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'Agroforst neu entdeckt: Agrarökologische ernährungssensible Intensivierung von Gemüseproduktion unter Obstbäumen in West- und Ostafrika'

Ausarbeitung eines Wasserwirtschaftsplanes des Laikipia Distrikts in Kenia

Schwerpunktprogramm (SPP) 527: Bereich Infrastruktur - International Ocean Discovery Program, Teilprojekt: Entwicklung eines 3,5 Millionen Jahre langen Index der Dipolvariabilität im Indischen Ozean

Der Indische Ozean Dipol (IOD) ist der bestimmende Modus der jährlichen Variabilität der Meeresoberflächentemperaturen (SST) im tropischen Indischen Ozean. Der IOD repräsentiert warme (positive) und kalte (negative) SST-Schwankungen zwischen dem westlichen und östlichen Teil des Indischen Ozeans. Vom IOD verursachte extreme Klimaereignisse (z.B: Dürren in Australien, Überschwemmungen in Ostafrika) werden, angetrieben durch die Zunahme von Treibhausgasen, voraussichtlich in Zukunft häufiger auftreten. Trotz potentiell tiefgreifender Auswirkungen auf die angrenzenden Regionen mit mehr als 2 Milliarden Einwohnern ist die die postulierte Sensitivität des IOD gegenüber CO2 Variationen unzureichend erforscht. Hier könnte die Erforschung der IOD-Variabilität während geologischer Zeitintervalle mit höheren CO2-Gehalten einen wichtigen Beitrag leisten. Bisher fehlen jedoch geeignete paläoklimatologische Datensätze aus der Kernregion des IOD im Indischen Ozean weitgehend.Das vorgeschlagene Projekt zielt darauf ab, IOD-Veränderungen während der letzten 3,5 Millionen Jahre mittels eines neuen IOD-Proxies zu entschlüsseln. Dieser Zeitraum war durch erhebliche Schwankungen im globalen CO2-Gehalt gekennzeichnet und umfasst die Spät-Pliozäne Warmphase, die als Analogon für den künftigen Klimawandel gilt. Im Zentrum dieses Projekts steht die Hypothese, dass IOD-bedingte Schwankungen der Oberflächenwinde die tiefe meridionale Umwälzungszirkulation im Indischen Ozean beeinflussen. Basierend auf rezenten Beobachtungsdaten verursacht die Schwächung (Verstärkung) des Ekman-Transports während positiver (negativer) IOD-Phasen eine geringere (verstärkte) Belüftung des Tiefwasserregimes und folglich ein Aufsteigen (Absinken) der Lysokline. Diese neuen hydrografischen Erkenntnisse eröffnen somit einen völlig neuen Weg für die Erforschung vergangener IOD-Veränderungen. Daher zielt dieses Projekt darauf ab, Änderungen der Tiefenwasserbelüftung im westlichen Indischen Ozean als Index für die IOD-Variabilität heranzuziehen. In diesem Projekt sollen daher speziell zwei Hypothesen getestet werden:1) Karbonatlösungsszyklen sind Indikatoren für Veränderungen der Tiefenwasserbelüftung im westlichen Indischen Ozean und repräsentieren ein Maß für die Intensität des IOD,2) Die Amplitude des IOD ist linear korreliert mit Änderungen des globalen CO2-Gehalts.Um die Variabilität der Tiefwasserventilation in hoher zeitlicher Auflösung zu entschlüsseln, wird der Sedimentkern ODP 709 aus dem westlichen äquatorialen Indischen Ozean, einer Schlüsselregion des IOD, untersucht. Dabei werden Daten aus zeitlich hochaufgelösten XRF-Messungen mit stabilen Isotopen und Mg/Ca-basierend Meeresoberflächentemperaturen anhand von benthischen und planktischen Foraminiferen kombiniert. Die Synthese der gesammelten Daten erlaubt die Entwicklung deines Vergleichsindex der IOD-Variabilität für die letzten 3,5 Millionen Jahre.

Zirkulation und Klimavariabilität im tropischen Indischen Ozean

Im Projekt 'Circulation and Climate of the Indian Ocean' (CICIO) wird beantragt, die Zirkulation des westlichen Südindischen Ozeans mit profilierenden Tiefendriftern (Typ APEX) zu untersuchen, die auf flachen Trajektorien (200 m und 400 m) mit den Wassermassen mittreiben und alle 10 Tage Profile von Temperatur und Salzgehalt bis 2000 m messen und über Satelliten (ARGOS) absetzen. ... Die Arbeiten haben folgende Zielsetzungen: - Verbesserte Kenntnis der mittleren Zirkulation; Verfolgung des durch die Indonesischen Passagen eindringenden Pazifik-Wassers sowie des in der Südhemisphäre im Winter bei Abkühlung in die Sprungschicht eingetragenen (subduzierten) Wassers mit dem Südäquatorialstrom nach Westen, anteilige Aufspaltung in Somalistrom bzw. Verlassen des subtropischen Indischen Ozeans nach Süden und damit auch ein Beitrag zur Bestimmung der Ankopplung des Indischen Ozeans an das Weltmeer. - Untersuchung der Zusammenhänge zwischen Sprungschichtvariabilität im Auftrieb in der Auftriebszone bei 5-10 Grad S und deren Relevanz für die atmosphärische Variabilität. Diese Zone nimmt nach neuen Erkenntnissen eine Schlüsselrolle für die Niederschlagsvariabilität über Ostafrika ein. - Beitrag zu ARGO: Das Vorhaben soll auch ein deutscher Beitrag zum internationalen Programm ARGO ('Array for Real-time Geostrophic Oceanography') sein, mit dem in den kommenden drei Jahren derartige Floats alle Ozeane (mit einer geplanten Gesamtzahl von ca. 3000) abdecken sollen, um die Rolle des Ozeans für Klimaschwankungen besser verstehen zu können. Die Auswertung der Beobachtungen wird großteils in internationaler Absprache mit anderen ARGO-Gruppen des Indischen Ozeans (besonders USA und Frankreich) erfolgen.

Entschlüsselung der Effekte von Salinität und Sodizität auf Umsatz und Speicherung organischer Substanz in Nassreisböden des tropischen Ostafrikas

Die Versalzung von Böden stellt ein zunehmendes Risiko für die Produktivität im weltweiten Nassreisanbau dar, welcher die Ernährung für etwa 50% der Weltbevölkerung sichert. Es ist jedoch nicht abschließend geklärt, wie sich Salzstress auf den Kreislauf der organischen Bodensubstanz (SOM) und den Vorrat an organischem Kohlenstoff in Paddy-Böden auswirkt, insbesondere in afrikanischen Reisanbausystemen. Vereinzelte Forschungsarbeiten deuten darauf hin, dass Salinität und Sodizität unterschiedliche Wirkungen im SOM-Kreislauf entfalten, aber nur sehr wenige Studien haben bislang die Auswirkungen von salinen und sodischen Bedingungen auf die drei allgemeinen Faktoren des SOM-Umsatzes direkt miteinander verglichen, d. h. den OM-Eintrag (Menge und Qualität der Ernterückstände), OM-Abbau und Mineralisierung sowie SOM-Stabilisierungsmechanismen. Um diese Wissenslücke zu schließen, zielt das vorliegende Projekt darauf ab, Prozesse und Kontrollmechanismen entlang der SOM-Prozesskaskade unter salzbeeinflussten Bedingungen tropischer ostafrikanischer Paddy-Böden zu untersuchen. Das Projekt kombiniert Labor- und Feldexperimente in Zentralmosambik und stützt sich dabei auf definierte Bodenversalzungskategorien mit sowohl salzfreien und jeweils durch Salinität bzw. Sodizität geprägten Böden. Entlang dieser Kategorien werden physikochemische Bodeneigenschaften, der SOC-Eintrag und die daraus resultierenden SOC-Vorräte untersucht, um so Steuerungsfaktoren der SOM-Sequestrierung zu ermitteln. Dichtefraktionierung in Kombination mit Radiokohlenstoffanalysen wird zur Charakterisierung funktioneller SOM-Fraktionen und ihres Umsatzes eingesetzt. Durch chemolytische Analyse molekularer Biomarker wird die chemische Zusammensetzung und der mikrobielle bzw. pflanzliche Ursprung der SOM unter variablen Salzeinfluss erfasst. Zur Bewertung des SOM-Eintrags wird ein Feldversuch mit Streubeuteln über einen vollständigen Anbauzyklus durchgeführt, der die Bestimmung der Zersetzungsdynamik von Reisstroh unter den verschiedenen Salzregimen ermöglicht. Insbesondere werden wir den Massenverlust der Streu, den relativen Beitrag von Invertebraten und Mikroorganismen zur Zersetzung der Rückstände und die entsprechende Veränderung der Streuqualität mittels 13C-NMR-Spektroskopie quantifizieren. Schließlich gewährt ein Inkubationsexperiment unter feldnahen Bedingungen mit isotopisch markiertem Reisstroh Einblicke in die C-Flüsse, die Aufnahme von Reisstroh-C in funktionale SOM-Fraktionen, sowie die Wechselwirkungen zwischen SOM und der Mineralphase unter variablen Redoxbedingungen. Insgesamt bietet unser Projekt zum ersten Mal die Möglichkeit, die verschiedenen Prozesse und kontrollierenden Faktoren entlang der SOM-Prozesskaskade in Paddy-Böden unter salzbeeinflussten Bedingungen zu erfassen und damit ein konzeptionelles Modell für die Auswirkungen verschiedener Salzbelastungen auf die SOM-Sequestrierung zu entwickeln.

Agroforstliche Produktionssysteme

Initiiert durch das Lehrangebot zu Agroforstwirtschaft und entsprechende Nachfrage nach Diplomthemen entwickelt sich das o.g. Forschungsvorhaben zunehmend zu einem eigenstaendigen Schwerpunkt des Fachgebietes. Regelmaessig werden Erhebungen zur Baumintegration in landwirtschaftliche Produktionssysteme am tropisch/subtropischen Standort (bisher: Brasilien, Philippinen, Lesotho, Suedspanien) zur Produktivitaet einzelner Arten (Botswana, Australien) oder Literaturauswertungen ueber traditionelle und moderne Agroforstsysteme (Haiti, Kuba, Ostafrika) durchgefuehrt. Die Ausweitung dieses Forschungsschwerpunktes durch vertiefende Promotionsvorhaben (Indonesien, Mexiko) ist in Vorbereitung.

Oekologisch angepasste Landnutzung in den Feuchttropen Ostafrikas: Projet Agricole et Social Interuniversitaire Mainz/Butare (Rwanda)

Ziel der Forschungsarbeit im Projekt ist die oekologisch angepasste Intensivierung der kleinbaeuerlichen Landwirtschaft Rwandas mit Hilfe der Methoden des Standortgerechten Landbaus ('Oekologischer Landbau', 'Agroforstwirtschaft'). Hierzu werden seit 1985 gemeinsam mit Kollegen von der Faculte d'Agronomie der Universite Nationale du Rwanda Langzeitversuche auf Modellfeldern in Butare/Rwanda durchgefuehrt. Derzeitige Forschungsschwerpunkte sind: - Vergleichende Untersuchungen zur Integration unterschiedlicher Agroforstbaumarten in die landwirtschaftlich genutzte Flaeche; - Optimierung der Umsetzung der von Baeumen und Hecken produzierten Biomasse; - Verbesserung des Erosionsschutzes mit biologischen Methoden (z.B. alley cropping mit Leguminosenhecken); - Feinanpassung des Systems an die Erfordernisse der Kleinbauern.

Vegetationskundliche Untersuchungen im Bergwald am Kilimanjaro

Der Kilimanjaro weist zur Zeit noch einen weitgehend geschlossenen Waldgürtel auf. Durch eine stark unterschiedliche Niederschlagsverteilung einerseits und eine ausgeprägte Höhenzonierung andererseits ergibt sich eine hohe Diversität der Waldbestände im Hinblick auf Artenzusammensetzung, Schichtung und Lebensformen. Insbesondere der Bergwald des Südhanges ist in seiner Vielfalt nicht nur wegen seines Epiphyten- und Farnreichtums einzigartig in Ostafrika. Hier finden sich große Gebiete, die aufgrund ihrer Unzugänglichkeit noch unberührt sind. Somit bietet sich die einmalige Gelegenheit, diesen interessanten Lebensraum in natürlicher Ausprägung zu studieren. Dies wurde vom Antragsteller in einem vorangegangenen DFG-Projekt begonnen. Im Rahmen des hier beantragten Habilstipendiums soll dieses umfangreiche Projekt abgeschlossen werden. Erstes Ziel ist die Vervollständigung der vegetationskundlich ökologischen Bestandserfassung aller Waldtypen und ihrer Regeneration. Im Anschluss daran eine Vegetationskarte erstellt werden. Mit diesen Arbeiten wird eine wissenschaftliche Grundlage für die immer dringlicher werdenden gezielten Schutzmaßnahmen geschaffen.

Functions and Uses of Wetlands in Changing Savannah Environments

Land and water shortages are currently driving the use of wetland sites in East African savannah environments. Pastoralists, traditional subsistence farmers, and commercial farms increasingly compete for limited land and water resources. Transfers between wetlands and surrounding dryland savannahs are changing both on a material level and the social level. International interests interfere with the decision-making of local resource users and changes in wetland use are frequently linked to global processes. Ecosystem collapse phenomena and social conflicts increasingly centre on wetlands. The dynamics of the coupled biophysical and socio-cultural processes are seen to determine the resilience, collapse or eventually the reorganisation of agriculturally used wetlands. The interdisciplinary sub-project will describe wetland ecosystem changes under intensified use and establish threshold values for land use. In close collaboration with subprojects B1, B2 and C3 the diverse economic and social strategies of various resource users in the face of changing bio-geophysical conditions will be described, and the rapidly unfolding political ecology of initially two contrasting wetland systems in the East African savannah will be documented.

Sonderforschungsbereich (SFB) 806: Unser Weg nach Europa: Kultur-Umwelt Interaktion und menschliche Mobilität im Späten Quartär

Der SFB 806 'Unser Weg nach Europa', eingerichtet im Jahre 2009, erforscht die Menschheits- und Umweltgeschichte von der Entstehung der anatomisch modernen Menschen vor 190 000 Jahren in Afrika und ihrer Einwanderung nach Europa. Der SFB 806 setzt geowissenschaftliche, kulturwissenschaftliche und archäologische Methoden ein, um die naturräumlichen und kulturellen Kontexte der Ausbreitungs- und Rückzugsbewegungen prähistorischer Populationen zu rekonstruieren. Ähnlich wie in den ersten beiden Phasen des SFB 806 unterscheiden sich die zu untersuchenden Zeitrahmen (MIS 6 bis MIS 1) je nach Region: Es begann in Ostafrika vor etwa 190.000 Jahren (während MIS 6) mit dem ersten Auftreten von AMH in Äthiopien. Seine Ausbreitung in den Nahen Osten (und andere afrikanische Regionen) erfolgte - basierend auf Ergebnissen von unterschiedlichen Forschungsfeldern außerhalb des SFB 806 - während MIS 5 bis MIS 3 in mehreren 'Wellen', die nicht alle erfolgreich waren, d.h. mit der lang anhaltende Vorherrschaft unserer Vorfahren in diesen neuen Regionen verbunden waren. Vor allem im Nahen Osten wurde AMH zunächst von Neandertalern 'zurückgedrängt', kehrte aber während des MIS 4 bis MIS 3 zurück, um sich dann weiter nach SO-Europa auszubreiten. MIS 5 bis MIS 2 sind jeweils relevante Zeitrahmen für die Arbeiten in unserem westlichen Korridor, während sich die Ausbreitung von AMH in Mitteleuropa während MIS 3/4 bis MIS 1 vollzog. Was waren die Hauptfaktoren, die diese Mobilität ermöglichten oder verhinderten? Bisher haben wir deutliche Hinweise, dass es sich um eine Reihe von Faktoren gehandelt haben muss, die zum einen gemeinsam vorkamen, sich andererseits aber in Raum und Zeit unterschieden: Klima, Umwelt und kultureller Kontext sowie Bevölkerungsdichten sind nennenswerte Faktoren. Derzeit wird diskutiert (Stringer 2011: 221), ob Bevölkerungswachstum einer der Faktoren für die Akkumulation und die Erhaltung von neuen Verhaltensweisen in alten menschlichen Gemeinschaften waren. Diese neuen Verhaltensstrategien sollte Menschen dazu befähigt haben, optimal an neue Herausforderungen in neuen Regionen angepasst zu sein.

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