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s/schadstoffabbu/Schadstoffabbau/gi

Biologische Sanierung von belasteten Boeden

Belasteter Boden wird in der Regel verbrannt oder deponiert. Durch spezielle Bakterien und Hefen koennen die Belastungen zum Teil sehr erheblich abgebaut werden. Im Vordergrund dieses Projektes steht die Analyse der Boeden. Eine Pilotanlage ist in Planung. Der erste Abschnitt der Forschungsarbeit umfasst die Analyse von Boeden auf Mineraloelkohlenwasserstoffen in ihrer Konzentration und Zusammensetzung. Die Sanierung der Bodenproben stellte sich je nach Art der Kohlenwasserstoffe unterschiedlich dar. Der zweite Schritt der Forschungsarbeit umfasst die Analyse von Boeden auf Ruestungs- und Sprengstoffrueckstaende. Erste Erkenntnisse der Sanierungserfolge sind fruehestens Ende 1996 zu erwarten.

Aktionsprogramm Natürlicher Klimaschutz (ANK), Vorbereitung und Durchführung einer bundesweiten Basiserhebung der Bodenbiodiversität: Bestimmung lebensraumtypischer Referenzwerte für den guten ökologischen Bodenzustand, Untersuchung von Wirkungszusammenhängen, Etablierung eines bundesweiten Messnetzes

a) Böden beherbergen ca. 60% der Biodiversität auf Erden; die Aktivität der Bodenorganismen steuert Nährstoffumsatz, Humusbildung, Schadstoffabbau und die Entwicklung der Bodenstruktur. Resultierende Ökosystemdienstleistungen wie erhöhte Kohlenstoffspeicherung oder Reduzierung des Risikos von Überflutungen sind zentral für den natürlichen Klimaschutz und vermindern die Auswirkungen der Klimakrise. Schadstoffeinträge, Dürren und Bodenerosion beeinträchtigen die Bodenbiodiversität. Die Diversität der Bodenorganismen ist in typischer Zusammensetzung in den Lebensraumtypen der Landschaft etabliert. Aufgrund fehlender Informationen sowohl über die Referenzgemeinschaften für einen guten ökologischen Bodenzustand als auch der Abweichungen davon ist jedoch die Beurteilung der Vielfalt und Resilienz von Bodenbiozönosen gegenüber den Auswirkungen des Klimawandels und anderer Stressoren zurzeit nur sehr eingeschränkt möglich. b) Um Maßnahmen zum Erhalt und zur Wiederherstellung der Bodenbiozönose abzuleiten, werden im Projekt: - Methodenstandards für die Erfassung der Diversität von Bodenorganismen festgelegt, > um die messnetzübergreifende Vergleichbarkeit der Daten zur Bodenbiodiversität zu verbessern - eine Basiserhebung für verschiedene Böden und Landnutzungsarten durchgeführt, > um lebensraumtypische bodenbiologische Referenzwerte für einen guten ökologischen Bodenzustand abzuleiten - das Wirkungsgefüge über erhobenen Begleitgrößen analysiert, > um Ursachen für Veränderungen in der Bodenbiodiversität zu verstehen und nutzungsspezifische Maßnahmen abzuleiten - messbare Indikatoren abgeleitet, > um die Wirksamkeit und Effizienz der Maßnahmen zu überprüfen. Im Projekt wird ein Datenhaltungs- und -auswertungskonzept etabliert und die Monitoringaktivitäten mit bestehenden Programmen zur Erhebung der Bodenbiodiversität und weiteren relevanten Parametern der Bodengesundheit verzahnt. Langfristig soll ein bundesweites Messnetzes zur Bodenbiodiversität verstätigt werden.

Forschungsschwerpunkt CHEMISCHE DYNAMIK UND SCHICKSAL VON VERUNREINIGUNGSSUBSTANZEN

Das Schicksal der stetig ansteigenden Zahl von chemischen Verbindungen in der Umwelt wird durch viele physikalische, chemische und biologische Prozesse bestimmt. Besonders wichtig sind Vorgaenge an den Grenzflaechen fluessig/gas und fluessig/fest. Die Gleichgewichte an diesen Grenzflaechen bestimmen die Randbedingungen fuer die Verteilung in Wasser, Luft, Boden und Organismen. Felduntersuchungen sollen systematische Daten ueber Vorkommen und Verteilung ausgewaehlter Substanzen liefern. Dateninterpretation mit Verteilungsgleichgewichten und Transportmodellen. Laboruntersuchungen und Literaturstudien zur Bestimmung resp. Beschaffung phys.-chem. Parameter (Verteilungskoeffizienten, Stoffaustauschkoeff., Ab- bzw. Adsorptions-/desorptionsgeschwindigkeitskoeff. etc). Untersuchung chemischer, photochemischer und biologischer Transformations- und Abbauprozesse.

Pflanzenschutzmittelrueckstaende in der deutschen Brotgetreideernte

a) Feststellung des Gehalts an Pflanzenschutzrueckstaenden in verschiedenen Getreidearten. Untersuchung des Abbaus bzw. des Metabolismus waehrend der Lagerung und waehrend der Verarbeitung. b) Analytische Bestimmung der Pestizide in Getreide und in Mahlprodukten in Abhaengigkeit von Lagerung und Verarbeitung einschliesslich Backprozess. Feststellung von Stoffwechselprodukten. c) Mehrjaehrige, laufende Untersuchungen in Anpassung an neue Pflanzenschutzmittel und neue analytische Verfahren.

Die Bedeutung hoeherer Wasserpflanzen fuer die chemische Dynamik besonders verschmutzter Gewaesser

Hoehere Pflanzen, die besonders in ihrem Wurzelraum entsprechenden Bakterien Schutz und Lebensmoeglichkeit bieten, koennten gemeinsam in der Lage sein, einen fuer sie voellig neuartigen Biotop zu veraendern; bestimmte Pflanzenanordnung und -auswahl verringern organische und anorganische Belastungen erheblich.

Der Wirkungsgrad und die katalytische Beeinflussung des elektro-chemischen Abbaus von Gift- und Schmutzstoffen in Wasser

Ausbeute-Bestimmung bei der Abwasser-(Abluft)-Reinigung und Trinkwassersterilisation durch anodische Oxidation.

Aufklärung der molekularen Mechanismen der Biotransformation organischer Spurenverunreinigungen aus dem Abwasser und ihr Einfluss auf natürliche Oberflächengewässer

Gemische organischer Spurenstoffe, die durch menschliche Aktivität entstehen und in die Umwelt gelangen, sind ein großes ökologisches Risiko. Die biologische Abwasserbehandlung leistet einen wichtigen Beitrag, den Eintrag solcher Spurenverunreinigungen in die Umwelt zu verringern, doch variiert die Reinigungsleistung stark zwischen einzelnen Schadstoffen und Abwasserbehandlungsanlagen. Obwohl mikrobieller Abbau das Potenzial hat, Spurenstoffe aus der Umwelt zu entfernen, sind die schadstoffabbauenden mikrobiellen Stämme und Enzyme in komplexen biologischen Systemen wie Belebtschlamm meist unbekannt. Zudem gibt es klare Hinweise auf eine Auswirkung der behandelten Abwässer auf die Ökologie der stromabwärts gelegenen Biofilm-Gemeinschaften, die aber noch wenig untersucht sind. Ziel des geplanten Projektes ist es, die Biotransformation von Schadstoffen in der biologischen Abwasserbehandlung und in deren Vorflutern auf Ebene der mikrobiellen Gemeinschaften, Stämme und Enzyme besser zu verstehen. Wir gehen davon aus, dass die Zusammensetzung bakterieller Gemeinschaften und die chemischen Strukturen der Schadstoffe die beiden Hauptursachen für die beobachteten Unterschiede des Schadstoffabbaus zwischen bakteriellen Gemeinschaften sind. Als Folge davon erwarten wir, dass Bioindikatoren identifiziert werden können, welche die Variabilität der Biotransformation zwischen mikrobiellen Gemeinschaften auf molekularer Ebene erklären können. Um diese Hypothese zu testen, werden wir zunächst einen Feldversuch durchführen, um die Variabilität zwischen Kläranlagen und ihrer Umgebung in Bezug auf die mikrobielle Zusammensetzung und die Biotransformationskapazität systematisch zu quantifizieren. Danach werden wir sequenz- und aktivitätsgelenkte Laborexperimente durchführen, um Bakterienstämme und Enzyme zu identifizieren, die für die Biotransformation von Spurenstoffen im Belebtschlamm verantwortlich sind. Letztlich werden wir die durch die Laborexperimente gewonnenen Erkenntnisse dazu nutzen um Bioindikatoren zu identifizieren, welche die Biotransformation in natürlichen und technischen mikrobiellen Gemeinschaften erklären können. Die in diesem Projekt gewonnenen molekularen Erkenntnisse können dazu beitragen, das Entfernen von Spurenstoffen in Kläranlagen zu optimieren und so die Auswirkungen auf die nachgelagerten Umweltkompartimente zu minimieren, die Entwicklung besser abbaubarer Chemikalien zu unterstützen und die Methoden für die chemischen Risikobewertung zu verbessern. Darüber hinaus wird das Projekt eine Reihe von Ressourcen hervorbringen, darunter die erste bakterielle Stammsammlung aus Belebtschlamm, umfangreiche Daten zu Biotransformationsraten, sowie validierte Enzyme zur Biotransformation. Diese Ergebnisse und Ressourcen werden für weitere Forschungsprojekte zur Verfügung stehen, und insgesamt zu einem verbesserten Verständnis der Biotransformationsprozesse während der Abwasserreinigung und in der natürlichen Umwelt beitragen.

1) Biochemie des anaeroben Aromatenstoffwechsels, 2) Molekularbiologie des anaeroben Aromatenstoffwechsels

Biochemie und Molekularbiologie der Transformation und des Abbaus von aromatischen Verbindungen in Abwesenheit von molekularem Sauerstoff. Untersuchungen an anaeroben Bakterien in Reinkultur. Schwerpunkt neuartige Mechanismen der O2-unabhaengigen Umsetzung von Aromaten. Organismen: Nitratreduzierer, Sulfatreduzierer, Phototrophe Bakterien.

Untersuchungen des Methan Paradoxons in Seen

Methan ist ein höchst potentes Treibhausgas, dennoch ist das globale Methanbudget durch die vielen unbekannten CH4-Quellen und -senken sehr unsicher. Die Höhe der CH4-Anreicherung in der Wassersäule hängt von komplexen Interaktionen zwischen methanogenen Archaeen und methanotrophen Bakterien ab. Das bekannte Methan Paradoxon, das die CH4-Übersättigung im oxischen Oberflächenwasserkörper von Seen und Meeren darstellt, weckt Zweifel, dass die mikrobielle CH4-Bildung nur im anoxischen Milieu stattfindet. Im oligotrophen Stechlinsee haben wir eine wiederkehrende Methanübersättigung im Epilimnion gefunden. Unsere Studien zeigen, dass das CH4 aktiv in der oxischen Wassersäule produziert wird. Die Produktion scheint dabei an die autotrophe Produktion von Grünalgen und Cyanobakterien gekoppelt zu sein. Zur gleichen Zeit sind keine methanotrophen Bakterien im Epilimnion vorhanden, so dass das CH4 nicht oxidiert wird. Unsere Haupthypothese ist, dass pelagische Methanogene hydrogenotroph sind, wobei sie den Wasserstoff aus der Photosynthese und/oder Nitrogenaseaktivität nutzen. Unsere Untersuchungshypothesen sind:1) Die CH4-Produktion ist mit der Photosynthese und/oder N-Fixierung gekoppelt, wobei hydrogenotrophe methanogene Archaeen mit den Primärproduzenten assoziiert sind. Die Methanogenen können angereichert und kultiviert werden, um Mechanismen der epilimnischen CH4-Produktion detailliert zu untersuchen.2) Die CH4-Oxidation ist durch die Abwesenheit der Methanotrophen und/oder der Photoinhibition in den oberen Wasserschichten reduziert.3) Die CH4-Produktion innerhalb mikro-anoxischer Zonen, z. B. Zooplankton und lake snow, ist nicht ausreichend für die epilimnische CH4-Produktion.Die saisonale Entwicklung des epilimnischen CH4-Peaks soll in Verbindung mit den Photoautotrophen und der Seenschichtung im Stechlinsee untersucht werden. Dabei soll eine neu-installierte Mesokosmosanlage (www.seelabor.de) genutzt werden, um CH4-Profile bei unterschiedlichen autotrophen Gemeinschaften und Seenschichtungen zu studieren. Die Verknüpfung zwischen methanogenen Archaeen und den Photoautotrophen soll in Inkubationsexperimenten mittels Hochdurchsatz-Sequenzierung und qPCR für funktionelle Gene untersucht werden. Methanotrophe werden quantifiziert und die Photoinhibition der CH4-Oxidation durch Inkubationsexperimente gemessen. In Laborexperimenten sollen die methanogenen Archaeen angereichert und kultiviert werden mittels dilution-to-extinction und axenischen Cyanobakterien und Grünalgen. Physiologische Studien an Anreicherungs- oder Reinkulturen sollen die zu Grunde liegenden molekularen Mechanismen ermitteln. Feld- und Laborexperimente sollen helfen, das Methan Paradoxon zu entschlüsseln, um die bisherige und potentiell wichtige CH4-Quelle zu charakterisieren und zu quantifizieren. Die Studien sollen helfen, unser Verständnis des globalen CH4-Kreislaufes zu verbessern, damit zukünftige Prognosen realistischer werden.

Sonderforschungsbereich (SFB) 1253: Catchments as Reactors: Schadstoffumsatz auf der Landschaftsskala (CAMPOS); Catchments as Reactors: Metabolism of Pollutants on the Landscape Scale (CAMPOS), Teilprojekt P04: Biogeochemie von Talauen - Redoxpufferung und Schadstoffverhalten in staunassen Sedimenten

Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines quantitativen Verständnisses der dynamischen biogeochemischen Prozesse in Auesedimenten, um zu einer prozessbasierten Abschätzung der Umsetzungsprozesse redox-sensitiver Spezies wie Stickstoff und Schwefel und von Herbiziden wie Glyphosat und MCPA zu gelangen. Untersuchungskampagnen (Bohrungen) unter unterschiedlichen Randbedingungen (Hochwasser, Trockenheit, Wiederbefeuchtung) in Kombination mit zielgerichteten Laborexperimenten sollen aufzeigen, wie hydrologische Faktoren, die im Hinblick auf die Umsetzung von Schadstoffen relevanten biogeochemischen Prozesse steuern.

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