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s/phytosynthese/Photosynthese/gi

Kohlenstoffumwandlungen im Tropischen und silikat-dominierten Deduru Oya Wassereinzugsgebiet in Sri Lanka

Kohlenstofftransport und dessen Umwandlungen in Flüssen sind wichtige Indikatoren für Landnutzung, Verwitterung und Klimaeffekte. Solche Kohlenstoffsystematiken zeigen auch die ökologische Gesundheit von Flüssen und ihren Einzugsgebieten in integraler Art an. In diesem Zusammenhang sind starke CO2 Ausgasungen von Flüssen eine globale Unsicherheit, die bislang hauptsächlich für große Flusssysteme abgeschätzt wurden. Kleinere Flüsse wurden jedoch mit dieser Fragestellung bislang kaum untersucht. Insbesondere treffen solche Untersuchungslücken für kleinere Flusseinzugsgebiete zu, die direkt in den Ozean entwässern. Wir schlagen eine neue Studie zu Kohlenstoffumwandlungen im tropischen Deduro Oya Einzugsgebiet in Sri Lanka vor. Diese Studie würde auch neue Erkenntnisse in die Funktionsweise eines tropischen und Silikat-dominierten Einzugsgebietes in Bezug auf Kohlenstoffumwandlungen liefern. Darüber hinaus, soll die Arbeit Einflüsse typischer regionaler Landwirtschaftspraktiken, wie Reisanbau, untersuchen. Dieser hat wahrscheinlich starke Einflüsse auf Umwandlungen von Kohlenstoff in Flüssen. Untersuchungen anderer Faktoren, wie Einflüsse von Stauseen und vielzähliger kleiner Wasserspeicher entlang des Flusses sowie Einträge von Abwässern dieses vom Monsun beeinflussten Systems sind auch vorgesehen. Geplante geochemische Methoden umfassen Konzentrationsanalysen von gelösten und partikulären Kohlenstoffphasen (DOC, DIC und POC) zusammen mit ihren stabilen Kohlenstoffverhältnissen an Fluss- und Grundwasserproben. Diese sollen mit Geländeparametern, stabilen Isotopen des Wassers und Haupt- sowie Spurenelementuntersuchungen kombiniert werden. Zu erwartende Daten ermöglichen auch die Modellierung von CO2 Ausgasungen aus der Wasserphase. Ähnliche Ansätze haben an anderen Gewässeruntersuchungen dazu beigetragen, Einflüsse von natürlichen und anthropogenen Kohlenstoffbilanzen mit wichtigen Faktoren wie Photosynthese und Respiration zu differenzieren. Übertragen auf das Deduru Oya Einzugsgebiet können diese Techniken dazu beitragen, ein bislang kaum bekanntes Endglied von Flussfunktionsweisen im Zusammenhang mit terrestrischen Kohlenstoffzyklen zu definieren.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1158: Antarctic Research with Comparable Investigations in Arctic Sea Ice Areas; Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten, Modellierung kleinskaliger Prozesse im antarktischen Meereis und ihre Auswirkungen auf die biologische Kohlenstoffpumpe im zukünftigen Südpolarmeer - ein physikalisch-biologischer gekoppelter zweiskalen Ansatz

Die jahreszeitliche Variabilität der globalen Meereisbedeckung ist eine wichtige Komponente des globalen Klimas. Jedoch ist der kleinskalige Einfluss des Meereises in globalen Klimamodellen bis heute nur unzureichend beschrieben. Dieser Antrag hat daher das Ziel, die physikalischen (P) und bio-geo-chemischen (BGC) Schlüsselprozesse im Meereis mit einem hochaufgelösten Zweiskalenmodell mathematisch zu beschreiben. Die Ergebnisse können dann parametrisiert in globale Klimamodelle (GCMs) einfließen, sodass eine verbesserte Prognosefähigkeit erreicht wird.Die Ozeanerwärmung wird die Mikrostruktur des Meereises erheblich verändern. Wir entwickeln daher ein P-BGC-Modell einer antarktischen Meereisscholle, um die komplexen gekoppelten Zusammenhänge zwischen Eisbildung, Nährstofftransport, Salinität und Solekanalverteilung, Photosynthese und Karbonatchemie mathematisch zu beschreiben. Damit simulieren wir verschiedene Szenarien der Meereisbildung und ihrer Auswirkungen auf das Wachstum von Meereisalgen, die einen großen Einfluss auf den vertikalen Kohlenstoff-Export (biologische Kohlenstoffpumpe) besitzen.Damit leistet dieses Projekt einen wesentlichen Beitrag zum Forschungsschwerpunkt ‘3.2.D - Verbessertes Verständnis der polaren Prozesse und Mechanismen’ bei. Im Einzelnen gehen wir auf drei übergeordnete Ziele ein:Schritt 1: Beschreibung der Meereisstruktur Wir verwenden ein gekoppeltes Zweiskalenmodell, mit dem relevante Aspekte des Gefrierens und Schmelzens im Zusammenhang mit Deformation, Salinität und Soletransport beschrieben werden. Auf der Makroebene dient dafür eine kontinuumsmechanische Beschreibung im Rahmen der erweiterten Theorie poröser Medien (eTPM). Damit können über einen gekoppelten Gleichungssatz partieller Differentialgleichungen (PDE) Deformations-, Transport und Reaktionsprozesse beschrieben werden. Für das physikalische Phänomen der Phasentransformation zwischen Wasser und Eis dient das Phasenfeldmodell (PF) als Mikromodell, welches ebenfalls aus gekoppelten PDEs besteht. Daraus resultiert eine PDE-PDE Kopplung.Schritt 2: Kopplung mit dem erweiterten RecoM2 Modul als Mikromodell Damit können die BGC Phänomene beschrieben werden. Das RecoM2 Modul besteht aus einem Gleichungssystem gewöhnlicher Differentialgleichungen, sodass hier eine PDE-ODE Kopplung zu einem P-BGC Modell erfolgt. Schritt 3: Bewertung der Modellansätze Dies beinhaltet die Verifizierung und Validierung des kombinierten P-BGC-Modells mittels Literatur- sowie experimenteller Daten. Für die Verwendung des hochaufgelösten zweiskaligen P-BGC Modells in globalen Klimamodellen muss die Berechnungseffizienz gesteigert werden. Zu diesem Zweck werden Reduzierte-Basis-Modell (ROM) zur Erzeugung von Surrogaten des Vollen-Basis-Modells (FOM) eingesetzt, die die Modellkomplexität verringern, z.B. durch datengetriebene Machine-Learning (ML)-Techniken oder “Generalized Proper Decomposition” (GPD).

Regulation der photosynthetischen Effizienz der Biomassebildung im dynamischen Lichtklima bei exemplarischen Grünalgen und Diatomeen

In dem Vorhaben wird untersucht, wie wirksam die absorbierte Lichtenergie in Biomasse konvertiert wird. Vergleichend werden Grünalgen und Diatomeen unter verschiedenen Licht- und Nährstoffbedingungen studiert. Auf diese Weise können die metabolischen Kosten unter Nährstoffmangel oder anderen produktivitätsbegrenzenden Bedingungen studiert werden. So wird auch die Säureanpassung ausgewählter Phytoplankter untersucht, um die Biomassebildung in extrem sauren Tagebaurestseen auf physiologischer Ebene zu verstehen. Es konnte gezeigt werden, dass unter Stickstoffmangel die Überführung anorganischen Kohlenstoffs in Biomassebildung durch eine Veränderung der makromolekularen Zusammensetzung der Zellen ähnlicher Effizienz stattfindet, wie unter optimaler Stickstoffversorgung. Dies führt zu einer ökologisch bedeutsamen Teilentkopplung des C und N Kreislaufs im Ökosystem. Ähnliches beobachtet man auch bei der Anpassung von Phytoplanktonalgen an extrem saure Bedingungen wie man sie in sauren Tagebaurestseen vorfindet.

Drivers and mechanisms of 13C discrimination in Cleistogenes squarrosa (C4) - reducing uncertainties on bundle sheath leakiness

The energetic efficiency of C4 photosynthesis is strongly affected by bundle sheath leakiness, which is commonly assessed with the 'linear version' of the Farquhar model of 13C discrimination, and leaf gas exchange and 13C composition data. But, the linear Farquhar model is a simplification of the full mechanistic theory of ? in C4 plants, potentially generating errors in the estimation of leakiness. In particular, post-photosynthetic C isotope fractionation could cause large errors, but has not been studied in any detail. The present project aims to improve the understanding of the ecological and developmental/physiological factors controlling discrimination and leakiness of the perennial grass Cleistogenes squarrosa. C. squarrosa is the most important member of the C4 community which has spread significantly in the Mongolia grasslands in the last decades. It has an unusually high and variable discrimination, which suggests very high (and potentially highly variable) leakiness. Specifically, we will conduct the first systematic study of respiratory 13C fractionation in light and dark at leaf- and stand-scale in this C4 species, and assess its effect on discrimination and estimates of leakiness. These experiments are conducted in specialized 13CO2/12CO2 gas exchange mesocosms using ecologically relevant scenarios, testing specific hypotheses on effects of environmental drivers and plant and leaf developmental stage on discrimination and leakiness.

Emissionen der Landnutzung, -änderung und Forstwirtschaft

<p>Wälder, Böden und ihre Vegetation speichern Kohlenstoff. Bei intensiver Nutzung wird Kohlendioxid freigesetzt. Maßnahmen, die die Freisetzung verhindern sollen, richten sich vor allem auf eine nachhaltige Bewirtschaftung der Wälder, den Erhalt von Dauergrünland, bodenschonende Bearbeitungsmethoden im Ackerbau, eine Reduzierung der Entwässerung und Wiedervernässung von Moorböden.</p><p>Bedeutung von Landnutzung und Forstwirtschaft</p><p>Der Kohlenstoffzyklus stellt im<a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/klima-energie/klimawandel/klima-treibhauseffekt">komplexen Klimasystem</a>unserer Erde ein regulierendes Element dar. Durch die Vegetation wird Kohlendioxid (CO2) aus der Luft mittels ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Photosynthese#alphabar">Photosynthese</a>⁠ gebunden und durch natürlichen mikrobiellen Abbau freigesetzt. Zu den größten globalen Kohlenstoffspeichern gehören Meere, Böden und Waldökosysteme. Wälder bedecken weltweit ca. 31 % der Landoberfläche (siehe<a href="https://www.fao.org/documents/card/en/c/ca8642en">FAO Report 2020</a>). Bedingt durch einen höheren Biomassezuwachs wirken insbesondere ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/b?tag=boreale#alphabar">boreale</a>⁠ Wälder in der nördlichen Hemisphäre als Kohlendioxid-Senken. Nach § 1.8 des<a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/klima-energie/internationale-eu-klimapolitik/klimarahmenkonvention-der-vereinten-nationen-unfccc">Klimarahmenabkommens der Vereinten Nationen</a>werden Senken als Prozesse, Aktivitäten oder Mechanismen definiert, die Treibhausgase (THG), ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/a?tag=Aerosole#alphabar">Aerosole</a>⁠ oder Vorläufersubstanzen von Treibhausgasen aus der ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/a?tag=Atmosphre#alphabar">Atmosphäre</a>⁠ entfernen. Im Boden wird Kohlenstoff langfristig durch sog. Humifizierungsprozesse eingebaut. Global ist etwa fünfmal mehr Kohlenstoff im Boden gespeichert als in der Vegetation (siehe<a href="https://www.ipcc.ch/report/land-use-land-use-change-and-forestry/">IPCC Special Report on Land Use, Land Use Change and Forestry</a>). Boden kann daher als wichtigster Kohlenstoffspeicher betrachtet werden. Natürliche Mineralisierungsprozesse führen im Boden zum Abbau der organischen Bodensubstanz und zur Freisetzung der Treibhausgase CO2, Methan und Lachgas. Der Aufbau und Abbau organischer Substanz steht in einem dynamischen Gleichgewicht.</p><p>Die voran genannten Prozesse werden in der Treibhausgasberichterstattung unter der Kategorie/Sektor „Landnutzung, ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/l?tag=Landnutzungsnderung#alphabar">Landnutzungsänderung</a>⁠ und Forstwirtschaft“ (kurz ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/l?tag=LULUCF#alphabar">LULUCF</a>⁠) bilanziert.</p><p>Modellierung von Treibhausgas-Emissionen aus Landnutzungsänderung</p><p>Jährliche Veränderungen des nationalen Kohlenstoffhaushalts, die durch Änderungen der ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/l?tag=Landnutzung#alphabar">Landnutzung</a>⁠ entstehen, werden über ein Gleichgewichtsmodell berechnet, welches für Deutschland auf einem Stichprobensystem mit rund 36 Millionen Stichprobenpunkten basiert. Für die Kartenerstellung der Landnutzung und -bedeckung werden zunehmend satellitengestützte Daten eingesetzt, um so die realen Gegebenheiten genauer abbilden zu können. Die nationalen Flächen werden in die Kategorien Wald, Acker- sowie Grünland, Feuchtgebiete, Siedlungen und Flächen anderer Nutzung unterteilt (siehe auch<a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/flaeche-boden-land-oekosysteme/flaeche/struktur-der-flaechennutzung">Struktur der Flächennutzung</a>). Die Bilanzierung (Netto) erfolgt über die Summe der jeweiligen Zu- bzw. Abnahmen der Kohlenstoffpools (ober- und unterirdische ⁠Biomasse⁠, ⁠Totholz⁠, Streu, organische und mineralische Böden und Holzprodukte) in den verschiedenen Landnutzungskategorien.</p><p>Allgemeine Emissionsentwicklung</p><p>Der Verlauf der Nettoemissionen von 1990 bis 2023 zeigt, dass der ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/l?tag=LULUCF#alphabar">LULUCF</a>⁠-Sektor in den meisten Jahren als Nettoquelle für Treibhausgase fungierte. Hauptquellen sind die Emissionen aus den landwirtschaftlich genutzten Flächen der Landnutzungskategorien Acker- und Grünland. Diese beiden Kategorien weisen über die Jahre anhaltend hohe Emissionen aus entwässerten organischen Böden auf, sowie netto, zu einem geringeren Teil, aus den Mineralböden. Die Landnutzungskategorie Feuchtgebiete trägt hauptsächlich durch den industriellen Torfabbau und die Methanemissionen aus künstlichen Gewässern nicht unerheblich zur Gesamtsumme der THG-Emissionen bei. Die C-Pools des Waldes spielen eine ambivalente Rolle im Zeitverlauf. Mit ihren meist deutlich negativen Emissionen wirken die Pools tote organische Substanz (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/t?tag=Totholz#alphabar">Totholz</a>⁠ und Streu), genau wie die Holzprodukte, durch Zunahme dieser Kohlenstoffspeicher der Quellfunktion des Pools ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/b?tag=Biomasse#alphabar">Biomasse</a>⁠ entgegen. Nichtsdestotrotz wird der qualitative Verlauf der LULUCF-Emissionskurve im Wesentlichen durch den Pool Biomasse, insbesondere der Landnutzungskategorie Wald, geprägt. Gegenüber dem Basisjahr haben die Netto-Emissionen aus dem LULUCF-Sektor in 2023 um 90,6% zugenommen (Netto THG-Emissionen in 1990: rund +36 Mio. t CO2Äquivalente und in 2023: + 69 Mio. t CO2Äquivalente).</p><p>Im Rahmen des novellierten<a href="https://www.bmuv.de/gesetz/bundes-klimaschutzgesetz">Klimaschutzgesetzes (KSG)</a>wird eine Schätzung für das Vorjahr 2024 vorgelegt. Diese liefert für LULUCF nur Gesamtemissionen, deren Werte als unsicher einzustufen sind. Die Werte liegen bei 51,3 Mio. t CO2Äquivalenten. Aus diesem Grunde werden in den folgenden Abschnitten nur die Daten der Berichterstattung 2025 für das Jahr 2023 betrachtet.</p><p>Veränderung des Waldbestands</p><p>Die Emissionen sowie die Speicherung von Kohlenstoff bzw. CO2für die Kategorie Wald werden auf Grundlage von<a href="https://www.bundeswaldinventur.de/">Bundeswaldinventuren</a>berechnet. Bei der Einbindung von Kohlenstoff spielt insbesondere der Wald eine entscheidende Rolle als potentielle Netto-Kohlenstoffsenke. In gesunden, sich im Aufwuchs befindlichen Waldbeständen können jährlich große Mengen an CO2aus der ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/a?tag=Atmosphre#alphabar">Atmosphäre</a>⁠ eingebunden werden. Im Zeitraum 1991 bis 2017 waren es im Durchschnitt rund 54 Mio. t Netto-CO2-Einbindung jährlich. In den Jahren 1990 und 2007 trafen auf Deutschland Orkane (2007 war es der Sturm Kyrill), die zu erheblichem Holzbruch mit einem daraus resultierenden hohen Sturmholzaufkommen in den Folgejahren führten. Die dramatische Abnahme der Forstbiomasse im Jahr 2018 und den Folgejahren ist auf die Waldschäden infolge der großen Trockenheit in diesem und den folgenden Berichtsjahren zurückzuführen. Diese erheblichen Änderungen in der Waldbiomasse wurden während der jüngsten<a href="https://www.bundeswaldinventur.de/fileadmin/Projekte/2024/bundeswaldinventur/Downloads/BWI-2022_Broschuere_bf-neu_01.pdf">Bundeswaldinventur (2022)</a>erfasst und durch die quantifizierte Auswertung der Erhebung verifiziert (siehe dazu<a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/berichterstattung-unter-der-klimarahmenkonvention-9">NID</a>). Bis in das Jahr 2017 waren in der Waldkategorie die Pools ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/b?tag=Biomasse#alphabar">Biomasse</a>⁠, mineralische Böden und ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/t?tag=Totholz#alphabar">Totholz</a>⁠ ausschlaggebende Kohlenstoffsenken. Zu den Emissionsquellen im Wald zählten Streu, Drainage organischer Böden, Mineralisierung und Waldbrände. Ab 2018 wurde auch der Pool Biomasse durch die absterbenden Bäume zur deutlichen CO2-Quelle.</p><p>In 1990 wurden rund 25,4 Mio. t CO2-Äquivalente im Wald an CO2-Emissionen gespeichert. Im Jahr 2023 wurden dagegen 20,9 Mio. t CO2-Äquivalente freigesetzt (siehe Tab. „Emissionen und Senken im Bereich ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/l?tag=Landnutzung#alphabar">Landnutzung</a>⁠, ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/l?tag=Landnutzungsnderung#alphabar">Landnutzungsänderung</a>⁠ und Forstwirtschaft“).</p><p>Treibhausgas-Emissionen aus Waldbränden</p><p>Bei Waldbränden werden neben CO2auch sonstige Treibhausgase bzw. Vorläufersubstanzen (CO, CH4, N2O, NOx und ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/n?tag=NMVOC#alphabar">NMVOC</a>⁠) freigesetzt. Aufgrund der klimatischen Lage Deutschlands und der Maßnahmen zur Vorbeugung von Waldbränden sind Waldbrände ein eher seltenes Ereignis, was durch die in der<a href="https://www.ble.de/DE/BZL/Daten-Berichte/Wald/wald.html">Waldbrandstatistik</a>erfassten Waldbrandflächen bestätigt wird. Allerdings war das Jahr 2023 bezüglich der betroffenen Waldfläche mit 1.240 Hektar, ein deutlich überdurchschnittliches Jahr. Das langjährige Mittel der Jahre 1993 bis 2022 liegt bei 710 Hektar betroffener Waldfläche. Auch die durchschnittliche Waldbrandfläche von 1,2 Hektar je Waldbrand war in 2023 überdurchschnittlich und stellt den fünfthöchsten Wert seit Beginn der Waldbrandstatistik dar (siehe mehr zu<a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/land-forstwirtschaft/waldbraende">Waldbränden</a>). Durch die Brände wurden ca. 0,11 Mio. t CO2-Äquivalente an Treibhausgasen freigesetzt. Werden nur die CO2-Emissionen aus Waldbrand (0,95 Mio. t CO2-Äquivalente) betrachtet, machen diese im Verhältnis zu den CO2-Emissionen des deutschen Gesamtinventars nur einen verschwindend kleinen Bruchteil aus.</p><p>Veränderungen bei Ackerland und Grünland</p><p>Mit den Kategorien Ackerland und Grünland werden die Emissionen sowie die Einbindung von CO2aus mineralischen und organischen Böden, der ober- und unterirdischen ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/b?tag=Biomasse#alphabar">Biomasse</a>⁠ sowie direkte und indirekte Lachgasemissionen durch Humusverluste aus Mineralböden nach ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/l?tag=Landnutzungsnderung#alphabar">Landnutzungsänderung</a>⁠ sowie Methanemissionen aus organischen Böden und Entwässerungsgräben berücksichtigt. Direkte Lachgas-Emissionen aus organischen Böden werden im Bereich<a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/land-forstwirtschaft/beitrag-der-landwirtschaft-zu-den-treibhausgas#klimagase-aus-landwirtschaftlich-genutzten-boden">Landwirtschaft unter landwirtschaftliche Böden</a>berichtet.</p><p>Für die Landnutzungskategorie Ackerland betrugen im Jahr 2023 die THG-Gesamtemissionen 20,1&nbsp;Mio. t CO2Äquivalente und fielen damit um 0,8 Mio. t CO2Äquivalente ≙ 4 % geringer im Vergleich zum Basisjahr 1990 aus (siehe Tab. „Emissionen und Senken im Bereich ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/l?tag=Landnutzung#alphabar">Landnutzung</a>⁠, Landnutzungsänderung und Forstwirtschaft“). Hauptquellen sind die ackerbaulich genutzten organische Böden (47 %) und die Mineralböden (45 %), letztere hauptsächlich infolge des Grünlandumbruchs. Die ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/a?tag=anthropogen#alphabar">anthropogen</a>⁠ bedingte Netto-Freisetzung von CO2aus der Biomasse (7 %) ist im Ackerlandsektor gering. Dominierendes ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/t?tag=Treibhausgas#alphabar">Treibhausgas</a>⁠ in der Kategorie Ackerland ist CO2(2023: 19,2 Mio. t CO2Äquivalente, rund 96 %).</p><p>Die Landnutzungskategorie Grünland wird in Grünland im engeren Sinne, in Gehölze und weiter in Hecken unterteilt. Die Unterkategorien unterscheiden sich bezüglich ihrer Emissionen sowohl qualitativ als auch quantitativ deutlich voneinander. Die Unterkategorie Grünland im engeren Sinne (dazu gehören z.B. Wiesen, Weiden, Mähweiden etc.) ist eine CO2-Quelle, welche durch die Emissionen aus organischen Böden dominiert wird. Für die Landnutzungskategorie Grünland wurden 2023 Netto-THG-Emissionen insgesamt in Höhe von 23,7 Mio. t CO2Äquivalenten errechnet. Diese fallen um rund 8,6 Mio. t CO2Äquivalente ≙ 27% niedriger als im Basisjahr 1990 aus. Dieser abnehmende Trend wird durch die Pools Biomasse und Mineralböden beeinflusst. Mineralböden stellen eine anhaltende Kohlenstoffsenke dar. Die Senkenleistung der Mineralböden der Unterkategorie Grünland im engeren Sinne beträgt in 2023 -4,9 Mio. t CO2.</p><p>Moore (organische Böden)</p><p>Drainierte Moorböden (d.h. entwässerte organische Böden) gehören zu den Hotspots für Treibhausgase und kommen in den meisten Landnutzungskategorien vor. Im Torf von Moorböden ist besonders viel Kohlenstoff gespeichert, welches als Kohlenstoffdioxid freigesetzt wird, wenn diese Torfschichten austrocken. Bei höheren Wasserständen werden mehr Methan-Emissionen freigesetzt. Zusätzlich entstehen Lachgas-Emissionen. Im Jahr 2023 wurden aus Moorböden um die 50,8 Mio. t CO2Äquivalente an THG-Emissionen (CO2-Emissionen: 44,5 Mio. t CO2Äquivalente, Methan-Emissionen: 2,6 Mio. t CO2Äquivalente, Lachgas-Emissionen: 0,4 Mio. t CO2Äquivalente) freigesetzt. Das entspricht in etwa 7&nbsp;% der gesamten Treibhausgasemissionen in Deutschland im Jahr 2023. (siehe Abb. „Treibhausgas-Emissionen aus Mooren“). Die Menge an freigesetzten CO2-Emissionen aus Mooren ist somit höher als die gesamten CO2-Emissionen des<a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/klima/treibhausgas-emissionen-in-deutschland#emissionsentwicklung">Industriesektors</a>(47,2 Mio. t CO2).</p><p>Landwirtschaftlich genutzte Moorböden</p><p>Drainierte Moorböden werden überwiegend landwirtschaftlich genutzt. Die dabei entstehenden Emissionen aus organischen Böden werden deshalb in den Landnutzungskategorien Ackerland und Grünland im engeren Sinne (d.h. Wiesen, Weiden, Mähweiden) erfasst. Hinzu kommen die Lachgasemissionen aus den organischen Böden (Histosole) des Sektors Landwirtschaft. Insgesamt wurde für diese Bereiche eine Emissionsmenge von rund 42,1 Mio. t CO2-Äquivalente in 2023 (folgende Angaben in Mio. t CO2-Äquivalente: CO2: 42,1, Methan: 2,2 und Lachgas: 3,3) freigesetzt, was insgesamt einem Anteil von 82,9 % an den THG-Emissionen aus Mooren entspricht.</p><p>Feuchtgebiete</p><p>Unter der Landnutzungskategorie „Feuchtgebiete“ werden in Deutschland verschiedene Flächen zusammengefasst: Zum einen werden Moorgebiete erfasst, die vom Menschen kaum genutzt werden. Dazu gehören die wenigen, naturnahen Moorstandorte in Deutschland, aber auch mehr oder weniger stark entwässerte Moorböden (sogenannte terrestrische Feuchtgebiete). Zum anderen werden unter Feuchtgebiete auch Emissionen aus Torfabbau (on-site: ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/e?tag=Emission#alphabar">Emission</a>⁠ aus Torfabbauflächen; off-site: Emissionen aus produziertem und zu Gartenbauzwecken ausgebrachtem Torf) erfasst. Allein die daraus entstehenden CO2-Emissionen liegen bei rund 1,8 Mio. t CO2-Äquivalenten. Im Inventar in Submission 2024 neu aufgenommen sind die Emissionen aus natürlichen und künstlichen Gewässern. Zu letzteren gehören Fischzuchtteiche und Stauseen ebenso wie Kanäle der Wasserwirtschaft. Durch diese Neuerung fließen nun Methanemissionen in das Treibhausgasinventar ein, die bislang nicht berücksichtigt wurden. Dadurch liegen nun die Netto-Gesamtemissionen der Feuchtgebiete bei 8,8 Mio. t CO2-Äquivalenten im Jahr 2023 und haben im Trend gegenüber dem Basisjahr 1990 um 0,4 % abgenommen. Diese Abnahme im Trend lässt sich auf eine zwischenzeitlich verstärkte Umwidmung von Grünland-, Wald- und Siedlungsflächen zurückführen.</p><p>Nachhaltige Landnutzung und Forstwirtschaft sowie weitere Maßnahmen</p><p>Im novellierten<a href="https://www.bmuv.de/gesetz/bundes-klimaschutzgesetz">Bundes-Klimaschutzgesetz</a>sind in § 3a Klimaziele für den ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/l?tag=LULUCF#alphabar">LULUCF</a>⁠-Sektor 2021 festgeschrieben worden. Im Jahr 2030 soll der Sektor eine Emissionsbilanz von minus 25 Mio. t ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/c?tag=CO2#alphabar">CO2</a>⁠-Äquivalenten erreichen. Dieses Ziel könnte unter Berücksichtigung der aktuellen Zahlen deutlich verfehlt werden. Um dieses Ziel zu erreichen, sind ambitionierte Maßnahmen zur Emissionsminderung, dem Erhalt bestehender Kohlenstoffpools und der Ausbau von Kohlenstoffsenken notwendig. Im Koalitionsvertrag adressieren die Regierungsparteien diese Herausforderungen. Das ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/b?tag=BMUV#alphabar">BMUV</a>⁠ hat bereits den Entwurf eines „Aktionsprogramm natürlicher Klimaschutz“ vorgelegt, das nach einer Öffentlichkeitsbeteiligung im letzten Jahr innerhalb der Regierung abgestimmt wird. Auf die Notwendigkeit für ambitionierte Klimaschutzmaßnahmen und die Bedeutung von<a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/studie-zu-naturbasierten-loesungen-im-globalen">naturbasierten Lösungen für den Klimaschutz</a>hat das Umweltbundesamt in verschiedenen Studien (siehe hierzu<a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/treibhausgasminderung-um-70-prozent-bis-2030">Treibhausgasminderung um 70 Prozent bis 2030: So kann es gehen!</a>) hingewiesen</p><p>Seit dem Jahr 2015 wird die Grünlanderhaltung im Rahmen der EU-Agrarpolitik über das sogenannte Greening geregelt<a href="http://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/PDF/?uri=CELEX:32013R1307&amp;qid=1464776213857&amp;from=DE">(Verordnung 1307/2013/EU)</a>. Das bedeutet, dass zum ein über Pflug- und Umwandlungsverbot Grünland erhalten und zum anderen aber auch durch staatliche Förderung die Grünlandextensivierung vorangetrieben werden soll. Die Förderung findet auf Bundesländerebene statt. In der Forstwirtschaft sollen Waldflächen erhalten oder sogar mit Pflanzungen heimischer Baumarten ausgeweitet und die verstärkte Holznutzung aus nachhaltiger Holzwirtschaft (siehe<a href="https://www.charta-fuer-holz.de/">Charta für Holz 2.0</a>) gefördert werden. Weitere Erstaufforstungen sind bereits bewährte Maßnahmen, um die Senkenwirkung des Waldes zu erhöhen. Des Weiteren werden durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/b?tag=BMEL#alphabar">BMEL</a>⁠) internationale Projekte zur nachhaltigen Waldwirtschaft, die auch dem deutschen Wald zu Gute kommen, zunehmend gefördert. Eine detailliertere Betrachtung dazu findet sich unter<a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/landwirtschaft/landwirtschaft-umweltfreundlich-gestalten/klimaschutz-in-der-landwirtschaft">Klimaschutz in der Landwirtschaft</a>.</p><p>Die ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/t?tag=Treibhausgas#alphabar">Treibhausgas</a>⁠-Emissionen aus drainierten Moorflächen lassen sich verringern, indem man den Wasserstand gezielt geregelt erhöht, was zu geringeren CO2-Emissionen führt. Weitere Möglichkeiten liegen vor allem bei Grünland und Ackerland in der landwirtschaftlichen Nutzung nasser Moorböden, der sogenannten Paludikultur (Landwirtschaft auf nassen Böden, die den Torfkörper erhält oder zu dessen Aufbau beiträgt). Eine weitere Klimagasrelevante Maßnahme ist die Reduzierung des Torfabbaus und der Torfanwendung (siehe<a href="https://www.dehst.de/DE/Themen/Klimaschutzprojekte/Natuerlicher-Klimaschutz/Moore/moore_artikel.html?nn=284150#doc284160bodyText3">Moorklimaschutz</a>).</p>

Heizen mit Holz

<p>Die Gesundheit wird vor allem durch die hohen Emissionen an Feinstaub und gasförmigen Kohlenwasserstoffen der Holzfeuerungen beeinträchtigt.</p><p>Beim Verbrennen von Holz entstehen klima- und gesundheitsschädliche Stoffe. So heizen Sie möglichst emissionsarm.</p><p>Die Verbrennung von Holz, insbesondere von Scheitholz in kleinen Holzfeuerungsanlagen wie Kamin- oder Kachelöfen ohne automatische Regelung, läuft nie vollständig ab und es entstehen neben gesundheitsgefährdenden Luftschadstoffen auch klimaschädliches Kohlendioxid, Methan, Lachgas und Ruß.</p><p>Um möglichst emissionsarm und effizient zu heizen, sollte gut aufbereitetes und getrocknetes Holz aus nachhaltiger regionaler Forstwirtschaft in einer modernen Feuerstätte mit automatischer Regelung der Luftzufuhr, Katalysator und möglichst hohem Wirkungsgrad verbrannt werden. Gerade beim Verbrennen minderwertigen Holzes in alten, schlecht gewarteten Öfen und bei ungünstigen Verbrennungsbedingungen entstehen unnötig hohe Emissionen. Besonders in Ballungsräumen und in Tälern verschlechtern Holzheizungen aufgrund ihrer niedrigen Schornsteine die Luftqualität.</p><p>Wie sorge ich dafür, dass mein Holzofen möglichst wenige Schadstoffe ausstößt?</p><p>Bereits beim Kauf sollten Sie darauf achten, dass die Feuerstätte effizient und emissionsarm ist. Hinweise kann unser<a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/heizen-holz-wenn-dann-richtig">Ratgeber „Heizen mit Holz: Wenn, dann richtig!“</a>geben. Ältere Feuerstätten, die vor 2010 errichtet wurden, haben häufig höhere Emissionen und einen geringeren Wirkungsgrad und sollten daher ausgetauscht werden.</p><p>Die verwendeten Brennstoffe müssen für das Gerät geeignet sein. Das heißt zum Beispiel, dass Kohleöfen nicht mit Holz oder Scheitholzöfen nicht mit zu großem, zu feuchtem oder zu viel Holz beheizt werden sollten.</p><p>Die Bedienungsanleitung gibt Auskunft, welche Brennstoffe geeignet sind. Außerdem gibt sie Hinweise über die richtige Bedienung, um Anwendungsfehler, wie beispielsweise Überfüllen der Feuerungsanlage, zu spätes Nachlegen oder falsches Anzünden des Brennstoffes zu vermeiden.</p><p>Die richtige Lagerung des Brennstoffes ist wichtig, damit das Holz unter optimaler Wärmeabgabe möglichst emissionsarm verbrennt. Frisch geschlagenes Holz enthält – je nach Jahreszeit und Holzart – zwischen 45 und 60 Prozent Wasser. Bei optimaler Trocknung sinkt dieser Wasseranteil auf 15 bis 20 Prozent. Damit das Brennholz richtig durchtrocknen kann, sollten es an einem sonnigen und luftigen Platz vor Regen und Schnee geschützt gestapelt werden und – je nach Holzart – ein bis zwei Jahre lang trocknen.</p><p>Nicht zuletzt sollte der Ofen regelmäßig durch Fachleute gewartet und überwacht werden. So kann die Luftbelastung soweit wie möglich reduziert werden.</p><p>Weitere Tipps für die Wahl des geeigneten Ofens und Brennmaterials, Anleitungen, wie Sie richtig heizen und Informationen zu den rechtlichen Rahmenbedingungen finden Sie in der ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/heizen-holz">UBA⁠-Broschüre „Heizen mit Holz“</a>. Tipps zur Wärmewende in Gebäuden finden Sie in den<a href="https://www.umweltbundesamt.de/umwelttipps-fuer-den-alltag/heizen-bauen">Umwelttipps „Heizen &amp; Bauen“</a>.</p><p>Klimabilanz von Holzheizungen</p><p>Beim Verbrennen von Holz entstehen neben gesundheitsgefährdenden Luftschadstoffen auch klimaschädliches Kohlendioxid, Methan und Lachgas. Bei der Klimabilanz von Brennholz müssen zudem Emissionen berücksichtigt werden, die bei Holzernte, Transport und Bearbeitung entstehen. Darüber hinaus ist der Wald auch Kohlenstoffspeicher. So werden in deutschen Wäldern 1,26 Milliarden Tonnen Kohlenstoff in oberirdischer oder unterirdischer ⁠Biomasse⁠ gespeichert, die zuvor der ⁠Atmosphäre⁠ durch ⁠Photosynthese⁠ entzogen worden sind. Kommt es zu einer Verringerung des Wald- oder Baumbestandes, so kommt es auch zu einer damit einhergehenden Abnahme des Kohlenstoffspeichers sowie der Speicherleistung (neue Einbindung pro Jahr). Um den Kohlenstoff so lange wie möglich gebunden zu halten, soll Holz gemäß des Kaskadenprinzips vorrangig stofflich genutzt und erst am Ende seines Lebenszyklus der energetischen Nutzung zugeführt werden. Im Gegensatz dazu tragen u.a. Einzelraumfeuerungen, welche Scheitholz als Brennstoff verwenden, zu einer schnellen Freisetzung von Treibhausgasen an die ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/a?tag=Atmosphre#alphabar">Atmosphäre</a>⁠ bei.</p><p>Die vierte Bundeswaldinventur kam zu dem Ergebnis, dass in Deutschland zwischen 2017 und 2022 der Wald zu einer Kohlenstoffquelle wurde, d.h. es wurde mehr Kohlenstoff freigesetzt als gebunden.</p><p>Um den ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/k?tag=Klimawandel#alphabar">Klimawandel</a>⁠ und die dadurch bedingten Folgen durch Extremwetterereignisse möglichst gering zu halten, muss der Wald wieder zur Kohlenstoffsenke werden und die Senken-Leistung möglichst maximiert werden. Dazu muss weniger Kohlenstoff entnommen werden als gebunden wird. Das bedeutet, dass das klimafreundliche Rohstoff-Potenzial von Holz begrenzt ist. Darüber hinaus gibt es eine steigende Konkurrenz zwischen stofflicher und energetischer Nutzung von Holz. Bei der stofflichen Nutzung von Holz in Holzprodukten kann der Kohlenstoff lange Zeit gespeichert bleiben. Bei der energetischen Nutzung wird er stattdessen sofort in die Atmosphäre freigesetzt. Daher sollte eine energetische Nutzung am Ende einer stofflichen Nutzungskaskade erfolgen, in der der Kohlenstoff erst möglichst spät wieder in die Atmosphäre freigesetzt wird.</p><p>Wer seine Heizung möglichst klimaschonend planen möchte, sollte verbrennungsfreie Technologien auswählen. Mehr zu diesem Thema finden Sie in den<a href="https://www.umweltbundesamt.de/umwelttipps-fuer-den-alltag/heizen-bauen/heizungstausch">UBA-Umwelttipps zum Heizungstausch</a>.</p><p>Welche Luftschadstoffe können noch bei der Holzverbrennung entstehen?</p><p>Bei der Verbrennung von Holz entstehen neben Treibhausgasen auch gesundheitsgefährdende Luftschadstoffe wie Feinstaub, organische Kohlenwasserstoffe wie Polyzyklisch Aromatische Kohlenwasserstoffe (PAKs), Stickoxide, Kohlenstoffmonoxid und Ruß.</p><p><a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/uba-fragen/warum-ist-feinstaub-schaedlich-fuer-den-menschen"><strong>Feinstaub</strong></a>ist so klein, dass er mit dem bloßen Auge nicht sichtbar ist. Er kann beim Einatmen bis tief in die Lunge eindringen und dort Entzündungen und Stress in Zellen auslösen. Bronchitis, die Zunahme asthmatischer Anfälle oder Belastungen für das Herz-Kreislauf-System können die Folge sein. Feinstaub ist krebserregend und steht außerdem im Verdacht, Diabetes mellitus Typ 2 zu fördern. Feinstaub stellt insbesondere für Schwangere und Personen mit vorgeschädigten Atemwegen eine gesundheitliche Belastung dar.</p><p>Ein neuer Kaminofen üblicher Größe (ca. 6 bis 8 kW) emittiert, wenn er bei Nennlast betrieben wird, in einer Stunde etwa 500 mg Staub. Das entspricht ca. 100 km Autofahren mit einem PKW der Abgasnorm Euro 6.</p><p>Einige<strong>Kohlenwasserstoffverbindungen</strong>, wie z.B. PAKs, die bei einer Verbrennung als unverbrannte ⁠Nebenprodukte⁠ entstehen, sind geruchstragende Schadstoffe, die durch unsere Nase wahrgenommen werden können. Einige dieser PAKs sind krebserregende, erbgutverändernde und/oder fortpflanzungsgefährdende Schadstoffe.</p>

Weg des Kohlenstoffs und Regulation des Saeurestoffwechsels bei Sukkulenten (Crassulaceen-Saeurestoffwechsel)

Sukkulenten, die ueber den Crassulaceen-Saeurestoffwechsel (CAM) verfuegen, vermoegen in der Nacht CO2 aus der Atmosphaere zu binden und dieses in Form von Aepfelsaeure zu speichern. Am folgenden Tag wird die Aepfelsaeure decarboxyliert und das dabei entstehende CO2 ueber den Calvin-Zyklus der Photosynthese zugefuehrt. Diese Form des Kohlenstoffgewinns ermoeglicht einen besonders sparsamen Wasserhaushalt. Es handelt sich also um eine oekologische Anpassung an wasserarme Standorte. In dem vom hier vorliegenden Bericht abgedeckten Zeitraum wurden besonders folgende Teilaspekte des CAM erforscht: 1. Charakterisierung der PEP-Carboxylase, des Schluesselenzyms des CAM und Untersuchung seiner Regulierbarkeit in vivo und in vitro. 2. Vergleich verschiedener Sukkulententypen und verschiedener Organe bzw. Gewebe einer Pflanze hinsichtlich ihrer Faehigkeit CAM durchzufuehren oder nicht. Erkenntnisziel: Erforschung der Voraussetzungen fuer das Zustandekommen des CAM bei Pflanzen. 3. Untersuchung des Weges des Kohlenstoffs im CAM. Besonders untersucht wurde das Problem, ob in den Plastoglobuli der Chloroplasten gespeicherte Lipide im CAM umgesetzt werden.

Untersuchungen von Luftschadstoffen im Hinblick auf eine Klaerung der Ursachen der neuartigen Waldschaeden unter kontrollierten Bedingungen

Untersucht werden in erster Linie Wirkungen von Ozon allein oder in Kombination mit saurem Nebel unter kontrollierten Bedingungen. Als Arbeitshypothese liegt das Wirkungsschema der LIS zur Entstehung der neuartigen Waldschaeden zugrunde (siehe LIS-Bericht Nr. 28). Zur experimentellen Untersuchung der O3-Wirkung werden Waldbaeume in Plexiglaskammern mit gefilterter Luft unter Zusatz von Ozon begast und die verschiedenen physiologischen Parameter verfolgt. Dabei konnte festgestellt werden, dass unter O3-Einfluss a) die Photosyntheserate reduziert wird, b) die Atmungsrate ansteigt, c) der Chlorophyllgehalt abnimmt. Es laesst sich eine vorlaeufige Rangfolge der Sensitivitaet wie folgt aufstellen 1) Buchen 2) Ahorn 3) Fichte 4) Tanne. Zur Wirkung der kombinierten Behandlung von Fichten mit Ozon und saurem Nebel werden vor allem die aus den Baeumen ausgewaschenen Naehrstoffe analysiert. In Abhaengigkeit von der Ozonkonzentration werden Ca++, Mg++, K+, Mn+, NO3- und SO4-- verstaerkt ausgewaschen, Cl- dagegen nicht. Mit sinkendem pH-Wert in der Nebelloesung nimmt die Menge ausgewaschener Ionen ebenfalls zu.

Der Einfluss von SO2-Immissionen auf den Stoffwechsel von Flechten als Bioindikatoren fuer Luftverunreinigungen

Wirkung von Schwefeldioxid auf Nettophotosynthese und Atmung von Flechten; Kartierung von Flechten im Stadtgebiet; Schwefel-Analysen in Flechten.

Erforschung der Oekophysiologie der Flechten und der hoeheren Pflanzen (z.B. Halophyten, Kulturpflanzen usw.)

(1) Poleotoleranz von Flechten der Stadt Wuerzburg (Kartierung, S-Gehalt, Pb-Gehalt-Beziehungen zur spezifischen Klimasituation). (2)Temperaturresistenz und photosynthetische Stoffproduktion von Flechten von extremen Standorten (im Bereich heisser Exhalationen auf Hawaii, in der Antarktis, in Australien, in Wuestengebieten). (3) Hitze- und Kaelteresistenz von Sukkulenten atlantischer Inseln. (4) Frostresistenz und ihre Ursachen bei Halophyten der Nordseekueste. (5) Frostresistenz und ihre Ursachen bei verschiedenen Sorten der Weinrebe.

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