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Spatial Dynamics of Wetland Plant Populations: Reponses to Habitat Fragmentation and Land-Use Changes

Fen meadows belong to the few remaining semi-natural plant communities with high species diversity and a high proportion of rare and endangered species. They are influenced by groundwater or aquifer discharge. Their existence depends on continued but low-intensity agricultural use, i.e. lat-season mowing or extensive grazing. Agricultural practices in the past have led to a demise and fragmentation of fen areas. Even though protected by law the persistence of the remaining fens is still threatened by intensified farming (drainage, fertilization) or abandonment (cessation of mowing). The goal of this project is to investigate patterns of diversity and to develop conservation strategies. The following questions are asked: How do different agricultural practices, habitat fragmentation and altitude of the fens influence the diversity of mosses, higher plants and insects? Do the same factors also affect the morphology and the population structure of a typical fen plant species? How does productivity influence the vegetation composition and plant species richness of montane fen meadows? How does fertilization affect the competitive ability of selected plant species? Which conservation measures can protect the endangered montane fens? For the study we randomly selected 36 montane fens from the wetland inventory of Switzerland. For three altitude classes (800-1000 meters above sea level, 1000-1200 meters a.s.l. and 1200-1400 meters a.s.l.) 12 fens each were selected for our investigation, six of them mown once a year, six grazed by cattle's. Species diversity and -composition, vegetation structure, productivity and the population structure of single species were recorded for each of the 36 fens. The influence of nutrient inputs and habitat quality on the competitive ability of fen-species was assessed in a field-experiment. Previous results: Biodiversity of montane fen meadows is mainly influenced by the agricultural practices. Mown sites exhibit more species of vascular plants and butterflies than cattle-grazed areas, whereas grasshoppers prefer grazed sites with complex Vegetation structure. The species richness of vascular plants is closely related to the aboveground biomass. Highest diversity occurs at intermediate levels of bio-mass. High soil fertility reduces species richness. The diversity of mobile organisms such as butterflies not only depends on the habitat quality of the fen sites but additionally on that of the adjacent areas. Habitat fragmentation clearly reduces the diversity of all investigated organisms. In conclusion, only a diverse land-use can maintain the species diversity of different groups of organisms. Additionally, the remaining fen meadows have to be protected from fragmentation and nutrient influx.

Totalabbau von halogenierten Kohlenwasserstoffen (GSF-Programm 77 991)

Pruefung und Anwendung der an Modellverbindungen des Abbauweges der Ortho-Spaltung aufgestellten Struktur-Persistenz-Korrelation chlorierter Kohlenwasserstoffe (GSF-Projekt 3740) bei fluorierten Kohlenwasserstoffen sowie bei halogenierten Kohlenwasserstoffen in Gegenwart zusaetzlicher Nichthalogensubstituenten. Erarbeitung von Grundlagen zur Zuechtung und Konstruktion neuer Bakterienstaemme fuer den Totalabbau von halogenierten aromatischen Kohlenwasserstoffen.

Das Verhalten ausgewaehlter Desinfektionsmittel in Oberflaechenwasser sowie bei Infiltration und Untergrundpassage

Aufbauend auf bisherigen Erkenntnissen sollten die Wechselwirkungen zwischen persistenten, phenolischen Desinfektionsmittelkomponenten und biologisch-chemisch-physikalischen Prozessen im Oberflaechenwasser sowie bei ausgewaehlten Verfahren der Trinkwasseraufbereitung ermittelt werden. Dazu muessen die in Frage kommenden Anreicherungs - und Nachweisverfahren dieser besonderen Problematik angepasst werden. Mit Hilfe relativ unkomplizierter Analysenmethoden sollten detaillierte Untersuchungen zum Transport- und Abbauverhalten in waessrigem Milieu durchgefuehrt werden. Neben Laborversuchen bietet sich dazu eine halbtechnische Anlage zur Infiltration und Untergrundpassage an. Darueber hinaus sollen Stichproben aus dem Einzugsgebiet der Dortmunder Stadtwerke AG Aufklaerung ueber die Belastung der Ruhr und des Trinkwassers durch diese Stoffe geben. Eine moeglichst umfassende Literaturzusammenstellung zu diesem Thema erfolgt mit Hilfe der EDV-Literaturspeicherung.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1788: Study of Earth system dynamics with a constellation of potential field missions, Die Bedeutung der Dynamik der MLT in mittleren und hohen Breiten auf das ionosphärische/thermosphärische Wetter (DYNAMITE)

Das ionosphärische/thermosphärische (I/T) System unterliegt zum einen solaren und magnetosphärischen Einflüssen und wird ebenfalls von zwar kleinskaligen, aber persistenten und darum bedeutenden Prozessen aus der mittleren Atmosphäre angetrieben. Gerade der zuletzt genannte Einfluss wird seit Jahren vermutet, es konnte jedoch bis jetzt kein klarer Beleg für die Kopplung gefunden werden. Alle Anregungen aus der mittleren Atmosphäre müssen sich durch die Mesosphäre und untere Thermosphäre (MLT) ausbreiten. Dabei wechselwirken die Wellen untereinander und koppeln an die I/T. Diese Kopplung kann (a) durch die direkte Ausbreitung von primären (oder sekundären) Wellen, und /oder (b) indirekt durch den E-Region-Dynamo erfolgen. Deshalb ist die MLT generell von Bedeutung für die dynamische Anregung der I/T, in mittleren und hohen Breiten tritt sie aber besonders hervor: (1) auf diesen Breiten wurden bislang wenige Untersuchungen des I/T Systems (z.B. der Gezeiten) durchgeführt, was auf die unzureichende Auflösung der meisten Satelliten zurückzuführen ist, und (2) aktuelle Studien mit globalen gekoppelten Atmosphären/Ionosphären Simulationen zeigen, dass gerade bei diesen Breiten die solaren und lunaren Gezeiten, die für viele elektrodynamische Effekte in niedrigen Breiten verantwortlich sind, besonders große Amplituden während stratosphärischer Erwärmungen (SSW) erreichen. Wir beantragen, die einzigartigen Radars und Lidars des IAP in mittleren und hohen Breiten zu nutzen, um den Grundstrom, die Wellen und deren Wechselwirkungen in der MLT zu charakterisieren. Die lokalen Radarwindbeobachtungen erfolgen kontinuierlich in einem Höhenbereich von 70 -100 km und können durch Lidarmessungen zu niedrigeren Höhen erweitert werden. Dies ermöglicht die Untersuchung der vertikalen Ausbreitung von Wellen im Wind und der Temperatur. Diese Studien werden zusätzlich durch Satellitendaten und Re-Analyse komplementiert, um sowohl regional als auch global den Antrieb durch die mittlere Atmosphäre zu erfassen. Die direkte Kopplung wird durch Vergleiche der saisonalen und jährlichen Gezeiten über den Radaren mit den thermosphärischen Daten der Satelliten aus den Überflügen mit polaren Orbits untersucht. Der Einfluss des E-Region-Dynamos wird mit Hilfe von Simulationen gekoppelter Atmosphären/Ionosphären-Modellen analysiert und beinhaltet die Anregung der lunaren Gezeit in Zeiträumen mit und ohne SSW. Die Modelle werden mit bodengebunden Beobachtungen und satellitengestützten ionosphärischen Daten verglichen und validiert. Neben vielen offenen Fragen zur Kopplung der MLT mit dem I/T-System, erwarten wir insbesondere Ergebnisse zu folgenden Fragen: (a) Wie wirkt sich die beobachtete Kurzzeitvariabilität der MLT auf Wellen und dem Grundstrom in Bezug zum I/T Wetter aus?, (b) Was sind die Charakteristiken der solaren und lunaren Gezeiten für verschiedene Strukturen des polaren Wirbels während SSW und welche Auswirkungen entsprechen diesen im I/T-System?

Polychlorierte Terphenyle und Quarterphenyle (PCT/PCQ) - Synthese, Analytik und Verhalten bei thermischer Belastung

Weltweit wurden ca. 60000 t polychlorierte Terphenyle (PCT) produziert. Die PCT sind persistent, bioakkumulierend, toxikologisch relevant, wahrscheinlich ubiquitär vorhanden und in akzidentielle und Abfallverbrennungen involviert, wo sie auch neu gebildet werden können. Trotz dieser Fakten wurde die Stoffgruppe in der umweltchemischen Forschung bisher unzureichend untersucht. Die Ziele dieses Projektes sind: - die Synthese von definierten PCT-Kongeneren für weitergehende Untersuchungen (thermische Belastung, Hochtemperaturchemie) und als Standards für die Analytik, - die Strukturaufklärung und Synthese von PCT-Folgeprodukten nach thermischer Belastung, wie z.B. der bisher in der Literatur nicht beschriebenen vielkernigen Benzofuranstrukturen(Strukturanalytik), - die Synthese von komplexeren Molekülstrukturen wie ringförmigen vielkernigen Benzofuranen nach der Betrachtung von zunächst einfacheren Marker-Molekülen als direkte PCT-Derivate, - Computersimulationen zu diesen Verbindungen, - Entwicklung der Analytik für thermisch erzeugte PCT-Folgeprodukte, und - Weiterentwicklung von clean-up und Quantifizierung in der PCT-Analytik (Konzentrationsanalytik).

Ressortforschungsplan 2024, Moving persistence testing into the 21st century: Entwicklung einer innovativen, gestuften 'bottom up' Teststrategie am Beispiel der bisher bekannten Kontaminanten der Trinkwasserressourcen

Durch ReFoPlan-Vorhaben FKZ 3719654080 (UBA Texte 20/2023) ist eine Stoffliste mit 639 bekannten Kontaminanten der Trinkwasserressourcen (55 Studien von 2000 bis 2019, Uferfiltrat, Grundwasser, Rohwasser, Trinkwasser) erstellt worden. 311 sind REACH-registriert. Davon sind 24 % als PMT/vPvM-Stoffe klassifizierbar, aber 42 % sind bisher nicht auf Persistenz getestet worden und können deswegen nicht durch die EU-Behörden unter REACH reguliert werden. Eine Priorisierung der Stoffliste erfolgt bis Ende 2023 durch ein Sachverständigengutachten in IV 2.3. Gleichzeitig zeigt das ReFoPlan-Vorhaben FKZ 3720644080 (UBA Texte xx/2023) für den OECD TG 309 eine hohe Priorisierung zur Testguidelineüberarbeitung (55 Kommentare und Platz 5 von 36). Das ReFoPlan-Vorhaben 'P-Ident2' FKZ xxxx (UBA Texte xx/2023) wiederum hat bewiesen, dass eine Testung von Mischungen persistente Stoffe identifizieren kann. Ziel dieses Forschungsvorhaben ist es, auf aktuelle Forschungsergebnisse aufzubauen und am Beispiel der bisher bekannten Kontaminanten der Trinkwasserressourcen, eine innovative, gestufte 'bottom up' Teststrategie zu entwickeln. Die Teststrategie soll zeitsparend, preiswert und zuverlässig die persistenten Chemikalien aus einer Stoffliste identifizieren, ohne dabei teure radioaktive Testsubstanzen einsetzen zu müssen. Zuerst werden Mischungen der Testsubstanzen (ca. 40 pro Test) in modifizierten OECD TG 309 Testsystemen bei niedrigen Konzentrationen mit biotischen und abiotischen Kontrollen getestet. Im zweiten Schritt wird die Abbaubarkeit jeder einzelner Testsubstanz durch das Verhältnis zwischen biotischen und abiotischen Peakflächen bewertet. Durch Wiederholung des ersten Schrittes in unterschiedlichen Kombinationen sollen systematische Fehler sowie Unsicherheiten minimiert werden. Der dritte Schritt ist das Ranking innerhalb der Stoffliste. Im letzten Schritt erfolgt für die priorisierten persistenten Chemikalien ein einfacher OECD TG 309 Test.

LURCH - PFClean: Innovatives modulares System zur nachhaltigen Reduzierung von PFAS-Kontaminanten aus Boden und Grundwasser

Mesocosms of brown algae of Laminariales and Fucales to quantify fucoidan secretion, persistence and aggregation

Six mesocosm experiments with specimens of Fucales or Laminariales were conducted across six georegions (3 mesocosms with brown algae, 3 mesocosms without brown algae). Incubations lasted 24 days, followed by a year-long monitoring of incubation water. During the first 12 days, brown algae were maintained in mesocosms adjacent to control mesocosms, with 1 L of water sampled every second day. Half of the mesocosm water was replaced with fresh seawater after each sampling. Environmental conditions and primary productivity of specimens was recorded during the incubation. After 12 days, specimens were removed and incubation continued for another 12 days, maintaing the same sampling routine. At the end of the 24 day- incubation period, long-term monitoring was set-up with 6-10L of incubation water in two different conditions: one exposed to a controlled light cycle at 20°C, the second set in darkness at 4°C with added nutrients (40 µM NO3- and 3µM PO43-). Additional water samples were collected along transects extending from near-shore brown algae poplulations. Water samples were filtered over pre-combusted GFF filters (450°C, 4.5h), and both the filtrate and filters were analysed for dissolved organic carbon (DOC), particulate organic carbon (POC). Fucoidan was quantified in dissolved (>1kDa) fraction and surface active fraction (SAF) (> 1kDa and negative charged fraction purified with anion exchange chromatography) fractions through monosaccharide quantification after acid-hydrolysis (100°C, 24h) using HPAEC-PAD, according to Engel and Händel, 2011. Intact polysaccharides were detected using structure-sensitive monoclonal antibodies (Torode et al., 2015; Vidal-Melgosa et al., 2021). Microbial cells were quantified using DAPI-cell staining and counting. Semi-quantitative measurements of particulate fucoidan were performed via acid hydrolysis of GFF filter pieces, followed by monosaccharide analysis via HPAEC-PAD. Sedimented particles to bottom of mesocosms were scooped out on day 24 for monosaccharide analysis and BAM1 antibody binding specific to fucoidan.

Forschungsprogramm Experimenteller Wohnungs- und Städtebau (ExWoSt), Modellprojekt Stadt Regensburg

Ausgangslage/Betroffenheit: Die Stadt Regensburg hat etwa 134.000 Einwohner (Erstwohnsitze) und ist damit die viertgrößte Stadt Bayerns. Unter den Modellvorhaben weist Regensburg das stärkste Bevölkerungswachstum auf - sowohl in der zurückliegenden Einwohnerentwicklung als auch in den Prognosen bis 2025, nach denen ein Anstieg der Bevölkerung um 5,4Prozent erwartet wird. Regensburg liegt am nördlichsten Punkt der Donau und den Mündungen der linken Nebenflüsse Naab und Regen. Es wird von den Winzerer Höhen, den Ausläufern des Bayrischen Waldes und dem Ziegetsberg umrandet, wodurch die Entstehung von Inversionswetterlagen begünstigt wird. Durch die topographische Pfortenlage weist die Stadt zudem eine hohe Nebelhäufigkeit auf und ist insbesondere in den Wintermonaten anfällig für Feinstaubbelastungen. Im Gegensatz zu vielen anderen Städten hat Regensburg einen relativ kompakt gegliederten Stadtkörper und eine insgesamt homogene Siedlungsstruktur. Prägend ist die historische Altstadt mit ca. 1.000 denkmalgeschützten Gebäuden. Diese gilt als einzige authentisch erhaltene, mittelalterliche Großstadt Deutschlands und ist seit 2006 Welterbe der UNESCO (Organisation der Vereinten Nationen für Erziehung, Wissenschaft und Kultur). Die Regensburger Altstadt wird als 'Steinerne Stadt' charakterisiert. Ihre historisch gewachsene dichte Baustruktur mit steinernen Plätzen und Gassen, wenig Bäumen im öffentlichen Raum und einer hohen Nutzungsdichte (Wohnen, Einkaufen, Arbeiten, Tourismus) erwärmt sich insbesondere im Sommer stärker als das Umland und wirkt als Hitzespeicher. So können die Temperaturunterschiede im Stadtgebiet bis zu 6 GradC betragen. Das Phänomen der Wärmeinsel, das sich im Zuge des fortschreitenden Klimawandels deutlicher ausprägt, impliziert einen sinkenden thermischen Komfort, löst zusätzliche Energiebedarfe aus und stellt u.U. veränderte Ansprüche an die Gestaltung von Freiflächen. Aufgrund der Lage an der Donau muss sich Regensburg ferner auf häufigere Schwüle und Gefährdung durch Hochwasser einstellen. Aus der Notwendigkeit zur Anpassung an den Klimawandel erwächst in Verbindung mit anderen Zielbildern einer nachhaltigen Siedlungsentwicklung ein umfassender planerischer Handlungsbedarf. Im Rahmen des Modellprojekts thematisiert die Stadt Regensburg den Widerspruch zwischen einer Stadtentwicklungs- und Bauleitplanung, die auf Flächensparsamkeit und Innenentwicklung ausgerichtet ist, und erforderlichen Anpassungsstrategien an den Klimawandel, die bei der besonderen städtebaulichen Kompaktheit der Stadt Regensburg tendenziell eine Auflockerung von Baustrukturen und Flächenentsiegelung beinhalten. Im Sinne einer klimaangepassten Stadtentwicklung galt es: - auf strategischer Ebene die Weichen für eine klimaangepasste Flächennutzung für die zukünftige Stadtentwicklung zu stellen - auf operativer Ebene Maßnahmen für restriktive bis persistente Stadt- und Freiraumstrukturen zu entwickeln.

Zeitliche und räumliche Dynamik der Mutationslast des Antarktischen Prädatoren Arctocephalus gazella

Die Resilienz natürlicher Populationen gegen Umweltveränderungen wird von der Menge schädlicher Mutationen in der Population, d.h. ihrer Mutationslast bestimmt. Deren Fitnesseffekt hängt vom Selektionsdruck und der Populationsgröße ab, welche beide in Raum und Zeit veränderlich sind. Auswirkungen dieser Dynamik auf die Mutationslast sind wenig erforscht, was unser Verständnis der Gefährdung von Arten durch Umweltveränderungen behindert. Drastische Reduzierungen der Populationsgröße führen zu Inzucht, was die Mutationslast stärker exponiert und selektiv wirksam macht. Dies verursacht eine Fitness-Reduktion betroffener Individuen, ermöglicht aber auch eine Entfernung schädlicher Mutationen durch Purging, was die Mutationslast langfristig verringern kann. Folglich hat Übernutzung in der Vergangenheit die Mutationslast vieler Arten beeinflusst, vor allem in der Antarktis, wo Robben- und Walfang große ökologische Auswirkungen hatten. In meinem Projekt plane ich durch Genomsequenzierung räumliche und zeitliche Dynamiken der Mutationslast in Antarktischen Pelzrobben zu erforschen. Dabei verfolge ich drei komplementäre Ziele. Erstens werde ich räumliche Dynamiken der Mutationslast durch den Vergleich von sechs Populationen mit unterschiedlicher effektiver Populationsgröße und Geschichte untersuchen. Erkenntnisse zur Mutationslast dieser Populationen liefern Aufschluss über deren Gefährdung durch Umweltveränderungen. Zweitens werde ich Langzeit-Dynamiken der Mutationslast durch eine Quantifizierung von Purging zu verschiedenen Zeitpunkten der Populationsgeschichte analysieren. Ein Vergleich von Regionen innerhalb des Genoms welche vor, während und nach dem durch Robbenjagd verursachten Flaschenhals von Inzucht betroffen waren, wird über das genetische Erbe dieses Eingriffes aufklären. Schließlich werde ich kurzfristige Dynamiken der Mutationslast untersuchen, indem ich den Umwelteinfluss auf die Mutationslast einer rückläufigen Population in Südgeorgien analysieren werde. Dort hat sich der Selektionsdruck auf die Robben durch den von Erwärmung getriebenen Rückgang des Antarktischen Krills erhöht. Eine einzigartige, vier Jahrzehnte umfassende Langzeitstudie erlaubt hier die Erforschung des Zusammenhangs der Mutationslast und dem Fitnessmerkmal „Rekrutierungs-Erfolg“. Dies kann zeigen, ob aktuelle Umweltveränderungen die Mutationslast durch Purging verringern, was für die Beständigkeit der Populationen relevant ist. Mein Projekt kombiniert hochauflösende genomische Verfahren mit einem herausragenden Untersuchungssystem und verspricht neue Erkenntnisse zur Beständigkeit eines antarktischen Prädatoren. Diese sind essentiell für das Verständnis der Resilienz des Ökosystems des Südpolarmeeres. Durch die Einführung moderner genomischer Methoden in ein polares Modellsystem werde ich zum SPP beitragen können, zudem werde ich mich durch Kollaborationen und das Ausrichten eines Workshops zu reproduzierbarem coding in die breitere SPP-Gemeinschaft integrieren.

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