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.
Die Sojabohne ist eine weltweit wichtige Nutzpflanze. Vor allem in Brasilien erkrankt sie ökonomisch merklich am Asiatischen Sojabohnenrost (SBR), der vom Pilz Phakopsora pachyrhizi hervorgerufen wird. Weil keine der verfügbaren Sojasorten gegen alle Isolate des Pilzes resistent ist, erfolgt der Schutz der Sojabohne vor dem SBR derzeit durch den intensiven Einsatz von chemisch-synthetischen Fungiziden. Deren Anwendung ist umstritten und soll mittel- bis langfristig deutlich reduziert werden. Um dies ohne merklichen Ertragsverlust bei der Sojabohne zu erreichen sind neue oder zumindest komplementäre Strategien zur Bekämpfung des SBRs notwendig. Unsere bisherigen Arbeiten im Themenfeld zeigten, dass die effektive Nichtwirt-Resistenz der Sonnenblume und der Ackerschmalwand gegen SBR teilweise auf der Anreicherung von antimikrobiellen Proteinen und des Cumarins Scololetin beruht. Tatsächlich hemmt Scopoletin die Keimung von P. pachyrhizi-Sporen effektiv. Es scheint aber in der Sojabohne nicht vorzukommen. Eine Rekonstitution der Scopoletinsynthese in transgenen Sojapflanzen reduzierte die Empfindlichkeit für SBR zwar etwas; eine zu hohe Scopoletinkonzentration aber schädigte die Pflanzen. Wir schlagen nun vor, die Nichtwirt-Resistenz der Sonnenblume gegen SBR auf die Sojabohn zu übertragen und das Scopoletin zunächst mithilfe eines bereits identifizierten Transportproteins auf die Blattoberfläche zu transportieren, wo es P. pachyrhizi-Sporen direkt und ohne pflanzenschädigende Nebenwirkungen bekämpfen soll. Gleiches schlagen wir für Isoscopoletin vor, das P. pachyrhizi ebenfalls sehr effektiv bekämpft, im Gegensatz zu anderen Cumarinen aber besonders lichtstabil ist. Außerdem wollen wir die Biosynthese von Sideretin in transgenen Pflanzen nachstellen und seinen Wirkmechanismus aufklären. Als komplementäre und möglicherweise synergistische Strategie beabsichtigen wir, antimikrobielle Blattoberflächen-Proteine, die bei der Nichtwirts-Resistenz der Sonnenblume gegen den SBR eine wichtige Rolle spielen, in transgenen Ansätzen an die Blattoberfläche der Sojabohne zu transportieren, wo sie P. pachyrhizi effektiv bekämpfen sollen. Sojapflanzen, die Cumarine und/oder gegen P. pachyrhizi aktive Proteine auf der Blattoberfläche akkumulieren, sind vielversprechend, um die Sojabohnenproduktion auch bei verringertem Fungizid-Einsatz sicherzustellen.
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.
Im Jahr 2018 wurden in Deutschland rund 866 Millionen Tonnen Treibhausgase produziert, wobei weltweit 10-12 % der anthropogenen Treibhausemissionen der Landwirtschaft zuzuordnen sind. Während der Austausch an CO2 durch die gleichzeitige CO2 Fixierung in organische Masse fast ausgeglichen ist, beträgt der Anteil der Landwirtschaft bei Methan 50 % und Lachgas sogar 60 % aller Emissionen. Dies ist vor allem auf den Einsatz mineralischer und organischer Düngemittel zurückzuführen. Ohne ein aktives Gegensteuern wird eine Steigerung der Lachgasemissionen um 30-65 % bis 2030 in der Agrarwirtschaft erwartet. Um das gesetzte klimapolitische Ziel einer weitgehenden Treibhausgas-Neutralität bis 2050 zu erreichen, stellt ein klimaschonender Anbau von nachwachsenden Rohstoffen in der Landwirtschaft eine wichtige Strategie dar. Ein zentraler Teilaspekt dieser Strategie könnte die Ansiedlung der gegenüber biotischen und abiotischen Bedingungen toleranten terrestrischen Cyanobakterien sein, die in der Lage sind Luftstickstoff zu fixieren und in - für andere Organismen verwertbaren - Stickstoff umzuwandeln und an die Umgebung abzugeben. Zusätzlich dazu wachsen terrestrische Cyanobakterien eingebettet in einer Matrix aus extrazellulären polymeren Substanzen was zu einer wünschenswerten Bodenstabilisierung und damit zum Schutz vor Bodenerosion sowie zur Förderung der Wasserspeicherung im Boden beitragen könnte. Hierzu sollen stickstofffixierende Cyanobakterien, die aus der kühlgemäßigten Klimazone isoliert wurden, eingesetzt werden. Geeignete Stämme müssen die Stickstofffixierung räumlich durch die Ausbildung von Heterozysten vom Photosyntheseapparat getrennt haben und den bioverfügbaren Stickstoff an die Umgebung abgeben. Co-Kultivierungen von Cyanobakterien mit Arabidopsis thaliana (Acker-Schmalwand) sowie Triticum aestivum (Weizen) sollen zeigen, ob eine künstlich induzierte Symbiose möglich ist. Neben der Agrarpflanze Weizen wurde A. thaliana ausgewählt, da es sich hierbei um eine schnellwachsende und gut charakterisierte Modellpflanze handelt und sie zur selben Familie wie die Nutzpflanzen Kohl, Brokkoli und Meerrettich zählt. Zur Ausbringung der Biofilme in die Agrarwirtschaft sollen diese auf einem biologisch abbaubaren Trägermaterial immobilisiert werden. Hierfür soll ein Aerosolreaktor konzipiert und charakterisiert sowie ein Animpf- und Ernteverfahren etabliert werden. Zusätzlich dazu soll der Wasserrückhalt der Biofilme durch Variation der Prozessparameter optimiert werden. Abschließend soll die Co-Kultivierung von immobilisierten Cyanobakterien auf dem Trägermaterial und Pflanzen in Pflanzsubstraten in Abhängigkeit der Temperatur untersucht werden. Hier soll die Frage beantwortet werden, ob ein periodisches Ausbringen der Cyanobakterien notwendig ist, oder ob eine dauerhafte Implementierung von Biofilmen im Boden möglich ist.
Das Hauptziel von Teilprojekt (TP) 7 ist es, die Tiernutzung und -haltung im Mongolischen Reich besser zu erfassen. Die umfangreichen archäologischen Ausgrabungen der Universität Bonn in Karakorum, sowie Reiseberichte stellen die Hauptquellen dar. Frühere Analysen belegen zwar eine vielfältige Faunendiversität mit Schafen und Rindern als Hauptquelle für Fleisch und Fett, trotz allem bleiben noch viele Fragen offen. Durch den Vergleich der Siedlung Karakorum mit zwei weiteren gleichaltrigen Fundstellen (Khar Khul Khaany Balgas und Bayan Gol) soll das Herdenmanagement nomadischer Hirten und deren Anpassungsstrategien, sowie die Herkunft der Nutztierarten und deren Erbgut während des Mongolischen Reiches beleuchtet werden. So wird der Beitrag der Tierhaltung zur Entwicklung städteartiger Siedlungen in der mongolischen Hochebene im bisher umfassendsten Ansatz für diese Region evaluiert. Die Archäofauna von Karakorum ist dank ihres Umfangs und des kürzlich verfeinerten Chronologieschemas der Ausgangspunkt unserer Untersuchungen. Die im Rahmen dieses Projektes eingesetzten neuen Forschungsansätze werden unser Verständnis über die Tierhaltung v.a. von Schaf und Ziege maßgeblich verbessern. So können über den Zahnabrieb Rückschlüsse auf die Fütterung geschlossen und über die Lämmersterblichkeit und die Auswirkungen des Einpferchens der Tiere in Gehegen die Qualität der Tierhaltung analysiert werden. Die Ergebnisse aller drei Fundstellen werden miteinander verglichen, um die mögliche Vielfalt der Tierhaltungsstrategien zur Zeit des Mongolischen Reiches zu beleuchten. So war z.B. die Stadt Karakorum ein „Schmelztiegel“ von verschiedenen ethnischen Gruppen. Daher können Importe bestimmter Tiere (z.B. Schweine) helfen, solche Gruppen zu identifizieren und gleichzeitig das Ausmaß der Handelsnetzwerke aufzuzeigen. Darüber hinaus ist es möglich, dass städtische Fleischmärkte Schafe von lokalen und weiter entfernt weidenden Herden bezogen haben. Mittels Geometric Morphometrics (GMM) werden wir untersuchen, ob die Fleischversorgung in Karakorum und den anderen Fundstellen durch phänotypisch unterschiedliche Schafpopulationen gewährleistet wurde. Dazu ergänzende stabile Isotopenanalysen (C, O, Sr), sowie aDNA-Analysen werden erst in Phase II durchgeführt. Ein wichtiges Anliegen ist die Unterscheidung zwischen Rindern, Yaks und deren Hybriden, die Khainag (??????) genannt werden. Für letzteres -welches besonders gut an kalte, gebirgige Umgebungen angepasst ist- wurde bis heute noch nicht geklärt, wann und warum Menschen solche Hybriden gezüchtet und/oder eingeführt haben. Anhand moderner Referenzindividuen wird die Osteologie dieser Hybriden und seiner Eltern genauer untersucht. Des Weiteren wird über molekulargenetische Analysen der Hybridstatus ausgewählter Knochen untersucht und ggf. bestätigt. Da das Mongolische Reich mit dem Schwarzen Tod in Europa zusammenfällt, werden schließlich mögliche Reservoir-Taxa auf Yersinia und andere Krankheitserreger untersucht.
Der episodische Charakter der Urbanisierung auf der mongolischen Hochebene bietet uns die ideale Gelegenheit, die Auswirkungen der Städte auf die lokale Umwelt zu untersuchen und diachrone Veränderungen zu erforschen. In den weiten östlichen Steppen gibt es nur zwei mongolenzeitliche Städte: Karakorum - die Hauptstadt des vereinigten Mongolenreichs - und Khar Khul Khaany Balgas. Beide wurden von Grund auf neu errichtet und verkörpern den dramatischen Wandel von einer Pastoralwirtschaft zu einer Stadtlandschaft. Beide Stätten und ihr Siedlungsnetz sind von der modernen Urbanisierung und den landwirtschaftlichen Aktivitäten nahezu unberührt geblieben. Mit unserem Fokus auf Energie/Brennstoff, Nahrung, Baumaterialien - zusammen mit den für ihre Herstellung notwendigen Öfen - und Eisenproduktion einschließlich Schmelzöfen untersuchen wir die energieintensiven Materialflüsse mit den stärksten Auswirkungen auf die Umwelt. Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Vorgehensweise ist unser zweifach vergleichender Ansatz: Wir vergleichen nicht nur zwei Städte in zwei verschiedenen Tälern, sondern wir werden auch in einer diachronen Perspektive arbeiten (in Phase II). Um unsere Ziele zu erreichen und diese Hypothesen zu überprüfen, werden wir einen Multi-Proxy-Ansatz verwenden, der innovative Methoden aus einer Vielzahl von Disziplinen kombiniert: Archäologie, Archäozoologie, physische Anthropologie, Bioarchäologie, Bodenkunde, Paläoökologie, Paläoklimatologie, Fernerkundung und Geophysik. Eine große methodische Stärke unseres Netzwerks besteht darin, dass einzelne Aspekte von verschiedenen Disziplinen untersucht werden, die jeweils über eigenes Quellenmaterial verfügen. Dieselbe Frage wird aus verschiedenen Perspektiven betrachtet, was komplementäre Einsichten, aber auch die gegenseitige Kontrolle der erzielten Ergebnisse und ihrer Interpretationen ermöglicht. Gemeinsam werden wir den Verflechtungen zwischen Urbanismus, Wirtschaftspraktiken und Umwelt auf den Grund gehen. Um unsere interdisziplinäre Forschungsagenda zu systematisieren, werden wir den urbanen Metabolismus als konzeptionellen Rahmen verwenden und die Lebenszyklusanalyse in dieses Konzept integrieren, um den Weg der Güter von der physischen Gewinnung bis zum Endverbrauch und ihrer Entsorgung zu verfolgen. Dieses Forschungsdesign, bei dem eine Vielzahl von Proxies verwendet wird, um die oft gleichzeitig stattfindenden und sich überschneidenden, also miteinander verflochtenen Prozesse zu bewerten, ist in dieser Weltregion noch nicht durchgeführt worden und wird innerhalb und außerhalb unserer Disziplinen neue Maßstäbe setzen. Für eine effektive, thematisch fokussierte Zusammenarbeit richten wir vier Schwerpunktbereiche ein: A) Siedlungswesen, B) Nutzung von Non-Food-Ressourcen, C) Versorgung der Stadt, D) Umweltbedingungen. Diese Bereiche systematisieren die identifizierten Kernthemen, um die Verflechtungen von Wirtschaft, Stadt und Umwelt zu verdeutlichen.
Die Entwicklung arktischer Luftmassen ist wichtig für die Entstehung und Beständigkeit von Wolken und Niederschlag. Zwei Phänomene – warme und feuchte Einflüsse aus dem Süden sowie kalte und trockene Strömungen aus dem Norden – verursachen besonders starke und schnelle Änderungen in den Luftmassen. Während dieser Ereignisse ändern sich die Zustände z.B. der Wolken, der Stabilität und des Feuchtebudgets sowohl räumlich als auch zeitlich. Aufgrund dieser schnellen Änderungen sowie den generellen arktischen Bedingungen mit niedrigen und oft starken Inversionen, ist es schwierig die Prozesse mit globalen Modellen mit einer groben Auflösung sinnvoll wiederzugeben. Um die entscheidenden Prozesse sowohl besser zu erfassen als auch zu parameterisieren, wird in diesem Projekt eine Kombination aus detaillierten Beobachtungen mit dem HALO Flugzeug und hoch-aufgelösten Simulationen mit dem ICON-LEM verwendet. Durch die lange Reichweite des HALO Flugzeuges wird es möglich sein dasselbe Ereignis mehrmals zu messen und dadurch einen breiten Einblick in die Struktur der Luftmasse zu bekommen. Darüber hinaus wird es durch die Lagrangsche, d.h. mit der Strömung mitbewegte, Flugstrategie möglich sein, die zeitliche Entwicklung der Luftmassen während der Ereignisse zu erfassen. Durch lokale Verfeinerungen um den tatsächlichen Flug herum wird die Auflösung des ICON-LEM Setups zwischen 1 km und 100 m variieren. Mit dieser einzigartige Kombination von Flugzeugbeobachtungen und hochauflösender Modellierung wird es möglich sein, das Feuchtebudget während der beobachteten warmen und kalten Einströmungen abzuschätzen. Anhang dieser Abschätzung können anschließend offene Fragen wie die Effizienz des Niederschlages sowie deren Einfluss auf die Beständigkeit der arktischen Mischphasenwolken untersucht werden. Während die Lagrangsche Flugstrategie es ermöglicht neue und einzigartige Forschungsfragen zu untersuchen, stellt sie die Flugplanung vor eine große Herausforderung, da eine gute Abschätzung der Luftströmungen unerlässlich sein wird. Teil dieses Projekts ist es deshalb auch die Flugplanung durch hochaufgelöste Vorhersagen und die Verfolgung bestimmter Luftmassen zu unterstützen. Insbesondere die Berechnung mehrerer Trajektorien wird es ermöglichen die verbleibenden Unsicherheiten abzuschätzen und sinnvolle Flugmuster vorzuschlagen. Die vorgeschlagene Kombination von Flugzeugbeobachtungen und hochauflösender Modellierung wird zu einem besseren Verständnis der Änderungen im Feuchtebudget und der Erhaltung von Mischphasenwolken während der feuchten sowie kalten Luftströmungen in der Arktis führen.
Die klimabedingte Gletscherschmelze wird sich auf die Zusammensetzung der Makroinvertebraten in den anschließenden Gletscherflüssen auswirken und zu einer Zunahme der a-Diversität und Abundanz sowie zu einer Aufwärtswanderung der flussabwärts lebenden Makroinvertebraten führen. In arktischen Regionen, in denen der Klimawandel große umweltrelevante Veränderungen erwarten lässt, wird zunehmend der Schnee von größerer Bedeutung für die aquatischen Ökosystemen, der Einfluss der Gletscherschmelze geht zurück. Die Folgen für die Zusammensetzung der Makroinvertebraten sind noch weitgehend ungeklärt, vor allem weil auch Langzeitstudien in arktischen Regionen fehlen. Daher soll in diesem Forschungsprojekt die zeitliche Veränderung von Makroinvertebraten entlang eines arktischen gletscher- und eines schneegespeisten Flusses untersucht werden. Die Grundlage bilden die Ergebnisse von Gíslason et al. (2001), die 1996 und 1997 entlang der beiden Flüsse Vestari- und Austari-Jökulsá Makroinvertebraten sowie hydrophysikalische und -chemische Parameter kartiert haben. Seit diesen ersten Untersuchungen haben sich die hydrologischen und klimatischen Verhältnisse deutlich verändert. An den gleichen Standorten (21) werden in 6 saisonalen Beprobungskampagnen (Frühjahr, Sommer, Herbst) über einen Zeitraum von zwei Jahren die abiotischen Variablen elektrische Leitfähigkeit, Wassertemperatur, -stand, DOC (Konz., Absorption, Fluoreszenz), stabile Isotope, gelöste Kieselsäure, Nährstoffe (PO4, NO3, NO2 und NH4), Ionen (Ca, Mg, Na, K), Chlorophyll a und Sedimentfracht sowie Makroinvertebraten-Gemeinschaften in den aquatischen Ökosystemen erfasst. Für ein zukünftiges Monitoring der Fauna in Gletscherflüssen wird die innovative und nicht-invasive Methode des eDNA-Metabarcodings getestet und weiterentwickelt. Dieser Ansatz ist in anderen aquatischen Ökosystemen bereits erfolgreich eingesetzt worden, noch nicht aber in Gletscherflüssen. Eine Reihe statistischer Techniken (z.B. einseitige/zweiseitige ANOVA) wird angewandt, um Unterschiede in den Längsveränderungen von Makroinvertebraten zwischen den verschiedenen Untersuchungen zu identifizieren und um umweltrelevante Einflussfaktoren für die Veränderung zu identifizieren. Mit der Anwendung des End-Member Mixing Ansatzes werden die Abflusskomponenten der beiden Flüsse während der saisonalen Kampagnen bestimmt, so dass auch die Auswirkungen der durch den Klimawandel verursachten Veränderungen der Wasserherkunftsräume auf Makroinvertebrate bewertet werden können. Letztendlich werden diese intensive, skalenübergreifende Untersuchung der hydrobiologischen und biogeochemischen Eigenschaften zweier arktischer Fließgewässers mit unterschiedlicher Hydrologie und ihrer räumlichen und zeitlichen Dynamik die Wissenslücke bezüglich der langfristigen Veränderung der longitudinalen Variation von Makroinvertebraten-Gemeinschaften in arktischen Flüssen schließen.
Eine Voraussetzung für die Identifizierung von Mustern in der Rhizosphäre ist die Lokalisierung von Wurzeln in situ während ihres Wachstums. Wurzeln sind als Senke und/oder Quelle von radialen Transportprozessen der Ausgangspunkt für die Musterbildung. Gleichzeitig verändern sie ständig die Randbedingungen für den Transport, insbesondere die Bodenstruktur in der Rhizosphäre.In Phase 1 untersuchten wir die Architektur des Wurzelsystems über die Zeit und inwieweit das Fehlen von verlängerten Haaren zu kompensatorischen Mechanismen auf der Skala einzelner Wurzelsegmente oder auf Wurzelsystemskala führt und ob Unterschiede in der Musterbildung (physikalisch und chemisch) in Abhängigkeit vom Bodensubstrat (Sand vs. Lehm) auftreten. Wir setzten die beobachteten Veränderungen auf der Skala des Pflanzensystems mit der Nährstoffaufnahme, der Biomasseproduktion und der Bodeninfiltration als emergente Eigenschaften in Beziehung.Das Substrat zeigte einen überraschend großen Effekt auf Wurzelmerkmale im Allgemeinen (P1) und auf den Wurzeldurchmesser und den Wurzelabbau im Besonderen. Daher werden wir uns in Phase 2 darauf konzentrieren, die Mechanismen zu entschlüsseln, die diesen Veränderungen des Wurzeldurchmessers und des Wurzelabbaus zugrunde liegen. Wir werden untersuchen welche Konsequenzen veränderte Durchmesser und Abbauraten für die Musterbildung haben, d.h. Ausbildung chemische Gradienten, Bioporenrecycling und Kohlenstofffluss. Der Phänotyp 'erhöhter Wurzeldurchmesser' kann durch Ethylen induziert werden. Änderungen in der Ethylenkonzentration können aus Änderungen in der Ethylenproduktion und/oder Änderungen in der Ethylendiffusion in der Rhizosphäre resultieren. In einer Reihe von Laborexperimenten werden wir testen, ob solche Veränderungen tatsächlich auftreten und ob sie mit den mechanischen Eigenschaften des Bodens oder dem Wurzel-Boden-Kontakt in Verbindung gebracht werden können. Letzterer soll sich systematisch zwischen den beiden Substraten unterscheiden. Unterschiede im Wurzelabbau könnten auch mit Ethylen zusammenhängen, da sowohl eine veränderte Geometrie als auch eine veränderte chemische Zusammensetzung den Abbau und damit den Kohlenstofffluss beeinflussen.In den Laborexperimenten werden wir die Ethylenkonzentration in der Bodenluft und die Wurzel-Boden-Kontaktfläche für Wurzeln verschiedener Durchmesserklassen sowie den Wurzelabbau messen. Wir werden auch die Wurzeldurchmesser in Bioporen untersuchen und wie radiale chemische Gradienten beeinflusst werden. Die Experimente werden in Kooperation mit P7, P8 (Genetik) P14, P17 (Mikrobiom), P23 (Mechanik), P11 (Exsudation), P4 (Modellierung) und P19 (Kohlenstofffluss) durchgeführt.Den Feldversuch nutzen wir um Langzeitänderungen in der Bodenstruktur zu untersuchen. Unser Augenmerk liegt auf Bioporenbesatz im Boden sowie dessen Einfluss auf Infiltrationskapazität und Wasserhaltevermögen als emergente Eigenschaften auf der Feldskale.
Im Projekt "Ein kostengünstiges mechanisch gesteuertes polarimetrisches Phased-Array Doppler Wetterradar, Phase 2" entwickelt das Fraunhofer FHR in Kooperation mit dem Institut für Geowissenschaften, Abteilung Meteorologie der Uni Bonn einen Prototyp eines Phased-Array-Radars (PAR) auf Basis einer AESA-Antennenapertur (Active Electronically Scanned Array), mit dem Ziel innerhalb einer Minute eine volumetrische Wetterkarte zu erstellen. Ein PAR-Wetterradar ist optimal geeignet, um die zeitliche Auflösung durch elektronische Strahlschwenkung zu verbessern. Aus Kostengründen konnte sich diese Technologie bisher aber nicht gegenüber Reflektorsystemen durchsetzen. In Phase I wird eine neuartige Antennenlösung zur Entkopplung von Strahlschwenkung und Fokussierung untersucht, um so Komplexität und Kosten zu minimieren. Anstatt wie üblich die Apertur sowohl für die Strahlschwenkung als auch für die Fokussierung zu verwenden, fokussiert ein Parabolzylinder im Azimut, während ein kompakter PAR in seiner Brennlinie die elektronische Schwenkung sowie die Fokussierung in der Höhe ermöglicht. Zur Erzeugung polarimetrischer Momente hoher Qualität wurde eine spezielle aktive Antennenansteuerung entwickelt, um eine Unterdrückung der Kreuzpolarisation von über 40 dB in Broadside und über 30 dB bei einer Strahlneigung von 45° zu erreichen.In Phase II wird die Implementierung der Strahlschwenkung zur Fertigstellung und operationalen Bewertung des Prototyps angestrebt. Im Wesentlichen sollen Strahlbeschleunigungstechniken zur schnellen Erzeugung volumetrischer Wetterkarten untersucht werden, da die einfache Verkürzung der Verweilzeit (Dwell Time) zu größeren statistischen Unsicherheiten bei den polarimetrischen Momenten führen würde. Mit Beam Multiplexing (BMX, sequentielle Übertragung von Impulspaaren entlang verschiedener Richtungen) sollen die Dekorrelation von Stichproben erhöht und schnellere Scans bei gleichbleibender Datenqualität erzielt werden. Darüber hinaus soll mit einem herkömmlichen Step-Scan-Verfahren das BMX für die unteren Elevationen in Abhängigkeit von der spezifischen Wetterereignisstatistik adaptiv ergänzt werden. Die sorgfältige Realisierung eines solchen adaptiven Scannens wird als wesentlicher Schritt angesehen, um das Scan-Beschleunigungspotential von PARs voll auszuschöpfen und ein automatisiertes priorisiertes Tracking potenziell gefährlicher Wetterereignisse zu erreichen.Die Universität Bonn wird die Messungen der überlappenden X-Band-Forschungsradare für eine eingehende Bewertung des neuen PAR und seiner polarimetrischen Fähigkeiten nutzen. Darüber hinaus ermöglicht die neue Technologie die Überwachung der vorkonvektiven Umgebung mit einer höheren zeitlichen Auflösung, was wiederum die Fähigkeit verbessert, Wasserdampffelder aus vom Radar erfassten Änderungen des Brechungsindex abzuleiten. Wir werden die neuen Fähigkeiten bewerten und somit zum fünften Ziel des SPP beitragen, d.h. zur radarbasierten Erfassung der Konvektionsinitiierung.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 124 |
| Land | 3 |
| Wissenschaft | 47 |
| Type | Count |
|---|---|
| Ereignis | 1 |
| Förderprogramm | 123 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 124 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 121 |
| Englisch | 91 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Datei | 1 |
| Keine | 54 |
| Webseite | 70 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 90 |
| Lebewesen und Lebensräume | 117 |
| Luft | 72 |
| Mensch und Umwelt | 124 |
| Wasser | 62 |
| Weitere | 124 |