Isopren, welches die globalen VOC-Emissionen dominiert, beläuft. Dementsprechend unsicher sind die globalen Budgets von Methanol, Acetaldehyd und Aceton, und insbesondere die Abschätzung ihrer biogenen Senken/Quellengrößen. Das übergeordnete Ziel des beantragten Projektes ist es daher das Verständnis über den Austausch von Methanol, Acetaldehyd und Aceton zwischen terrestrischen Ökosystemen und der Atmosphäre zu erhöhen und damit die Fähigkeit diese Prozesse zu simulieren zu verbessern. Dazu wird eine Studie die experimentelle Aspekte mit Simulationsstudien kombiniert für ein Grünlandökosystem im Stubaital (Österreich) durchgeführt. Im Detail werden dabei folgende Zielsetzungen verfolgt: (i) Quantifizierung der saisonalen Flüsse von Methanol, Acetaldehyd und Aceton. In der Vergangenheit wurden VOC-Austauschmessungen häufig im Rahmen von kurzen intensiven Kampagnen bzw. maximal über eine Vegetationsperiode durchgeführt was eine Analyse der interannuellen Variabilität nicht zulässt. Im Rahmen des beantragten Projektes ist daher geplant für zwei weitere Jahre BOVOC-Flussmessungen durchzuführen um so, unter Einbeziehung von zwei Jahren Daten aus einem Vorgängerprojekt, erstmals die interannuelle Variabilität dieser Flüsse untersuchen zu können. (ii) Quantifizierung der Beiträge der Vegetation und des Bodens zum gesamten BOVOC-Austausch. Dazu werden, sowohl im Labor wie im Freiland, BOVOC-Austauschmessungen an Blättern der vorkommenden Pflanzenarten, wie auch, unter Einsatz einer neuartigen nicht destruktiven Methode, vom/zum Boden durchgeführt. (iii) Hochskalierung der unter (ii) erhobenen Daten auf Ökosystemebene mittels eines prozess orientierten Modells und Vergleich der Modellsimulationen mit den unter (i) mit einer unabhängigen Methode erhobenen Ökosystemflüsse. Dieser Vergleich stellt den ultimativen Test unseres Prozessverständnisses über den Austausch zwischen Biosphäre und Atmosphäre dieser drei wichtigen BOVOCs dar.
Vorsorgender Bodenschutz gegen stoffliche Belastungen bedeutet, die Belastungen des Bodens durch den Boden schädigende Substanzen im Voraus zu verhindern. Solche Belastungen können durch Unfälle oder unsachgemäßen Umgang mit den Stoffen und Abfällen in Betrieben, aber auch in der Landwirtschaft, in Haushalten oder auch durch luftbürtigen Schadstoffeintrag und Überschwemmungen entstehen sowie durch das Auf- und Einbringen von schadstoffbelasteten Materialien auf oder in den Boden. Im Bundes-Bodenschutzgesetz ( BBodSchG ) und vor allem in der Mantelverordnung ( MantelV ) mit der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung ( BBodSchV ) und der Ersatzbaustoffverordnung ( EBV ) sind Regelungen zum Vorsorgenden Bodenschutz und zur Gefahrenabwehr in Gestalt der Maßnahme-, Prüf- und Vorsorgewerte und den bei ihrer Überschreitung zu ergreifenden Maßnahmen getroffen. Vorsorgender Bodenschutz ist darüber hinaus hinsichtlich der Anforderungen des sachgemäßen Umgangs mit Boden in zahlreichen Gesetzen und Verordnungen geregelt: Wasserhaushaltsgesetz , Chemikaliengesetz , Düngegesetz , Kreislaufwirtschaftsgesetz , Bundes-Immissionsschutzgesetz , Gesetz über die Umweltverträglichkeitsprüfung , Pflanzenschutz-Gesetz , Bioabfallverordnung , Abfallklärschlammverordnung , Düngemittelverordnung u.a. Die Vorsorge gegen stoffliche Belastungen wird hinsichtlich des Auf- und Einbringens von Bodenmaterialien und/oder Baggergut auf oder in den Boden in” § 7 BBodSchG bzw. in den §§ 6 – 8 BBodSchV geregelt. Mit der Neufassung ist die BBodSchV um den Bereich „unterhalb und außerhalb einer durchwurzelbaren Bodenschicht“ erweitert worden. Im Ergebnis des Auf- und Einbringens oder der Herstellung einer durchwurzelbaren Bodenschicht muss mindestens eine der natürlichen Bodenfunktionen und / oder die Nutzungsfunktion als Fläche für Siedlung und Erholung und / oder als Standort für land- und wirtschaftliche Nutzung nachhaltig verbessert, gesichert oder wiederhergestellt werden. Generell darf Bodenmaterial oder Baggergut nur uneingeschränkt auf oder in den Boden eingebracht werden, wenn die Schadstoffbelastungen unterhalb der Vorsorgewerte der BBodSchV liegen (BBodSchV Anlage 1 Tabelle 1 und 2). Bodenmaterial oder Baggergut müssen dafür entsprechend der Klasse 0 (BM-0/BG-0) der EBV klassifiziert sein und es dürfen aufgrund der Herkunft und der bisherigen Nutzung keine Hinweise auf weitere Belastungen des Bodenmaterials oder Baggergutes vorliegen. Nach § 7 Abs. 1 bzw. § 8 Abs. 1 BBodSchV sind grundsätzlich nur Materialien mit maximal 10 % mineralischen Fremdbestandteilen für die nachhaltige Sicherung und Wiederherstellung von Böden geeignet. Sonderregelungen gelten für Gebiete oder räumlich abgegrenzte Industriestandorte mit erhöhten Schadstoffgehalten (§ 6 Abs. 4 sowie Abs. 6 Nr. 3 BBodSchV). Weiterhin sind die Anforderungen an die Quantität und Qualität des organischen Kohlenstoffs der ein- und aufzubringenden Materialien vor dem Auf- und Einbringen in den Unterboden oder Untergrund zu beachten (§ 6 Abs. 11 BBodSchV). Damit soll insbesondere vermieden werden, dass organisches Material mit einem hohen organischen Kohlenstoffgehalt aus dem Oberbodenbereich in tieferen Schichten eingebaut wird, was zu Beeinträchtigungen der Bodenfunktionen und der Grundwasserqualität führen kann. Für Materialien, die auf oder in den Boden auf- oder eingebracht oder zur Herstellung einer durchwurzelbaren Bodenschicht genutzt werden, besteht nach § 6 Abs. 5 BBodSchV grundsätzlich eine Untersuchungspflicht. Für das Auf- und Einbringen von Materialien auf oder in den Boden mit einem Volumen > 500 m³ besteht gem. § 6 Abs. 8 BBodSchV auch eine Anzeigepflicht. Mindestens zwei Wochen vor Beginn der Maßnahme sind der zuständigen Behörde die Lage der Auf- oder Einbringungsfläche, die Art und Menge der Materialien sowie der Zweck der Maßnahme anzuzeigen, es sei denn die Maßnahme bedarf einer behördlichen Zulassung oder Anzeige nach anderen Rechtsvorschriften. Für die Dokumentation und für Anzeigen nach § 6 Abs. 7 und 8 BBodSchV ist das im Land Berlin zur Anwendung empfohlene „ Formular zur Anzeige und Dokumentation der Auf- oder Einbringung von Materialien auf oder in eine durchwurzelbare Bodenschicht sowie unterhalb oder außerhalb einer durchwurzelbaren Bodenschicht gem. § 6 Abs. 7 und 8 BBodSchV“ zu nutzen. Zusätzliche Anforderungen hinsichtlich zulässiger Schadstoffgehalte und Untersuchungspflichten an das Auf- und Einbringen von Materialien auf oder in eine durchwurzelbare Bodenschicht für landwirtschaftlich oder gärtnerisch genutzte Flächen werden in § 7 BBodSchV geregelt. Dabei soll mit der Regelung in § 7 Abs. 4 BBodSchV insbesondere sichergestellt werden, dass bei Aufbringung der nach BBodSchV zulässigen Materialien auch die damit verbundenen Auswirkungen auf die Ertragsfähigkeit von Böden unter Nährstoffaspekten Berücksichtigung finden. Das Auf- und Einbringen von Materialien auf oder in eine bestehende Bodenschicht ist gem. § 7 Abs. 6 BBodSchV nicht auf Flächen zulässig, die Bodenfunktionen nach § 2 Abs. 2 Nr. 1 und 2 BBodSchG in besonderem Maße erfüllen. Dazu zählen u. a. Wälder, Wasserschutzgebiete, Naturschutzgebiete und Natura 2000-Gebiete. Beim Einbau von mineralischen Ersatzbaustoffen in technischen Bauwerken, die eine technische Funktion erfüllen, z. B. im Straßen- und Wegebau, bei Industrie-, Gewerbe- und Lagerflächen, im Unterbau von Gebäuden und Sportanlagen sind die Anforderungen der EBV zu beachten. Die Vollzugshilfe zu §§ 6 – 8 BBodSchV der Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Bodenschutz (LABO) bietet umfangreiche Erläuterungen zu den bodenschutzrechtlichen Anforderungen an das Auf- und Einbringen von Materialien auf und in Böden sowie Beispiele zur Abgrenzung des Anwendungsbereiches der BBodSchV zur EBV.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 401 |
| Kommune | 87 |
| Land | 9338 |
| Wissenschaft | 20 |
| Zivilgesellschaft | 45 |
| Type | Count |
|---|---|
| Chemische Verbindung | 2 |
| Daten und Messstellen | 9351 |
| Förderprogramm | 316 |
| Gesetzestext | 2 |
| Text | 32 |
| Umweltprüfung | 1 |
| unbekannt | 40 |
| License | Count |
|---|---|
| geschlossen | 84 |
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| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 9689 |
| Englisch | 5393 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 4070 |
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| Dokument | 27 |
| Keine | 4896 |
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| Webdienst | 6 |
| Webseite | 4267 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 9206 |
| Lebewesen und Lebensräume | 9654 |
| Luft | 9437 |
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| Wasser | 9623 |
| Weitere | 9727 |