Es soll geklärt werden, ob Aufnahme und Transport von Schwermetallen oder anderen Mikroelementen in mykorrhizierten Pflanzen von der Pflanze je nach Bedarfssituation reguliert werden können, oder ob die Höhe der gleichzeitigen Phosphat- bzw. Stickstoffversorgung einen bedeutenden Einfluss hat. Die in diesen Versuchen verwendeten Isolate von arbuskulären Mykorrhizapilzen wurden von Standorten mit verschiedener Schwermetallbelastung gewonnen. Im Rahmen dieser Untersuchungen sollen Modellversuche mit räumlich getrenntem Angebot an Schwermetallen, Phosphat und verschiedenen Stickstofformen zu Hyphen und Wurzeln eingesetzt werden. Eine besonders attraktive Untersuchungsmöglichkeit stellt die Verwendung genetisch manipulierter Pflanzen- oder Pilzpartner dar. Soweit dieses Material im Schwerpunktprogramm von anderen Gruppen erzeugt und zur Verfügung gestellt wird, werden wir eine physiologische Charakterisierung des Elementtransportes der veränderten Symbiose durchführen. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt steht für diese Untersuchungen eine Tomatenmutante zur Verfügung, die eine stark reduzierte Mykorrhizabesiedlung zeigt. Für Studien einer Schwermetallmobilisierung im Substrat durch Mykorrhizahyphen werden Sterilkulturen von Mykorrhizapilzen verwendet werden.
Mycorrhizal communities at different locations in the former uranium mining area Ronneburg (Thuringia) were analysed, using molecular methods for the identification of mycorrhizal fungi. Strains of the ectomycorrhizal fungus Amanita muscaria were isolated from the former mining area and are now tested for their heavy metal tolerance.
Die adsorptive Bindung reaktiver Stoffe steuert deren Mobilität und Auswaschungsgefährdung in Böden und wird meist durch Sorptionsisothermen quantifiziert. Diese werden an punktuell entnommenen Bodenproben gemessen und weisen meist eine große Variabilität auf. Aufgrund dieser Variabilität können viele Fragestellungen auf der Feldskala nur unzuverlässig beantwortet werden. Ziel des Projekts ist es, eine wesentlich verbesserte Methodik für das upscaling der adsorptiven Bindung reaktiver Stoffe am Beispiel ausgewählter Schwermetalle zu entwickeln. Die Methodik beruht auf der Berechnung von Skalierungsfaktoren, die den linearen Variabilitätsanteil der Sorption erfassen. Kernhypothesen des Antrags sind, dass diese Skalierungsfaktoren für Sorptionsisothermen verschiedener Schwermetalle eng korreliert sind und dass sie weiterhin eng mit physikochemischen Bodeneigenschaften (Kationenoder Anionenaustauschkapazität) korrelieren. Daraus resultiert als wesentliche Innovation, dass nur wenige Messungen zur lokalen Stoffadsorption und zu physikochemischen Bodeneigenschaften erforderlich sind, um feldskalige Aussagen zur Schwermetallbindung und -mobilität machen zu können. Die Entwicklung der Methodik sowie die Prüfung ihrer Anwendungsmöglichkeiten und Grenzen sollen für eine Auswahl verbreiteter Böden durchgeführt werden.
Basierend auf Laborversuchen zur Bindung von Schwermetallen an Huminstoffe wird versucht, die Bedeutung des Humus fuer die Festlegung oder Mobilisierung von Schwermetallen im Boden und somit fuer die Pflanzenverfuegbarkeit zu evaluieren. Als Methoden kommen Gefaessversuche, Sandkulturversuche und Naehrloesungsversuche zur Anwendung. Die Ergebnisse des ersten Gefaessversuches lassen einen Einfluss des Huminstoffsystems auf die Geschwindigkeit und Staerke der Festlegung von kuenstlich aufgebrachtem Zn und Cd erkennen.
Die dezentrale Versickerung von Niederschlagsabfluss bietet gegenüber konventionellen Methoden der Regenwasserbewirtschaftung eine Vielzahl an ökologischen und ökonomischen Vorteilen. Während die technische Ausführung von dezentralen Versickerungsmulden bei ihrem Neubau klar geregelt ist, gibt es wenig systematische Erkenntnisse bezüglich der Funktionserfüllung von langjährig betriebenen Anlagen. Unsicherheiten betreffen vor allem die Dauer einer effektiven Schadstoffretention in Versickerungsmulden. Deshalb werden für die wasserrechtliche Erlaubnis von dezentralen Anlagen hohe Sicherheitsaufschläge bezüglich der Betriebsdauer angesetzt, was den ökonomischen Vorteil dezentraler Regenwasserbewirtschaftung gegenüber konventioneller Bewirtschaftung deutlich schmälert. Innerhalb des Projekts KONVERt werden vier langjährig (15-20 Jahre) betriebene Versickerungsmulden hinsichtlich ihres Austragsrisikos für Schwermetalle untersucht. Fokus der Untersuchung bildet eine eventgesteuerte Beprobung von Sickerwasser, um die mobile Fraktion von Schwermetallen im Muldensubstrat qualitativ abzuschätzen. Um die jahreszeitliche Dynamik der Schwermetallmobilisierung zu berücksichtigen, wird die gesamte Messung über min. ein Jahr ausgeführt. Gleichzeitig werden die meteorologischen Randbedingungen für jede Mulde über den gesamten Zeitraum aufgezeichnet und um eine detaillierte Aufnahme des Ist-Zustands (räumliche aufgelöster Absolutgehalt an Schwermetallen, Sorptionsparameter) zu Beginn der Messperiode ergänzt. Die Daten werden für eine nachgeschaltete bodenhydrologische und -chemische Simulation genutzt. Dadurch kann das langfristige Gefährdungspotential für einen Schwermetallaustrag aus Versickerungsmulden prognostiziert werden. Des Weiteren wird mittels szenarienbasierter Modellierung die Leistungsfähigkeit von Versickerungsmulden unter verschiedenen Entwicklungen (Instandhaltungs- und Erneuerungszyklen) abgeschätzt. Schlussendlich bildet die Synthese aus gemessenen und modellierten Ergebnissen die Grundlage, um Empfehlungen für die Praxis auszusprechen. Dabei wird zusätzlich auf Ergebnisse aus dem Vorgängerprojekt LEIREV zurückgegriffen und gemeinsam mit Erkenntnissen aus diesem Projekt in ein 'Handbuch der Regenwasserbewirtschaftung NRW' übertragen. Mit dieser Broschüre wird Behörden, Betreiber und Planer der aktuelle Wissenstand bezüglich Regenwasserversickerung zur Verfügung gestellt, um eine nachhaltige Nutzung von dezentralen Versickerungsanlagen zu gewährleisten.
Um die Mobilität von Schwermetallen und Radionukliden zu prognostizieren, wird die vorliegende physikochemische Datenbasis von H2S und HS- erweitert. Dazu werden Löslichkeit und Aktivitätskoeffizienten von H2S und HS- in salinaren Lösungen untersucht. Komplexierung und Löslichkeit radionuklidhaltiger Verbindungen werden oft bei konstanter Ionenstärke bestimmter Hintergrundelektrolyte untersucht. Zur Umrechnung der thermodynamischen Gleichgewichte auf Ionenstärke Null müssen die Wechselwirkungsparameter bekannt sein. Mittels publizierter Daten und neuer Messdaten durch Löslichkeitsversuche und isopiestische Messungen wird ein konsistenter Datensatz für die wichtigsten Hintergrundelektrolyte und ihrer Wechselwirkungen mit den Komplexbildnern Chlorid, Hydroxid, und Carbonat für den Bereich 25-90 C entwickelt. Erst Unsicherheits- und Sensitivitätsanalysen ermöglichen es, die für Risikobetrachtungen notwendigen Aussagen zur Wahrscheinlichkeit bestimmter Ereignisse zu formulieren. Es wird daher ein Werkzeug bereitgestellt, mit dem die Unsicherheit bzw. Vertrauensbereiche geochemischer Modellaussagen beurteilt werden können. Die Erfolgsaussichten für alle drei Teilprojekte sind sehr gut.
Projektziel ist die Aufklärung der Wechselwirkung von Bodenmikroorganismen mit schwermetalltoleranten und -akkumulierenden Pflanzen auf Serpentinboden. Serpentinböden stellen einen Extremstandort für die Besiedelung von Pflanzen dar, da sie einerseits hohe Schwermetallgehalte andererseits nur geringe Nährstoffgehalte aufweisen. Die an diesen Standort angepassten Pflanzen haben eine sehr hohe Toleranz gegenüber diesen Schwermetallen (Hypertoleranz), einige haben auch die Fähigkeit entwickelt, diese Schwermetalle auch in extrem hohen Mengen zu speichern (Hyperakkumulatoren). Über die Prozesse im Wurzelraum (Rhizosphäre) zur Metallverfügbarkeit weiß man noch sehr wenig. V.a. die Rolle von Wurzelausscheidungen bei der Metallmobilisierung bzw. -Immobilisierung ist noch weitgehend ungeklärt. Da in der Rhizosphäre auch immer erhöhte mikrobielle Aktivitäten induziert werden, ist zu erwarten, dass diese eine wesentliche Rolle bei der Verfügbarkeit der Metalle für die Pflanzen und damit bei der Anpassung an diesen Standort spielen. Über die Wechselwirkung zwischen Pflanzenwurzeln und Rhizosphärenmikroorganismen ist nur sehr wenig bekannt. In diesem Projekt sollen daher folgende Punkte anhand von Thlaspi goesingense (Akkumulator) und Silene vulgaris (Tolerant) näher untersucht werden: - Die Biogeochemie der Schwermetalle am Serpentinstandort unter Einfluss zweier verschiedener pflanzlicher Strategien (Toleranz und Akkumulation). - Wurzelausscheidungen und deren Einfluss auf die Schwermetallmobilität sowie deren mikrobielle Umsetzung. - Isolierung und Charakterisierung von Mikroorganismen im Wurzelraum von Metalltoleranten und -akkumulierenden Pflanzen sowie deren Wechselwirkung mit Wurzelausscheidungen. - Aufklärung der Rolle von Mykorrhizapilzen bei der Metalltoleranz. Diese Versuche sollen zu einem besseren Verständnis der Interaktion von Pflanzen mit Bodenmikroorganismen auf einem schwermetallbelasteten Standort beitragen. Diese Erkenntnisse könnten auch zu einer Verbesserung der Phytosanierungstechnologien beitragen.
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