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Oekonomische Theorie der Nutzung natuerlicher Ressourcen

Die Forschung entwickelt die Grundlagen fuer die oekonomische Theorie der Nutzungsstrategien fuer natuerliche Ressourcen weiter. Hier stehen vor allem zwei Schwerpunkte an: Uebergang von nicht-erneuerbaren auf quasi-unerschoepfliche Ressourcen (Bsp fossile Energietraeger auf Solarsysteme) und Nutzung von regenerierbaren natuerlichen Ressourcen mit komplexen oekologischen Interpendenzen in 2-Species-Systemen. Innerhalb dieses inhaltlichen Schwerpunktes werden mathematische Methoden und Modellierungen weiter entwickelt: Beispielsweise finden Seminare und eigene Entwicklungen zu Modellierung mit GAMS (Meta-Sprache fuer komplexe Systemanalysen) am Lehrstuhl statt. Als drittes ergibt sich ein Schwerpunkt bezueglich der Anwendungen auf umweltoekonomische Probleme, da Umweltqualitaet zumindest teilweise als regenerierbare natuerliche Ressource modelliert werden kann.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1704: Flexibilität entscheidet: Zusammenspiel von funktioneller Diversität und ökologischen Dynamiken in aquatischen Lebensgemeinschaften; Flexibility Matters: Interplay Between Trait Diversity and Ecological Dynamics Using Aquatic Communities as Model Systems (DynaTrait), Teilprojekt: Einfluss von chaotischen Dynamiken auf die Koexistenz von 'traits': Experimentelle Untersuchungen an aquatischen Einzellern

Regulierende Mechanismen zur Erhaltung der Biodiversität haben die Biologen seit Jahrzehnten beschäftigt, da die Biodiversität größer ist, als durch begrenzende Ressourcen angenommen werden kann. Dieses Paradoxon ist noch nicht gelöst. Theoretisch können nichtlineare Wechselwirkungen zu einer oszillierenden und chaotischen Dynamik führen. Hierdurch kann die Anzahl an coexistierenden Arten/Traits deutlich höher sein als es die verfügbaren Ressourcen in der Theorie zulassen sollten. Wir möchten unsere ursprünglichen Modellergebnisse mit einem gut definierten Chemostatsystem mit bis zu sechs verschiedenen Traits, die eine Langzeitkoexistenz ermöglichen, testen. Dabei sollen sowohl Bakterien als auch Protisten untersucht werden. Wir möchten die potenziell grundsätzliche Bedeutung von Nichtlinearität und Oszillationen für die Aufrechterhaltung der Vielfalt von Traits testen. Das Hauptziel dieser Studie ist es, experimentell zu beurteilen, wie extrinsische (Umwelteinflüsse) und intrinsische (gemeinschaftliche) Faktoren die Koexistenz von Traits beeinflussen. Theoretisch erlauben Oszillationen die Koexistenz vieler Traits, auch wenn sie sich nur geringfügig hinsichtlich ihrer ökologischen Ansprüche unterscheiden. Dies kann mikro-evolutionäre Prozesse stark unterstützen.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1685: Ecosystem nutrition: forest strategies for limited phosphorus resources; Ökosystemernährung: Forststrategien zum Umgang mit limitierten Phosphor-Ressourcen, Produktion, Reaktivität und Bioverfügbarkeit gelöster organischer Phosphorspezies im Boden - Indikatoren der Recycling-Effizienz von Wäldern

Im Laufe ihrer Entwicklung gehen Waldökosysteme zur Deckung ihres Phosphorbedarfs von der Nutzung gesteinsbürtiger Mineralquellen zum Recycling organisch gebundenen Phosphors über. Da anorganischer Phosphor sehr stark durch Sekundärminerale gebunden wird, ist er kaum pflanzenverfügbar, unterliegt aber auch kaum der Auswaschung. Austräge gelösten Phosphors erfolgen überwiegend in organischer Form, egal in welcher Entwicklungsphase sich das System befindet. Allerdings ist nur wenig über die Zusammensetzung und Dynamik gelösten organischen Phosphors (DOP) bekannt. Wahrscheinlich sind insbesondere mikrobielle Produkte, wie Nukleotide und Nukleinsäuren, mobil. Hingegen scheinen pflanzliche Phosphorverbindungen, z.B. Phytate, weniger der Auswaschung zu unterliegen, weil sie vermutlich stärker gebunden werden. Die mobilen mikrobiellen Verbindungen sind potentiell enzymatisch hydrolysierbar; daher ist es möglich, dass der in ihnen enthaltene Phosphor von Pflanzen aufgenommen wird und sich so die Austräge aus Recyling-Systemen verringern. Unser Vorhaben hat zum Ziel, zu klären welche stofflichen Eigenschaften phosphorhaltiger organischer Verbindungen ihre Mobilität kontrollieren, welche Einflüsse ihre Zusammensetzung steuern, und welche Bedeutung sie als Phosphorquelle für Bäume haben. Dazu sammeln wir Auflagensickerwässer und Bodenlösungen an Standorten entlang des für der das SPP1685 vorgeschlagenen Phosphorverfügbarkeitsgradienten. Diese werden mittels spektroskopischer Methoden (v.a. NMR, an ausgewählten Proben auch XPS und XANES) auf Phosphorspezies sowie die enzymatische Umsetzbarkeit (in Kombination mit spektroskopischen Methoden) untersucht. Dadurch können mobile wie labile Substanzen identifiziert werden. Ähnliche Untersuchen werden an Lösungen aus Manipulationsexperimenten (Trockenheit, pH) andere SPP-Antragsteller zur Steuerung der Mobilisierung gelösten Phosphors vorgenommen, so dass Änderungen der Zusammensetzung und damit der chemischen und biologischen Reaktivität betrachtet werden können. Einen weiteren Schwerpunkt bilden Laborversuche zur potentiellen Mobilität bestimmter organischer Phosphorspezies (Sorptionsexperimente, in Kombination mit spektroskopischen Methoden) sowie Versuche mit 13C-, 14C- und 33P-markierten Substanzen zur potentiellen Aufnahme gelöster organischen Phosphors durch Baumsetzlinge, wobei zwischen Aufnahme nach Hydrolyse und direkter Aufnahme organischer Moleküle unterschieden werden soll.

StEP - Das Elektronikschrott-Problem lösen

Jeden Tag landet eine enorme Anzahl von elektronischen Geräten im Abfall, einige davon sind schrottreif, andere einfach nur technisch veraltet. All diese Geräte türmen sich allmählich zu einem ernsthaften Umweltproblem auf, welches bisher allerdings kaum öffentliche Aufmerksamkeit erregt hat. Um das Umweltrisiko zu reduzieren und die Entwicklung zu beschleunigen, bestand ein neutraler Forschungs- und Kommunikationsbedarf. Aus diesem Grund wurde StEP im Jahr 2004 initiiert. Der Name ist Programm: Die Lösung des Elektroschrottproblems. Erklärtes Ziel ist die Planung, Anbahnung und Förderung einer nachhaltigen Behandlung von Elektroschrott, auf einem politischen, sozialen, wirtschaftlichen und ökologischen Level. Primäre Ziele sind:- Optimierung des Lebenszyklus von elektrischen und elektronischen Geräten durch die Verbesserung der Lieferketten -Geschlossene Materialkreisläufe -Reduzierte Verschmutzung -Erhöhung der Ausnutzung von Ressourcen und Wiederverwendung von Geräten -Förderung eines Bewusstsein für die Ungleichheiten wie z.B. den digitalen Unterschied zwischen den Industrie-, Schwellen- und Entwicklungsländern -Erhöhung des öffentlichen, wissenschaftlichen und wirtschaftlichen Wissens über Zusammenhänge. Als neutrale intitiative mehrerer UN-Organisationen initiiert und befördert StEP Partnershaften zwischen Unternehmen, Regierungs- und Nicht-Regierungs-Organisationen sowie dem Wissenschaftsbereich. Das Fraunhofer IZM ist einer der Partner dieser Initiative und koordiniert gemeinsam mit dem thailändischen Electrical and Electronics Institute die Task Force 'ReDesign'.

Design and analysis of unreplicated plant breeding trials

Early generation plant breeding trials are often laid out according to unreplicated designs. Replicated checks may be used for error control, for example in augmented designs based on an incomplete block design for checks which are augmented with unreplicated entries. Traditional augmented designs require considerable resources to be spent on genotypes that are not themselves of interest. Therefore, it has been suggested to replace checks with partially replicated entries, leading to so-called prep designs. In the present proposal we suggest combining both ideas to develop what we call augmented prep designs. A non-trivial design problem arises when trials are to be performed at multiple locations. The main challenge then is how to augment the blocks so as to balance the number of pairwise concurrences. This task can be tackled in different ways based on the use (-arrays which are well-known as the basis for (-designs in fully replicated experiments. Furthermore, we also explore the refinement of designs when analysis by spatial models is envisioned. Robustness of the designs to the presence of genotype-environment interaction is also investigated.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1889: Regional Sea Level Change and Society (SeaLevel), Die morphologische Reaktion des Wattenmeeres auf den Klimawandel (MOREWACC)

Das Wattenmeer, das sich von Den Helder in den Niederlanden bis nach Skallingen in Dänemark erstreckt, ist ein Prototyp für eine durch den Meeresspiegelanstieg bedrohte Küstenregion. Über 50% des Wattenmeeres besteht aus Wattflächen, die nur während eines Teils des Gezeitenzyklus von Wasser bedeckt sind. Dadurch wird das einzigartige Küsten-Ökosystem des Wattenmeeres geformt, das aufgrund von Akkumulation von Sediment aus der Nordsee den Meeresspiegelanstieg der letzten Jahrhunderte überleben konnte. Angesichts der beobachteten Beschleunigung des Meeresspiegelanstieges stellt sich die Schlüsselfrage, bis zu welcher Rate des Meeresspiegelanstieges diese Sedimentakkumulation für das Überleben des ausreicht. Diese Frage ist hochkomplex, da die Sedimentflüsse in das Wattenmeer selbst von der Rate des Meeresspiegelanstieges sowie von anderen klimatischen Einflüssen und von der Sedimentverfügbarkeit in nicht-linearer Weise abhängen. Es ist bekannt, dass Netto-Sedimentflüsse durch von nicht-linearen Flachwassergezeiten und horizontalen Dichtegradienten (aufgrund von Niederschlag, Süßwasserabfluss und Oberflächen-Wärmeflüssen) bedingten Gezeitenasymmetrien angetrieben werden. Die Nichtlinearität der Gezeiten wiederum hängt vom Meeresspiegelanstieg selbst ab und die horizontalen Dichtegradienten variieren mit klimabedingten Änderungen von Verdunstung/Niederschlag und Abkühlung/Erwärmung. Weiterhin hängen Sedimentflüsse vom Windantrieb ab, der ebenfalls mit dem Klima variiert. Obwohl ein fundiertes Verständnis der zugrundeliegenden Sedimenttransportprozesse im Wattenmeer vorliegt, werden für Projektionen von morphologischen Veränderungen weiterhin einfache vertikal integrierte Modelle verwendet. Die Erkenntnisse, die aus solchen Modellen gewonnen werden, sind daher sehr eingeschränkt. Das wichtigste Ziel dieses Projektes ist daher, mögliche morphologische Reaktionen des Wattenmeeres auf einen beschleunigten Meeresspiegelanstieg und andere Aspekte des Klimawandels sowie Einflüsse von Sedimentverfügbarkeit mit Hilfe eines prozess-basierten Modells zu untersuchen. Dabei werden die wichtigsten Antriebe für Sedimenttransportprozesse in das Wattenmeer berücksichtigt. Zunächst sollen diese Modellsimulationen in systematischer Weise unter Nutzung verschiedener idealisierter Bathymetern durchgeführt werden, um die kritischsten Prozesse morphodynamischer Veränderungen zu erkennen. Mit Hilfe dieser Bathymeter können die Einflüsse des Meeresspiegelanstieges in Kombination mit anderen Einflussfaktoren (Niederschlag/Verdunstung, Abkühlung/Erwärmung, Wind-Wellenantrieb) untersucht werden. In einer zweiten Phase des SPP, unter der Annahme, dass die verfügbaren Computer Ressourcen weiter anwachsen, sollen solche Simulationen für realistische und komplexere Gezeitenbecken im Wattenmeer durchgeführt werden. In beiden Phasen des SPP soll die Dynamik von Salzwiesen explizit mit untersucht werden.

The hindcast data for 2m temperature [K] from GPC_Offenbach (DWD).

This resource contains the monthly mean 2m temperature [K] for 6 months. The period of hindcast data is January, 1993 - December, 2019. The format of resource is GRIB2. It is provided through the web site of WMO Lead Centre for LRF MME (Long Range Forecast Multi-Model Ensemble). The web site requests a user account. The Grade A(GPCs) and Grade B(NMHSs, RCCs) users can download the data USAGE: Menu: Data and Plot > Data Exchange > Search/Download. This hindcast data is made by GPC_Offenbach (DWD) using an operational seasonal prediction system. For more detailed information about the seasonal forecasts of GPC_Offenbach (DWD) visit the web site http://www.dwd.de/EN/ourservices/seasonals_forecasts/start.html.

Development of an integrated forest carbon monitoring system with field sampling and remote sensing for tropical forests in Indonesia

Forests play a relevant role in mitigation of climate change. A major issue, however, is the scientifically well founded, transparent and verifyable monitoring of achievements in forest carbon sequestration through reduction of deforestation and forest degradation, and through fostering sustainable forest management. Monitoring is particularly difficult in diverse and inaccessible humid tropical forest areas. The proposed research will contribute to the improvement of forest carbon monitoring under the challenging conditions of humid tropical forests. Sample based field observations and model based biomass predictions will be linked to area-wide satellite remote sensing imagery (RapidEye) and to strip samples of LiDAR imagery. Techniques of linking these data sources will be further developed and analysed with respect to (1) precision of carbon estimation and (2) accuracy of carbon regionalization. The proposed project implies research on methodological improvements of both sample based forest inventories (resampling techniques for biomass, imputation of non-response) and remote sensing application to forest monitoring (regionalization, sample based application of LiDAR data). At the core of this research is the analysis of the error variance components that each data source brings into the system. Such error analysis will allow identifying optimal resource allocation for the efficient improvement of forest carbon monitoring systems.

The hindcast data for 500hPa geopotential height [gpm] from GPC_Offenbach (DWD).

This resource contains the monthly mean 500hPa geopotential height [gpm] for 6 months. The period of hindcast data is January, 1993 - December, 2019. The format of resource is GRIB2. It is provided through the web site of WMO Lead Centre for LRF MME (Long Range Forecast Multi-Model Ensemble). The web site requests a user account. The Grade A(GPCs) and Grade B(NMHSs, RCCs) users can download the data USAGE: Menu: Data and Plot > Data Exchange > Search/Download. This hindcast data is made by GPC_Offenbach (DWD) using an operational seasonal prediction system. For more detailed information about the seasonal forecasts of GPC_Offenbach (DWD) visit the web site http://www.dwd.de/EN/ourservices/seasonals_forecasts/start.html.

Benachteiligtes Gebiet

Ein Bestandteil des Digitalen Feldblockkatasters ist die Förderkulisse der benachteiligten Gebiete. Dabei handelt es sich insbesondere um Flächen, deren Ertragsfähigkeit natürlich stark begrenzt ist, wie das beispielsweise bei Sandböden der Fall sein kann. Die benachteiligten Gebiete wurden nach Vorgaben der Europäischen Union abgegrenzt. Damit derart problematische Landwirtschaftsflächen nicht brach fallen und weiter bewirtschaftet werden, gewährt das Land Brandenburg eine Beihilfe, die sogenannte Ausgleichszulage.

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