Die Saatgutbeschichtung ist ein Verfahren, welches in der Landwirtschaft bei über 50 Pflanzenarten angewandt wird und zur Verbesserung der Lagerung, Lebensfähigkeit und Keimung von Saatgut dient, was zu einem beschleunigten Pflanzenwachstum und höheren Erträgen führt. Bei herkömmlichen Saatgutbeschichtungen werden nicht abbaubare synthetische Polymere wie Polyether oder Polyurethane verwendet. Diese bieten nicht nur ein schlechtes Verhältnis zwischen Wirkstoff und Polymer, sondern tragen auch zur Verschmutzung durch Mikroplastik bei. Zukünftige EU-Verordnungen werden solche Materialien verbieten. Um diese Einschränkungen zu überwinden, schlagen wir die Entwicklung einer neuen Technologie vor, welche für die langfristige Konservierung und verbesserte Keimung von Saatgut in verschiedenen Klimazonen erforderlich ist. Wir schlagen eine adaptive Technologie zur Beschichtung von lebendem Saatgut vor, bei der ein Zusammenspiel zwischen biobasierten Hydrogelen und Nutzbakterien genutzt wird. Polysaccharide wie Dextran und Pektin, werden chemisch modifiziert, um funktionelle Gruppen zu integrieren, die für die Bildung kovalenter Vernetzungen in Hydrogelen verwendet werden können. Bifunktionelle Adhäsionspeptide werden zur Dekoration der Oberfläche von Bakterien verwendet, um eine nicht-kovalente Bindung der Bakterien an die Polysaccharidketten des Hydrogels zu gewährleisten. Anschließend werden reaktive Polysaccharide, Vernetzer oder Enzyme mit peptiddekorierten Rhizobakterien und Trehalose kombiniert und mit Hilfe einer Trommelbeschichtungstechnik auf verschiedene Samen aufgebracht. Wir werden die Beschichtungen auf molekularer, zellulärer und makroskopischer Ebene untersuchen und dabei die Dynamik der Vernetzungen, die Wechselwirkungen zwischen Peptiden und Bakterien, das Verhalten der Bakterien in den Hydrogelschichten sowie die Keimung der beschichteten Samen untersuchen. Folgende Ziele sollen erreicht werden: 1) Verbesserung der Trockentoleranz durch die Entwicklung programmierbarer Hydrogele, die nützliche Bakterien, Sporen und Samen als Reaktion auf Umwelteinflüsse rehydrieren. Dadurch wird die Anpassungsfähigkeit verbessert und das Wachstum in verschiedenen Klimazonen gefördert. 2) Entwicklung von Biohydrogel-Vernetzungen für die kontrollierte Keimung von Sporen und Mobilitätserhaltung von Bakterien. 3) Erforschung der Integration verschiedener Bakterienpopulationen für interaktive Kommunikation und langfristige Anpassungsfähigkeit in komplexen Ökosystemen. 4) Entwicklung umweltfreundlicher Saatgutbeschichtungen mit kontrolliertem Abbau, um Mikroplastik zu bekämpfen und so eine nachhaltige Landwirtschaft zu fördern. Dieses Projekt zielt darauf ab, die Biohybridtechnologie durch systematisches Design und Synthese von adaptiven lebenden Materialien voranzutreiben und Anwendungen für die Saatgutbeschichtung zu erforschen. In der zweiten Phase sollen diese Saatgutbeschichtungen in verschiedene Umgebungen untersucht werden.
Freigelüftete Schweineställe mit Ausläufen (NVPBOYs) werden weltweit mit zunehmendem Interesse verfolgt. Der Luftwechsel zwischen Außen- und Innenbereich von NVPBOY ist kaum verstanden, weshalb Emissionen und die Ausbreitung von Aerosolen derzeit nicht abgeschätzt werden können. Ziel des Antrags ist es, grundlegende Erkenntnisse hinsichtlich des Einflusses von Öffnungsgröße, Windgeschwindigkeit, Windrichtung, Temperatur, Lebendmasse und dem Aufenthaltsort der Schweine im Stall auf die Lüftungsrate und die Innenraumströmungsmuster von NVPBOYs zu erhalten. Im Projekt wird die Drei-Säulen-Modell-Methode, bestehend aus Windkanalexperimenten, On-Farm-Messungen und numerischer Strömungsdynamik, genutzt. Zur Modellierung der Lüftungsrate der NVPBOYs wird die Response-Surface Methode eingesetzt. Das Projekt wird grundlegende Erkenntnisse über die Wechselwirkung zwischen Lüftungsrate, Innenraumströmungen und ihren Einflussfaktoren bei NVPBOYs liefern. Dies ermöglicht eine genaue Quantifizierung der Lüftungsrate in Abhängigkeit von baulichen und klimatischen Randbedingungen sowie dem Tierverhalten. Die erwarteten Forschungsergebnisse sind eine Grundlage für die Sicherstellung eines guten Stallklimas, für die Abschätzung der Emissionen und für das Verständnis des Gas- und Aerosoltransports für die Schweine unter verschiedenen Randbedingungen.
Für die Fütterung von Wiederkäuern und die Biogasproduktion werden weltweit große Mengen an Silage verwendet. Die Gasaustausch-Prozesse an der geöffneten Silage bei der Entnahme sind in ihrer Dynamik nach wie vor wenig erforscht. Diese Erkenntnisse haben aber direkten Einfluss auf die Beurteilung der Silagequalität (Frische und Verderb) und die Bewertung der hiervon ausgehenden Umweltwirkungen (Klimagasemissionen). Hierzu wird eine grundlegende und umfassende Studie vorgeschlagen, die sich auf beide Themen konzentriert, die Oxidationsrate/Energieverlust und die Emission von Treibhaus- und Vorläufergasen. Dabei sollen zwei neuartige, automatisierte Multisensorsysteme zur Erfassung und Zuordnung der Signale der Gasemission aus der Silage verwendet werden. Die beiden üblichen Silage-Formen werden berücksichtigt: Flachsilos für Maissilage und Rundballen für Weidelgras, Luzerne und Mais. Die positive oder negative Wirkung chemischer und biologischer Zusatzstoffe auf die Verderbsprozesse und die Gasemission aus der Silage soll ebenfalls untersucht werden. Durch digitale Signalverarbeitung wird das freigesetzte CO2 in zwei Quellen aufgeteilt, von denen sich eine während der vorausgegangenen anaeroben Phasen in der Silage gebildet hat und die andere auf die mikrobiellen, aeroben Prozesse an der Anschnittfläche zurückzuführen ist. Während die erste Quelle eine abklingende Funktion aufweist, überdeckt sie zu Beginn der Messungen die zweite Quelle, die den eigentlichen oxidativen Prozess beschreibt und mit den Energieverlusten der Silage einhergeht. Unter Verwendung dieser neuen Erkenntnisse werden wir das häufig verwendete Pitt-Muck-Modell aktualisieren, um den CO2-Fluss von der geöffneten Seite eines Flachsilos zu simulieren. Mit Hilfe eines Datenmodell-Fusionsansatzes soll das Pitt-Muck-Modell so erweitert werden, dass die in-situ-Messungen aus Experimenten auf dem Untersuchungsbetrieb mit den numerischen Ergebnissen validiert und kombiniert werden können.