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Schwerpunktprogramm (SPP) 2322: Systemökologie von Böden - das Mikrobiom und die Randbedingungen modulieren die Energieentladung, Teilprojekt: Kohlenstoff- und Energieumsatz von komplexen Substraten und in intakten Böden

Die Effizienz des Kohlenstoffumsatzes im Boden hängt vom Ausgangssubstrat und den Bodenbedingungen ab, die zusammen die Stoffwechselwege steuern und zu einer charakteristischen Kohlenstoff- und Energienutzungseffizienz führen. In der ersten Projektphase lag der Fokus auf der Nutzung einfacher Substrate (Glukose, Cellobiose, Cellulose) in homogenisiertem Boden, um eine umfassende Charakterisierung des Substratabbaus mit Aktivitätsmessungen spezifischer Enzyme und kalorespirometrischen Messungen zu ermöglichen. Dabei zeigten sich interessante zeitliche Muster, wie die Entkopplung der Wärme- und CO2-Flussspitzen, und räumliche Effekte, wie die Veränderung der Abbaukinetik bei unterschiedlichem Substrateinbaugrad. In der zweiten Phase wollen wir diese Erkenntnisse in zwei Hauptrichtungen vertiefen. Zunächst streben wir eine breitere Auswahl von Substraten mit gleichem Kohlenstoffgehalt (6 Kohlenstoffatome; Glucose, Cellobiose, Lysin, Phenol), aber unterschiedlichen Verbrennungsenthalpien und Gibbs-Energien an, um den Einfluss dieser Substrateigenschaften auf den Kohlenstoff- und Energieumsatz sowie auf Enzymaktivitäten und mikrobielle Gemeinschaften in vergleichenden Inkubationen zu untersuchen. Diese Aufgabe ist im Kernexperiment „E-ComPLEX“ gebündelt, an dem mehrere Projekte beteiligt sind und das unter der Leitung dieses Projekts durchgeführt wird. Das Hauptziel von E-ComPLEX ist es zu verstehen, wie effizient das Mikrobiom das Primärsubstrat nutzt, indem es Kohlenstoff und Energie in seiner eigenen Biomasse fixiert und Bausteine aus diesem Sekundärsubstrat recycelt. Ergänzend zu E-ComPLEX führen wir Experimente mit Mischsubstraten durch, um den Einfluss der Stöchiometrie der verfügbaren Nährstoffe im Boden, insbesondere der Stickstoffverfügbarkeit, auf den Kohlenstoff- und Energieumsatz bei der Nutzung von C6-Substraten zu untersuchen. Der weitere Schwerpunkt des Projekts in der zweiten Phase liegt auf Experimenten mit intakten Bodenkernen anstelle von homogenisiertem Boden. Es ist bekannt, dass die Position des Substrats im Porenraum die Zugänglichkeit für das Mikrobiom sowie die Versorgung mit Sauerstoff und Nährstoffen und damit die Umsatzkinetik des Substrats steuert. Ziel des Projekts ist es, den Einfluss der natürlichen Substratverteilung auf den Kohlenstoff- und Energieumsatz bei der Wiedervernässung trockener Böden zu untersuchen. Obwohl die Ausgangssubstrate in intakten Böden unbekannt sind, sind Vergleiche mit neu verdichteten Referenzproben gleicher Lagerung, Feuchtigkeit und labiler C-Menge möglich. Mittels Röntgen-CT kann die räumliche Heterogenität erkannt und mit Unterschieden in der Umsatzkinetik in Verbindung gebracht werden. Das Projekt Microheat-2 leistet zudem in vielfältiger Weise wichtige Beiträge zum Schwerpunktprogramm 2322: Es führt Kalorimetermessungen für andere Projekte durch, steuert Röntgen-CT-Messungen bei und stellt Messdaten für Modellierungsprojekte bereit.

Auswirkungen von Trockenheit und erhöhtem CO2 auf die Blattrollkrankheit der Weinrebe: Eine Untersuchung der Interaktionen zwischen Pflanze, Vektor und Virus

In Zeiten des Klimawandels wird die Pflanzengesundheit durch kombinierten Stress durch abiotischen, klimawandelbedingten Faktoren und biotischem Faktoren durch Schädlinge und Krankheitserreger beeinträchtigt. Dieses Projekt zielt darauf ab, die Auswirkungen abiotischer, klimawandelbedingte Stressfaktoren, wie z. B. erhöhtem atmosphärischen CO2-Gehalt (eCO2) und Trockenstress, auf die Interaktion zwischen Weinreben, Blattrollviren (GLRaV), und virusübertragenden Schmierläusen zu untersuchen. GLRaV, insbesondere GLRaV-3, verändert die CO2-Assimilation, die Wassernutzungseffizienz sowie die primären und sekundären Stoffwechselprodukte der Pflanze, was letzendlich zu Ertragsminderungen, verzögerter Fruchtreife und schlechter Traubenqualität führt. Das Virus wird durch infiziertes Vermehrungsmaterial und phloemsaugende Insekten, wie z. B. Schmierläuse, verbreitet. Es ist bekannt, dass eCO2- und Wasserstress einen erheblichen Einfluss auf die Pflanzenphysiologie und die Schädlingsbekämpfung haben kann. Außerdem weiß man, dass Pflanzenviren biotischen Stress für die Pflanzen verursachen und das Verhalten der Virusvektoren verändern können. Gleichzeitig werden Viren von denselben klimawandelbedingten abiotischen Stressfaktoren beeinflusst, wie die anderen Mitglieder des Ökosystems. Es gibt nur sehr wenige Studien über die Auswirkungen des Klimawandels auf Virusinfektionen auf Weinreben und keine einzige über die Auswirkungen auf Schmierläuse als Virusvektoren. Schlussfolgerungen aus anderen Pathosystemen zu ziehen, gestaltet sich schwierig, da die Auswirkungen von abiotischem, klimawandelbedingtem Stress oft artspezifisch sind. Bisher hat sich die Forschung vor allem mit den Wechselwirkungen einzelner Klimawandelparameter mit Pflanzen, Insekten oder Krankheitserregern befasst. Um die Wechselwirkungen zwischen mehreren Stressoren und die komplexen Beziehungen zwischen Pflanzen, Krankheitserregern und Vektoren zu verstehen, sind breitere Forschungsansätze nötig. Nur so können wirksame Anpassungsstrategien entwickelt werden um Pflanzen in der Zukunft gesund und produktiv zu halten. Im Rahmen des Projekts werden eine Reihe von Experimenten durchgeführt, bei denen Weinreben zwei Klimawandelparametern (Wasserstress + CO2) in Kombination mit biotischem Stress durch eine GLRaV-3-Infektion ausgesetzt werden. Untersucht werden die Mechanismen (Genexpression) und die Auswirkungen auf die Pflanzen (Aminosäuren, Phenole, C/N, Zucker, Chlorophyll) und den Insektenvektor (Fressverhalten, Fitness), zusätzlich zu klassischen Übertragungsexperimenten mit GLRaV. Die Forderung nach multifaktoriellen Stress-Experimenten wird seit Jahrzehnten erhoben. Diese Experimente sind ehrgeizig und komplex, aber sie sind der notwendige nächste Schritt, um Erkenntnisse über die zukünftige Entwicklung der Blattrollkrankheit zu gewinnen.

Mobilisierung und Immobilisierung von Schadstoffen in Muellverbrennungsschlacken im realistischen Massstab

Wissenschaftliche Aufklaerung des kurz- und langfristigen Verhaltens von Schadstoffen bei der offenen Verwendung von Reststoffen mit dem Ziel, das Nutzungspotential zu quantifizieren. Dazu werden organische und anorganische Schadstoffe in Muellverbrennungsschlacken charakterisiert und spezifiziert, anhand geochemischer Modellrechnungen die thermodynamischen Existenzbereiche von Schwermetallspecies in Waessern ermittelt, die wesentlichen Mobilisierungsmechanismen untersucht und diese mit kapazitiven Groessen wie Saeure- und Redoxpufferkapazitaet gekoppelt. Bisher konnte an drei MVA-Schlacken durch TG- und DTA-Untersuchungen eine Speziation des Kohlenstoffs in organisch gebundenen, karbonatischen und graphitaehnlichen (black carbon) Kohlenstoff erreicht werden. Die Identifikation organischer Bestandteile gelang nach Soxhlet-Extraktion mit einer Reihe an Loesemitteln sinkender Polaritaet und dem Einsatz von GC-MS und HPLC-Technik. Damit konnten erstmals Alkane, Fettsaeuren, Phenole und Phthalate im mg/kg-Bereich in MVA-Schlacken nachgewiesen werden. Die Ionenchromatographie eignet sich nach Elimination von SO4 hoch 2minus, Cl minus fuer die Identifikation pelarer, org. Saeuren. Am Beispiel des Kupfers konnte fuer ein Schwermetall eine Speziation durchgefuehrt werden. Dabei wurden sechs Kupferphasen (Cu(O), Cu(l)-Oxid, Cu(II)-Oxid, Cu-Legierungen und basische Kupferkarbonate) identifiziert.

Analytical data of a buried and a recent surficial Chernozem in the Bornhöck area in Central Germany

This dataset contains analytical data of two studied soil profiles, one of a buried (BH-II) and one of a recent surficial Chernozem (BH-rec) in the Bornhöck area in Central Germany (southern Saxony-Anhalt). At BH-II, the Chernozem was buried by the Early Bronze Age burial mound 'Bornhöck' about 3.8 ka. The study area is described in Suchodoletz et al. (2023). During our research we measured grain sizes, organic carbon and carbonate contents, black carbon, soil isotopes, elements and lignin phenols (S/V and C/V). The measurements were performed between 2019 and 2024. The goal of our study was to evaluate regional soil formation and human impact since the Early Bronze.

Solare Photochemie: Photooxidation verschiedener organischer Verbindungen

In dem Projekt ist es das Hauptziel, bei Photooxidationen (Gegenwart von Luftsauerstoff und Bestrahlung mit sichtbarem Licht (solare Einstrahlung und kuenstliche Lichtquelle) Abwasserreinigung und Synthese von Feinchemikalien durchzufuehren. Dazu wurden bisher Photooxidationen der toxischen Substrate Thiole, Sulfid und Phenole durchgefuehrt. Durch Verwendung von Photosensibilisatoren, die im sichtbaren Bereich absorbieren, kann eine weitgehende Mineralisierung u.a. von Phenolen (auch chlorierten Phenolen) erreicht werden. Mit der solarphotochemischen Synthese von Feinchemikalien ist jetzt begonnen worden.

Grundwassermessstelle SACHSENWALD VIERTHEGE F1 4544.0

Dieser Datensatz beschreibt die Grundwassermessstelle SACHSENWALD VIERTHEGE F1 4544.0 in Schleswig-Holstein. Die Messstelle liegt im Grundwasserkörper EL15 : Bille - Altmoränengeest Süd. Es liegen insgesamt 32344 Messwerte vor. Es liegen außerdem 30 Probenentnahmen vor (siehe Resourcen).

2. Phase des Projektes - Entwicklung eines Verfahrens zur fotokatalytischen Aufbereitung industrieller phenol- bzw. chlorphenolhaltiger Abwasserteilströme

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Die prosys GmbH hat zum 31. März 2002 erfolgreich ein zwölf Monate dauerndes FuE-Verbundforschungsvorhaben mit dem Institut für Organische und Makromolekulare Chemie Universität Bremen (Prof. Wöhrle) abgeschlossen. Hierbei sollte ein Verfahren entwickeln werden, mit dessen Hilfe Tributhylzinnverbindungen (TBT) aus Abwasserteilströmen entfernt werden können. Mit Hilfe dieses Verfahrens sollen Schadstoffe durch Singulett-Sauerstoff, eine energetisch angeregte Form des Sauerstoffs, oxidiert und in unschädliche Reaktionsprodukte umgewandelt werden. Der Singulett-Sauerstoff soll hierbei photokatalytisch durch Farbstoffe, sogenannte Photosensibilisatoren erzeugt werden. In einem ersten Schritt soll die Anwendbarkeit der Photooxidation von TBT-haltigen, wässrigen Lösungen im Labormaßstab unter verschiedenen Rahmenbedingungen und Einflussgrößen untersucht werden. Aufgrund der bislang gewonnenen Erkenntnisse aus diesem FuE-Pilotprojekt und der diesem Projekt zugrunde liegenden Literatur soll im hier beantragten Forschungsvorhaben die Anwendung dieses Verfahrens auf andere Schadstoffe untersucht und die Entwicklung einer entsprechenden Reaktionstechnik unter praxisrelevanten Bedingungen entwickelt werden. Es sollen insbesondere phenol- und chlorphenol-haltige Abwasserteilströme unter praxisrelevanten Bedingungen untersucht werden, wie sei bspw. in der petrochemischen Industrie im Bereich der Abwasser- als auch der Abluftbehandlung anfallen. Diese Untersuchungen sollen erweitert werden, durch die Überprüfung der Anwendungsmöglichkeiten dieses Verfahrens auf Sulfide und Sulfonate, wie sie in weiten Bereichen der Lebensmittelherstellung und -verarbeitung, der Papierindustrie (als Ligninsulfonate) u.ä. zum Einsatz gelangen, die nach wie vor als Problemstoffe anzusehen sind. Ein Teil dieses Forschungsvorhabens soll sich mit der Untersuchung der wirtschaftlichen Rahmenbedingungen für den Einsatz einer derartigen Reaktortechnik beschäftigen. Fazit: Die bislang erzielten Erfolge entsprechen voll und ganz den zum Zeitpunkt der Projektbeantragung erwarteten Ergebnissen. Der beantragten Fortsetzung des Projektes kann daher mit Zuversicht auf ein Erfolg versprechendes Gesamtergebnis entgegengesehen werden.

Hüttenwerke Krupp Mannesmann GmbH in Duisburg (2021 - 2024)

Bei der Haupttätigkeit der Hüttenwerke Krupp Mannesmann GmbH , Inspire-ID: https://registry.gdi-de.org/id/de.nw.inspire.pf.bube-eureg/anl-2017-112000-100-0077961-0000) handelt es sich um Röst- oder Sinteranlagen f. Metallerz einschl. sulfid. Erze (NACE-Code: 24.10 - Erzeugung von Roheisen, Stahl und Ferrolegierungen). Weitere Nebentätigkeiten beinhalten: Röst- oder Sinteranlagen f. Metallerz einschl. sulfid. Erze Kokereien Herstellung einfacher KW Mahlen von Kohle > 1 t/h Beseitigung oder Verwertung v. gefährlichen Abfällen > 10 t/d. Es wurden keine Freisetzungen oder Verbringungen nach PRTR berichtet zu: Freisetzung in den Boden, Verbringung von Schadstoffen mit dem Abwasser, Verbringung gefährlicher Abfälle im Ausland.

Natürliche Nanopartikel und Kolloide in bewaldeten Europäischen Quellgebieten: Neue Erkenntnisse über raumzeitliche Dynamiken und potentielle Herkunft

Natürliche Nanopartikel (NNP) und bodenstämmige Kolloide werden zunehmend als hoch relevante Transportform von Elementen in wässrigen Phasen von Ökosystemen anerkannt. Zur elementaren Zusammensetzung dieser Partikel und deren Größenspanne liegen erste Erkenntnisse vor, jedoch fehlen weiterhin wichtige fundamentale Informationen über deren zeitliche Dynamiken und deren Herkunft. Die Ziele dieses Projektes sind (i) die zeitlichen Dynamiken von NNP und Kolloiden aufzudecken, (ii) den Einfluss von signifikant erhöhten Abflussereignissen auf den Export von NNP und Kolloid-bedingtem Transport aufzuklären und (iii) die potentielle Herkunft von Bachwasser-NNP und Kolloiden zu erklären. Um eine Vorstellung über die Validität der Ergebnisse (iv) auf europäischer Skala und durch verschiedene Ökosysteme zu bekommen, werden die Analysen an Bachwasserproben von verschiedenen Dauerbeobachtungsflächen durch Europa durchgeführt. Diese Standorte, mit denen ich bereits erste eigene wissenschaftliche Kooperationen etablieren konnte, bieten Daten über die Böden, die Gewässerchemie und Stoffflüsse innerhalb des Ökosystems. Die Analytik wird mit Hilfe von Kombinationsverfahren der Feld Fluss Fraktionierung (FFF) durchgeführt. Für ausgewählte Proben wird größen- und elementspezifische Analytik von NNP und Kolloiden mit der Analyse von Lignin Phenolen, der natürlichen Häufigkeitsermittlung von 13C, Radiokarbondatierung und zusätzlicher d56Fe Analytik kombiniert. Durch die Kombination der Daten sollte es möglich sein das Vorkommen und die Variabilität von NNP und Kolloiden als vorherrschende Elementtransportform, sowie deren Herkunft aus verschiedenen Bodenhorizonten und die generelle Validität meiner Ergebnisse auf unterschiedliche Standorte in Europa besser verstehen zu können.

Bodenkarte von Niedersachsen 1 : 50 000 - Auswertung: BK50 Bindung organischer Schadstoffe in Böden

Die Auswertung Bindung organischer Schadstoffe in Böden auf Basis der Bodenkarte von Niedersachsen 1 : 50 000 (BK50) zeigt, wie stark einzelne organische Schadstoffe im Boden gebunden und damit gefiltert werden können. Über das Niederschlagswasser, atmosphärische Deposition oder diffuse Eintragspfade können organische Schadstoffe in die Böden gelangen, wo sie meist kurz- bis langfristig gebunden werden. Durch das Sickerwasser kann es jedoch zur Auswaschung und schließlich zu Einträgen in das Grundwasser kommen. Für die Einschätzung der Bindungsstärke organischer Schadstoffe in Böden (FOB) werden die humus- und ton-spezifischen Bindungsstärken ausgewählter Schadstoffe analysiert. Zusätzlich werden gemäß dem pH-Wert Zu- und Abschläge berücksichtigt. Die Auswertung kann für knapp 50 unterschiedliche repräsentative organische Schadstoffe, z.B. Phenol, Kerosin oder Benzopyren, durchgeführt werden. Als Datengrundlage dienen die Leitprofile der BK50. Die Kennwertklassifizierung erfolgt in sechs Stufen (von 0 [praktisch nicht] bis 5 [sehr hoch]) jeweils spezifisch für den ausgewählten Stoff. Der Datensatz ist insbesondere im Rahmen des Abfallrechts, der Agrarplanung, des Baurechts, der Landesplanung, des Naturschutzes und wasserrechtlicher Umweltverträglichkeitsstudien von Interesse.

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