Wiederverwendung von Abwasser (AW) in landwirtschaftlicher Bewässerung ist eine effiziente Möglichkeit, Wasser zu sparen und die Nahrungsmittelproduktion für eine wachsende Bevölkerung unter den Bedingungen des Klimawandels zu steigern. Infrastrukturinvestitionen führen in vielen Ländern zu einer Verlagerung von Bewässerung mit unbehandeltem AW hin zu behandeltem AW. SP 5 wird dazu beitragen, die Hypothesen zu prüfen, dass i) die Umweltkonzentrationen von Schadstoffen, die aus dem Boden freigesetzt und von Pflanzen aufgenommen werden, hoch genug sind, um Antibiotikaresistenzen zu selektieren und horizontalen Gentransfer (HGT) in Böden und Pflanzen auszulösen, und ii) der Bodentyp die Freisetzung von Schadstoffen und die damit verbundene Selektion von Antibiotikaresistenzen moduliert. Die Wirkung der Zugabe von behandeltem oder unbehandeltem AW zu Leptosolen, Phäozemen und Vertisolen, die seit >80 Jahren mit unbehandeltem AW bewässert werden, auf Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft und Häufigkeit von Antibiotikaresistenzgenen (ARG) sowie mobilen genetischen Elementen (MGE), die mit gramnegativen Bakterien (GNB) assoziiert sind, wird in einem gemeinsamen Inkubations- und Batch-Experiment in Gesamt-DNA getestet. HGT-Raten zwischen GNB werden für eine Teilmenge von Bodenproben bestimmt. Isolierte Enterobakterien (SP 6) werden auf das Vorhandensein übertragbarer Plasmide gescreent. Die Mobilisierung von ARG zu IncP-1-Plasmiden aufgrund der Selektion durch Antibiotika und Desinfektionsmittel, die dem AW zugesetzt und aus Boden freigesetzt werden, wird in einem Satellitenexperiment getestet. Dabei wird das Bodenbakterium Acinetobacter baylyi BD413, das IncP-1-Plasmide ohne ARG trägt, auf die unterschiedlich behandelten Böden aufgebracht, nach 28 Tagen isoliert und die Plasmide auf erworbene ARG gescreent. Die Relevanz der Pflanzen für Selektion und Ausbreitung von ARG und Transfer in die Nahrungskette wird im gemeinsamen Bodensäulexperiment mit monolithischen, "ungestörten", mit Koriander (Coriandrum sativum) bepflanzten Bodensäulen untersucht. SP 5 wird die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft in Phyllosphäre und Wurzeln/Rhizosphäre, die relative Häufigkeit von ARG und MGE von GNB und die HGT-Raten zwischen GNB bewerten. SP 5 bringt gleiches Fachwissen und gleiche Techniken in das gemeinsame Feldexperiment mit Koriander bepflanztem Phäozem-Boden ein, um kontrollierte Labor- und Gewächshausversuche mit realen Bedingungen zu verbinden, insbesondere im Hinblick auf Auswirkungen von Bewässerungswasserqualität auf Phyllosphärenbakterien, die unter Gewächshausbedingungen schwer zu untersuchen sind. Durch Verknüpfung der Ergebnisse und Fachkenntnisse mit Daten und Kenntnissen der anderen SP, ebenfalls mit Hilfe des integrierten mathematischen Modells (SP 7), trägt SP 5 zu einem mechanistischen Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Schadstoffen, Antibiotikaresistenzen und Pathogenen in sich verändernden AW-Bewässerungssystemen bei.
Das unvollständige Verständnis des Kohlenstoffkreislaufs im Boden spiegelt sich in der unsicheren Vorhersage der allgemeinen Systemreaktion wider, die oft rätselhaft ist und von Modellansätzen, die Bodenmikroorganismen ausschließen, nicht zuverlässig erfasst werden kann. Die Idee des C-Timing-Projekts ist, dass die sich rechtzeitig entwickelnde mikrobielle Gemeinschaft im Boden eine Kaskade von Ereignissen auslöst, die den Zersetzungsprozess entweder reduzieren/stabilisieren oder intensivieren. Die Wege der Zersetzungskaskade werden durch den Energieinput begrenzt und durch die Energieverteilung über die Kanäle des Nahrungsnetzes geformte Sauerstoffverfügbarkeit reguliert. Biologische Prozesse, die die Effizienz der Kohlenstoffnutzung beeinflussen, werden in diesem Projekt berücksichtigt und modelliert. Sie umfassen die Substrataufnahme durch Mikroorganismen, das mikrobielle Wachstum, die Aufrechterhaltung, die CO2-Emission, das Recycling der mikrobiellen Biomasse und das mikrobielle Absterben aufgrund von Prädation durch Weidetiere. Es werden mehrere Modelle mit zunehmender Komplexität und unterschiedlicher Darstellung der aufgeführten Prozesse erstellt und hinsichtlich i) der Gleichgewichtsverhältnisse der Haupt-C-Pools im Steady-State, ii) der transienten Dynamik der Hauptpools als Reaktion auf Substrateintrag oder Stresseinwirkung, die zur Unterdrückung des mikrobiellen Wachstums und des mikrobiellen Todes führen, analysiert. Besonderes Augenmerk wird auf die Bewertung der Modellstruktur in Bezug auf die zuvor ermittelten grundlegenden Beziehungen gelegt (z. B. Verhältnis von Cmic:Corg, Effizienz der Kohlenstoffnutzung und Effizienz der Kohlenstoffspeicherung auf lange Sicht).Der Hauptfaktor, der die metabolische Effizienz von Mikroorganismen im Boden beeinflusst, ist der vorherrschende Elektronenakzeptor, der die Energie- und Kohlenstoffumwandlung steuert. Daher werden aerobe und anaerobe Bedingungen für eine erfolgreiche Modellierung von mikrobiellem Wachstum und Umsatz unterschieden. Das allgemeine Ziel des Projektes ist es, ein mikrobiell-explizites Modell des Umsatzes organischer Substanz im Boden zu entwickeln, das auf einfache Weise die Dynamik der Kohlenstoff- und Energienutzungseffizienz beschreibt, eingeschränkt durch biotische Interaktionen und Bodenrandbedingungen. Dazu werden komplementäre Modellversionen entwickelt, verglichen und ggf. fusioniert. Ziel ist es, den Haupttreiber der zeitlichen Veränderungen des CUE zu finden, der durch die mikrobielle Thermodynamik und die Dynamik der funktionellen Struktur der mikrobiellen Bodengemeinschaft bestimmt wird. Die Simulationsergebnisse werden mit experimentellen Daten validiert, die in den Kernexperimenten und Verbundprojekten des SPP 2322 Soil Systems gesammelt wurden. Die endgültige Auswahl der vereinfachten Modellversion, die auf dem holistischen Prinzip basiert und vom SPP-Konsortium genehmigt wurde, erfolgt in Abstimmung mit anderen Modellierungsgruppen im Schwerpunktprogramm.
Nichtlineare, stochastische und dissipative geophysikalische Strömungen in Atmosphäre und Ozean sind Teil der Turbulenztheorie. Diese beeinflussen die Dynamik im Bereich von Zentimetern bis zu mehreren hundert Metern sowie die meso- und synoptischen Skalen. Ein Beispiel hierfür ist das Powerspektrum von mesoskaligen horizontalen Winden, das sich statistisch ähnlich wie Meterskalen verhält und mit den Vorhersagen der klassischen isotropen 3D Turbulenz übereinstimmt, wie sie in der Arbeit von Nastrom und Gage von 1984 gefunden wurde. Diese Erkenntnis machte neue Turbulenztheorien nötig, die eine Alternative zur klassischen Erklärung der Schwerewellen bieten könnten, um die Physik hinter der mesoskaligen Dynamik in geophysikalischen Strömungen zu verstehen, wie etwa die Theorie der stratifizierten (geschichteten) Turbulenz (ST). Ein leistungsfähiges Untersuchungsinstrument der ST-Theorie ist die Analyse von Statistikdaten höherer Ordnung von Zustandsvariablen, die das mittlere Strömungsverhalten beschreiben. Dies gilt insbesondere für die Strukturfunktion (SF), die Messungen der gleichen Parameter zu verschiedenen Zeitpunkten und an verschiedenen Orten auf einen einzigen Wert, durch die Schätzung von Ensemble-Mittelwerten, synthetisiert. Eine wesentliche Einschränkung bei der Untersuchung der mesoskaligen Dynamik der Winde durch die Abschätzung von SFs hoher Ordnung für verschiedene atmosphärische Höhen ist jedoch der Mangel an geeigneten Messmöglichkeiten, die die horizontalen Mesoskalen mit ausreichend hoher Auflösung und zeitkontinuierlich erfassen können. Im Bereich der Mesosphäre und der unteren Thermosphäre (MLT) haben multistatische Meteorradarsysteme (SMRs) kürzlich bewiesen, dass sie diese Anforderungen erfüllen. Im Rahmen dieses Projekts werden zwei Hauptthemen verfolgt. Das erste ist die umfassende Analyse und Charakterisierung von SFs zweiter Ordnung der horizontalen mesoskaligen Winde aus multistatischen SMRs Beobachtungen in der MLT-Region. Wir wollen die Gültigkeit der Eigenschaft der horizontalen Isotropie beurteilen und ihre Auswirkungen auf die Dynamik von Rotations- und Divergenzmoden bewerten. Für diese Aufgaben stehen Messungen in mittleren und hohen Breitengraden zur Verfügung. Das zweite Hauptthema ist die Anwendung von Wind-SFs höherer Ordnung, die über die zweite Ordnung hinausgehen, unter Verwendung von MST-Radarwinddaten an einem einzelnen Standort. Die Anwendung der Taylor-Approximation Methode wird die Untersuchung der räumlichen Verschiebungen erleichtern, die aus zeitlichen Verzögerungen bestimmt werden. Die Methode wird anhand von Winden in der oberen Troposphäre und der unteren Stratosphäre implementiert und dann auf die mesosphärischen Winde ausgedehnt. Die Ergebnisse dieses Projekts werden Erkenntnisse über die Unterschiede und Gemeinsamkeiten im statistischen Verhalten der mesoskaligen Winde in verschiedenen atmosphärischen Höhen liefern.
Die Pflanzenzüchtung beruht überwiegend auf der Selektion von neuen, vorteilhaften Allelkombinationen um Nutzpflanzen zu verbessern. Neue Allelkombinationen entstehen durch meiotische Rekombination und Fremdbestäubung im Zuge der sexuellen Reproduktion. Rekombination und Fremdbestäubung zählen gleichzeitig zu den wichtigen Mechanismen, welche die Evolution pflanzlicher Populationen ermöglichen. Die Genome vieler Nutzpflanzen (z.B. Roggen, Weizen und Gerste) bestehen aus sehr großen, heterochromatischen Bereichen, in denen die Rekombinationsrate extrem reduziert ist. In diesen genomischen Bereichen befinden sich allerdings ca. 30 % aller Gene, welche dadurch für Pflanzenzüchter unzugänglich sind. In diesen Bereichen befinden sich tendenziell Gene, welche in essentiellen zellulären Prozessen, wie z.B. der Photosynthese, involviert sind. Weiterhin ist die Fremdbestäubung in Arten, welche ihren Pollen über Wind verbreiten, von der Größe der Pollen abhängig.Die meiotische Rekombination und die Pollenentwicklung werden auf molekularbiologischer Ebene durch mehr als 80 bisher bekannte Gene reguliert. Interessanterweise sind beide Prozesse auch stark von Umweltbedingungen abhängig. Diese Umweltabhängigkeit führt zu quantitativen Änderungen in der Ausprägung dieser Merkmale und ermöglicht so Variabilität in der Entstehung neuer Allelkombinationen im Laufe der Evolution.Das Ziel dieses Projektes ist es die genetischen Mechanismen zu verstehen, welche zu Variationen in der Rekombinationsrate, der Pollengröße und der Selektion unter Stressbedingungen führen. Die Erkenntnisse, welche hier erarbeitet werden, können dazu führen Züchtungsmethoden zu verbessern. Dies kann durch eine Erhöhung der effektiven Rekombinationsrate durch meiotische Rekombination und Fremdbestäubung geschehen. Weiterhin besteht die Möglichkeit unser Verständnis über den direkten Einfluss von Rekombination und Fremdbestäubung auf Verschiebungen in der Allelfrequenz durch Selektion zu verbessern.Um dieses Ziel zu erreichen beabsichtigen wir einen Dauerfeldversuch zu nutzen in dem eine Roggenpopulation abiotischem Stress ausgesetzt ist. Das Projekt ist auf drei Schwerpunkte ausgerichtet: (1) der genetischen Kontrolle der Rekombinationsrate unter abiotischem Stress und basierend auf genetischen Unterschieden, (2) der genetischen Grundlage von quantitativen Unterschieden in der Pollengröße unter abiotischem Stress und basierend auf genetischen Unterschieden und (3) der Verschiebung von Allelfrequenzen durch Selektion unter abiotischem Stress und wie diese direkt von Rekombination und Fremdbestäubung beeinflusst werden.Dies wird unser Verständnis über die effektive Entstehung neuer Allelkombinationen durch Rekombination und Fremdbestäubung verbessern. Die hier identifizierten Genvarianten können dann in Züchtungsprogramme integriert werden.
Ziel des Projektes ist es, erstmals belastbare Daten zur Bedeutung des Maisanbaus als Lebensraum für Singvögel im Sommer und Herbst zu erheben. Hierbei soll herausgefunden werden, ob in Abhängigkeit von der Landschaftskonfiguration (Anteil an Maisanbaufläche und Flächenanteil an gehölzbestandenen Flächen der Umgebung) Maisfelder für Vögel förderlich oder nachteilig sind. Im geplanten Projekt soll dies über einen innovativen Ansatz erfolgen, bei dem sowohl ein Netz an ehrenamtlich tätigen Fachkräften als auch ProjektmitarbeiterInnen deutschlandweit Daten zu Vögeln in Maisfeldern erheben und ebenso ein automatisiertes Telemetriesystem zum Einsatz kommt.Aufgrund seines hohen Brennwertes wird Mais als Nahrungs- und Futtermittel und zunehmend zur Strom- und Wärmegewinnung in Biogasanlagen angebaut. Letzteres hat dazu geführt, dass mittlerweile auf 7,6 % der Gesamtfläche Deutschlands Mais angebaut wird. Maisfelder werden für die Biodiversität überwiegend negativ bewertet. Einzelstudien legen aber nahe, dass Maisfelder im Sommer und Herbst als Habitat von Vögeln genutzt werden und sie diese möglicherweise auch als wichtige Nahrungsressource nutzen. Allerdings lassen diese Studien aufgrund der kleinen Stichprobe bisher keine generellen Aussagen zu. Ebenso wurde bisher nicht untersucht, welchen Einfluss die Landschaftsumgebung auf das Vorkommen von Vogelarten in Maisfeldern hat und welche Interaktionen bei den Vögeln zwischen Maisfeldern und anderen Lebensräumen bestehen. Daher soll die Erfassung der Anzahl der Arten und Individuen sowie der Aufenthaltsdauer von Vögeln in Maisfeldern hierbei mit standardisierten Netzfängen zwischen August und Oktober erfolgen. Mittels Fang-Wiederfang-Methode können Daten zur Gewichtsveränderungen von Vögeln in Maisfeldern erhoben und damit Aussagen zu einer möglichen Veränderung der Fitness der Vögel gemacht werden. Ergänzend soll die Verfügbarkeit von Nahrung in Maisfeldern für Vögel durch die Erfassung der Arthropoden-Biomasse ermittelt werden. Diese Daten sind notwendig, um wichtige Rückschlüsse zur Attraktivität und damit zur Bedeutung des Maisfeldes als Habitat und Rastlebensraum für Vögel ziehen zu können. Um die exakte Nutzungsdauer von Vögeln in Maisfeldern und mögliche Interaktionen zwischen Maisfeldern und angrenzenden Lebensräumen herauszufinden, soll erstmals eine Raumnutzungsanalyse von ausgewählten Vogelarten mit Hilfe der automatisierten Radiotelemetrie durchgeführt werden. Hiermit können zeitliche Nutzungsmuster und Habitatpräferenzen der Vögel im Mais ermittelt werden. Aufgrund der Ausweitung des Maisanbaus in den letzten Jahren sind die Ergebnisse des Projektes von großer gesellschafts- und umweltpolitischer Relevanz. Sie können die Grundlage sein, um dessen Bedeutung für Vögel und damit für einen wichtigen Teil der Biodiversität zu bewerten. So sollen Schwellenwerte zum maximalen Flächenanteil des Maisanbaus in einer Region aufgezeigt werden bis zu denen die Biodiversität profitiert.
Ökologische Stabilität ist der Schlüssel zur Vorhersage der Folgen von Umweltveränderungen, denn sie umfasst Aspekte der Antwort auf verschiedene Störungsszenarien, zum Beispiel die Fähigkeit, Veränderungen zu widerstehen, diese zu absorbieren oder sich von ihnen zu erholen. Die wichtigsten Fortschritte bei der wissenschaftlichen Bewertung der ökologischen Stabilität in jüngster Zeit ergaben sich aus i) der Anerkennung der mehrdimensionalen Natur der Stabilität, ii) der Unterscheidung zwischen der Stabilität funktioneller Eigenschaften eines Ökosystems und der Stabilität der Zusammensetzung der Gemeinschaft und iii) der Erkenntnis der Bedeutung der räumlichen Dynamik für das Verständnis der lokalen Stabilitätseigenschaften. Trotz dieser Fortschritte wird unser Verständnis der Stabilität (und ihrer Verwendung in den Ökologie- und Umweltwissenschaften) immer noch durch unsere Unfähigkeit behindert, die Stabilität der Gemeinschaft anhand artspezifischer Leistungen und Merkmale vorherzusagen. Das Verständnis der Beiträge der Arten zur Stabilität ist das Hauptziel dieses Projektantrages. Wir werden Metriken verfeinern und testen, die die Reaktionen der Arten auf sich ändernde Umgebungen erfassen, und diese Metriken verwenden, um die Stabilität von Lebensgemeinschaften anhand der Leistung einzelner Arten vorherzusagen und die vorhergesagte Stabilität mit der beobachteten zu vergleichen. Die Arbeit ist in vier Arbeitspakete unterteilt, die Simulationen und Datenanalyse (WP 1) kombinieren mit drei experimentellen Arbeitspaketen zunehmender Komplexität (WP2-4). Die Metaanalyse in WP 1 verwendet kürzlich entwickelte Methoden zur Zerlegung von Stabilität, um Arten zu identifizieren, die zur Stabilität oder Verwundbarkeit in verschiedenen Arten von Ökosystemen und Organismen beitragen. Für die Experimente werden marine Planktongemeinschaften unterschiedlichen Trends und Temperaturschwankungen ausgesetzt sein. Diese Experimente werden von einem Bottom-up-Ansatz ausgehen, bei dem Arten mit bekannten Reaktionen zu Artenpaaren und Zusammenstellungen mit geringer Diversität kombiniert werden, wobei die erwartete mit der beobachteten Stabilität verglichen wird (WP 2). In WP 3 werden wir mithilfe eines Metacommunity-Setups testen, wie die Vorhersagbarkeit von Stabilitätsaspekten wie Resistenz, Resilienz, Erholungsfähigkeit und zeitliche Stabilität von der Konnektivität im Raum abhängt. Schließlich werden wir Mesokosmen verwenden, um zu testen, ob dieselben Merkmale die Stabilität der Phytoplanktongemeinschaft in Abwesenheit oder Gegenwart eines generalistischen Zooplankton-Verbrauchers beeinflussen.
Es ist bekannt, dass Vulkanausbrüche das Klima auf verschiedene Weise beeinflussen. Diese reichen von kurzfristigen Auswirkungen wie Sulfat-Injektionen, die die einfallende Sonnenstrahlung reduzieren und zu Abkühlung führen, bis zu mittelfristigen Auswirkungen wie Erwärmung durch Kohlendioxid-Entgasung. Langfristig können Auswirkungen wie eine verstärkte Verwitterung eingelagerter Basalte zu einer Entfernung von Kohlendioxid und damit Abkühlung führen. Lange Perioden intensiven Vulkanismus, die als Large Igneous Provinces (LIPs) bekannt sind, können besonders tiefgreifende Auswirkungen auf das Klima haben, wobei mehrere LIPs entweder mit der globalen Erwärmung oder Abkühlung in der Erdgeschichte sowie mit Massenaussterben in Verbindung gebracht werden. Das Paläozän-Eozän-Temperaturemaximum (PETM), eine 200.000 Jahre lange Periode intensiver globaler Erwärmung vor ca. 56 Millionen Jahren, ereignete sich zur gleichen Zeit wie die Entstehung eines LIP, der North Atlantic Igneous Province (NAIP). Die NAIP-Entstehung wurde als Ursache für das PETM vorgeschlagen, da während des Vulkanismus Kohlendioxid und Methan freigesetzt werden, welches zu einer schnellen Erwärmung führt. Es wurde auch vermutet, dass die Ablagerung von Vulkanasche während des NAIP das Klima abgekühlt hat. Als solches ist das PETM eine ideale Periode, um die Auswirkungen des Vulkanismus auf das Erdsystem zu untersuchen. Expedition 396 des International Ocean Discovery Program (IODP) hat erfolgreich eine Reihe von langen Sedimentsequenzen aus dem PETM-Zeitalter am norwegischen Rand geborgen. In diesem Projekt beabsichtige ich, detaillierte deskriptive, geochemische und modellbasierte Untersuchungen mit den Sedimenten der Expedition 396 durchzuführen, um die Rolle des NAIP-Vulkanismus im PETM zu dokumentieren. Erstens wird die Intensität des Vulkanismus durch neue Schätzungen der Kohlendioxid-, Methan- und Sulfatemissionen bewertet, um die Rolle der Gase auf den Klimawandel zu bestimmen. Durch detaillierte geochemische Untersuchungen werden die Auswirkungen der Ascheablagerung auf den Kohlenstoffkreislauf bewertet mit Schwerpunkt auf der Rolle der Asche als Nährstofflieferant für Phytoplankton liegt. Die potenziellen Auswirkungen der Ascheablagerung auf die Speicherung von Kohlenstoff im Sediment werden ebenfalls geochemisch und isotopisch untersucht. Abschließend werden die Ergebnisse unter Verwendung von Erdsystemmodelle kombiniert, um die genaue Rolle des Vulkanismus im PETM zu bestimmen. Die erwarteten Ergebnisse werden uns neue Erkenntnisse über die Rolle der LIP-Entstehung und der Ablagerung von Vulkanasche beim Klimawandel geben. Sedimente von Expedition 396 bieten eine einzigartige Gelegenheit, den geochemischen Abdruck des Vulkanismus hochauflösend zu untersuchen. Die Ergebnisse dieser Arbeit werden zu einer erheblichen Verbesserung unseres Verständnisses des PETM führen.
Das hier beantragte Projekt widmet sich der gesellschaftlichen Dimension von Stickstoff. Reaktiver Stickstoff, der in der Lage ist, Verbindung mit anderen Elementen einzugehen, ist eine unverzichtbare Grundlage für pflanzlichen und tierischen Stoffwechsel - und damit auch der Landwirtschaft und der Welternährung. Gemessen an der Gesamtmenge des Stickstoffs auf der Erde, des häufigsten Elements in der Atmosphäre, ist die Menge an reaktivem Stickstoff extrem limitiert. Zugleich stellt reaktiver Stickstoff aber auch ein erhebliches ökologisches Problem dar. Auf Äckern und in Ställen reagiert er zu Stickoxiden wie Lachgas, einem bedeutenden Treiber der Klimaerwärmung. Er gelangt über Oberflächengewässer und Kanalisationen ins Trinkwasser, wo er in Form von Nitrit eine Bedrohung für die menschliche Gesundheit darstellt. Stromabwärts sammelt er sich schließlich in Senken wie Seen und Meeren. Dort führt seine übermäßige Verfügbarkeit zur Eutrophierung, massenhaftem Algenwachstum und damit zur Zerstörung von aquatischen, vor allem küstennahen Ökosystemen. Die fortschreitende Zunahme von reaktivem Stickstoff in Gewässern und auf ökologisch sensiblen Magerflächen gilt als eines der drängendsten Umweltprobleme unserer Zeit: Die ökologisch verkraftbare Menge an reaktivem Stickstoff weltweit gilt als längst überschritten. Seit einiger Zeit haben es sich Industrienationen daher nicht mehr allein zur Aufgabe gemacht, die Verfügbarkeit von reaktivem Stickstoff zu erhöhen, um für Ernährungssicherheit zu sorgen. Sie versuchen heute zugleich auch, sie umgekehrt wieder einzudämmen, um Schäden für Mensch und Umwelt zu minimieren. Dabei werden verschiedene Akteurinnen, Akteure und Instanzen mit in die Pflicht genommen: kommunale Wasserwerke, landwirtschaftliche Betriebe, staatliche Messstellen und Umweltbehörden. Ihnen wird aufgetragen, sinnvoll mit Stickstoff zu wirtschaften, um seine negativen Auswirkungen auf Mensch und Natur zu minimieren. Dabei agieren die in der Stickstoffwirtschaft Involvierten auf Basis unterschiedlicher Interessen, Anreize, Wissensbestände und Handlungsspielräume, was die Stickstofffrage zu einem klassischen Untersuchungsfall für sozialwissenschaftliche Analyse macht. Trotz der gesellschaftlichen Bedeutung von Stickstoff und der Tragweite der mit ihm verbundenen Probleme hat es in Deutschland in den vergangenen 30 Jahren nur wenig Forschung aus Soziologie oder anderen Sozialwissenschaften zu seiner sozialen Zirkulation gegeben. Das hier vorgestellte Projekt möchte dies beheben. Auf Basis einer empirischen Untersuchung der zeitgenössischen Stickstoffwirtschaft und -regulierung soll es eine Übersicht über den Stand der Debatten und Probleme liefern, einen soziologischen Zugriff auf Stickstoff und seine Rolle in modernen Gesellschaften erarbeiten sowie einen Beitrag zur Umweltsoziologie im Allgemeinen leisten.
Störungen wie Trockenheit oder Sturm, welche zum Verlust des Kronendachs führen, verändern mikroklimatische Bedingungen und damit die Streuumsetzung und den Kohlenstoffkreislauf in Waldökosystemen. Ein Nadelöhr der Streuumsetzung ist der Abbau von Lignin, der nicht nur durch Mikroorganismen, sondern auch abiotisch unter dem Einfluss von Sonnenstrahlung und Wärme erfolgt. Gerade in gestörten Waldökosystemen Mitteleuropas können Quantität und Qualität der organischen Bodensubstanz durch abiotischen Ligninabbau und seiner synergistischen Wirkungen maßgeblich beeinflusst werden. Hierzu ist bislang jedoch wenig bekannt. Um den Einfluss des fehlenden Kronendachs auf die Streuumsetzung auf Störungsflächen im Wald zu erkennen und zu quantifizieren, werden wir folgende Hypothesen testen: (H1) Der abiotische Abbau des Lignins nimmt mehr mit der Lichtintensität als mit der Temperatur und abnehmender Feuchte zu. (H2) Beim abiotischen Abbau des Lignins entstehen Abbauprodukte, die stärker depolymerisiert sind als Abbauprodukte der Rotfäule und weniger funktionelle Sauerstoffgruppen enthalten als Abbauprodukte der Weißfäule. (H3) Abiotischer Ligninabbau in der Humusauflage begünstigt Bakterien gegenüber Pilzen, und fördert die Produktion von gelöster organischer Substanz reich an depolymerisierten und desoxygenierten Ligninverbindungen. (H4) Geht also das Kronendach verloren, führt verstärkter Lichtintensität und die damit einhergehende abiotische Depolymerisierung und Desoxygenierung dazu, dass organische Substanz, die aus der Humusauflage in den Mineralboden gelangt, für Mikroorganismen schlechter abbaubar ist und eine geringere Affinität zu Bodenmineralen aufweist. Wir werden diese Hypothesen testen, indem wir zunächst in Laborinkubationsexperimenten mit Modellsubstanzen sowie Fichten- und Buchenstreu unter kontrollierten Licht-, Feuchte- und Temperaturbedingungen und unter Nutzung standardisierter mikrobieller Inokula die abiotischen Abbauraten sowie die entstehenden Ligninabbauprodukte mittels wässrige Extrakte, Kupferoxid-Oxidation sowie Röntgen-Photoelektronenspektroskopie und bestimmen. Außerdem wir in diesen Inkubationsexperimenten die Reaktion von Pilzen und Bakterien auf den abiotischen Abbau mittels Analyse von Zersetzungsart, Phospholipidfettsäuren sowie mikrobiellem Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphor bestimmt. Weiter werden wir in Fichtenmischbeständen entlang eines Störungsgradienten im Nationalpark Schwarzwald die in-situ-Transformation von 13C-markierter Buchenstreu untersuchen. Während einer gleichzeitigen zweijährigen Inventur in diesen Fichtenmischbeständen werden außerdem Indikatoren abiotischen Abbaus sowie die Reaktivität und Stabilität der organischen Bodensubstanz erfasst. In der Gesamtschau werden die Ergebnisse unseres Projekts es ermöglichen den abiotischen Ligninabbau zu quantifizieren und somit seine Bedeutung für die Entstehung und Stabilität der organischen Bodensubstanz auf Störungsflächen im Wald zu ermitteln.
Mykotoxine sind toxische Stoffwechselprodukte, die von Schimmelpilzen in verschiedenen Umweltmatrices, auch im Boden, produziert werden. Obwohl Mykotoxine reguliert sind und Strategien zur Vermeidung, Reduktion und Minderung entwickelt wurden und kontinuierlich angewendet werden, kommen Mykotoxine immer noch in Lebensmitteln vor, so dass der Mensch täglich gegenüber Mykotoxine exponiert ist. Deoxynivalenol (DON) ist ein Fusarium-Mykotoxin, das in Lebensmitteln weit verbreitet ist und auch in Biomonitoring-Studien häufig beobachtet wird. Die Biosynthese von DON in verschiedenen Matrices wird durch Umwelt- und chemische Faktoren bestimmt. Es wurde postuliert, dass die DON-Produktion die Folge einer stressvermittelten Reaktion ist, um die Anpassung von Fusaria an ungünstigen Bedingungen zu unterstutzen. Bisher ist bekannt, dass der Boden ist das Haupthabitat des Fusarieninokulum ist und dass DON und ähnliche Moleküle in landwirtschaftlichen Böden nachgewiesen worden sind. Ein Zusammenhang zwischen den Bodeneigenschaften und der Mykotoxinproduktion in situ ist jedoch noch nicht bekannt, obwohl es derzeit Hinweise darauf gibt, dass das Vorkommen von DON im Boden eine Reaktion auf ungünstige Bedingungen für das Wachstum von Fusarien darstellt, z. B. durch die Wirkung von Fungiziden. Ein weiterer zu berücksichtigender Aspekt ist, dass die in landwirtschaftlich genutzten Böden beobachteten Konzentrationen keine Informationen über die Entstehung und die Bedingungen für die Mykotoxinproduktion sowie über zusätzliche Prozesse, die die Restkonzentrationen beeinflussen können, liefern. In diesem Zusammenhang wurde auch noch nicht untersucht, ob die beobachteten Konzentrationen eine biologische Auswirkung auf Böden haben können. Um den Beitrag des Bodens zu den Mykotoxin-Vorkommen, -Restkonzentrationen und -Effekte zu verstehen, ist ein tieferes Verständnis der Mykotoxin-Boden-Interaktion erforderlich. Dies beinhaltet die Untersuchung von 1) Faktoren, die die Mykotoxin-Biosynthese fördern, z. B. Szenarien in der intensiven Landwirtschaft, 2) die Bestimmung von Rückstandskonzentrationen nach Prozessen der Biotransformation und Mobilität. Schließlich 3) DON hemmt das Wachstum von ausgewählten Bakterien und Pilzen, was eine biologische Reaktion des Mikrobioms (Abundanz, Struktur und Funktionen) vermuten lässt. Das Ziel dieses Antrags ist es, das Verständnis über Mykotoxin-Boden Interaktionen zu vertiefen, auf den Ebenen der Biosynthese in Abhängigkeit von Stressoren, des Verbleibs, d.h. der Sorption und Biotransformation, und der Auswirkungen auf Bodenmikroorganismen. Dieses Wissen wird dazu beitragen, die Faktoren, die die Produktion im Boden auslösen, und die Prozesse, die die effektiven Konzentrationen steuern, aufzuklären, und ist für weitere Präventionsstrategien, die den Boden bei der Einschätzung von Mykotoxinrisiken in der Zeit vor der Ernte berücksichtigen, unerlässlich.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 72 |
| Land | 1 |
| Wissenschaft | 29 |
| Type | Count |
|---|---|
| Ereignis | 1 |
| Förderprogramm | 71 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 72 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 71 |
| Englisch | 51 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Datei | 1 |
| Keine | 38 |
| Webseite | 34 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 51 |
| Lebewesen und Lebensräume | 67 |
| Luft | 44 |
| Mensch und Umwelt | 72 |
| Wasser | 35 |
| Weitere | 72 |