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Evaluierung der Elektro-Ultrafiltration zur Erfassung der Stickstoffnachlieferung auf langjährig ungedüngten Standorten

Versuchsziel: Mit dem Versuch wird geprüft, ob sich eine unterschiedliche N-Nachlieferung auch dann in entsprechenden extrahierbaren organischen N-Gehalten widerspiegelt, wenn der Humusgehalt im Boden ähnlich hoch ist. Hintergrundinformation: Für die Bestimmung der N-Nachlieferung gibt es noch keine sichere Methode. Auch die weit verbreitete EUF-Methode vermag lediglich zwischen Standorten mit stark unterschiedlichen Humusgehalten zu unterscheiden. Standorte mit etwa gleichem Humusgehalt, aber unterschiedlichem N-Nachlieferungspotential kann die Methode jedoch nicht differenzieren. Nach erfolgreichen Vorarbeiten mit der Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) zur Analyse geringer Zellulosemengen (= leicht abbaubarer C im Boden) soll untersucht werden, ob sich das unterschiedliche N-Nachlieferungspotential von Böden eines Standortes (fast gleicher Humusgehalt) mit der NIRS besser differenzieren lässt als mit der EUF-Methode. Als weitere Methode soll die Extraktion mit CaCl2 geprüft werden.

Entwicklung einer Technologie zur dezentralen Synthese von Flüssigkraftstoffen aus festen biogenen Reststoffen, Teilvorhaben: Entwicklung einer neuartigen Aufbereitungstechnologie für biogene Synthesegase zur Verwendung für die Flüssigkraftstoffsynthese

Entwicklung und Demonstration einer brennstoffflexiblen SCR-Nachrüstlösung für Reststofffeuerungen, Teilvorhaben: Studie zur Regelung einer modularen SCR-Anlage mittels Hochfrequenz-gestützter Bestimmung der Katalysator-NH3-Beladung

Die bei der energetischen Nutzung biogener Reststoffe entstehenden Schadstoffemissionen müssen mittels geeigneter Abgasreinigungssysteme gemindert werden. Bei der Konversion biogener Reststoffe entstehen neben Partikelemissionen aufgrund relativ hoher Stickstoffgehalte im Brennstoff auch erhöhte NOx-Emissionen, welche am effektivsten durch das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) gemindert werden können. In dem Forschungsvorhaben soll eine SCR-Nachrüstlösung für mit biogenen Rest- und Abfallstoffen betriebene Kesselanlagen im kleinen und mittleren Leistungsbereich (< 1 MWth) entwickelt werden. Dabei kommt eine innovative Hochfrequenztechnik zum Einsatz, die kontinuierlich den NH3-Beladungszustand des SCR-Katalysators misst und die Reduktionsmittelmenge automatisch an den tatsächlichen brennstoff- und lastabhängigen Bedarf anpasst. Die Funktionsweise des SCR-Systems soll an einer Feuerungsanlage mit verschiedenen biogenen Rest- und Abfallstoffen demonstriert werden, wobei neben der erreichbaren NOx-Minderung auch die Effekte einer Kombination mit Systemen zur Partikelabscheidung untersucht werden sollen.

MINCA - MItigation der StickstoffbelastuNg auf der CAtchment-Skala

Die Intensivierung der Landwirtschaft und insbesondere der Einsatz von Düngemitteln ist der Schlüssel zur Ernährungssicherung einer wachsenden Weltbevölkerung. Der im Dünger enthaltene Stickstoff geht jedoch nicht nur in die pflanzliche Biomasse ein und wird schließlich geerntet, sondern wird auch als reaktiver Stickstoff (Nr) über verschiedene gasförmige und hydrologische Pfade in die Umwelt abgegeben. Dies führt zu gravierenden Umweltproblemen wie Eutrophierung, Treibhausgasemissionen oder Grundwasserverschmutzung. Wir gehen davon aus, dass wissenschaftlich fundierte Stickstoffminderungsstrategien es ermöglichen, die N2O- und NH3-Emissionen zu reduzieren und die NO3-Einträge in die Gewässer zu verringern, während die Erträge erhalten bleiben. Ziel des MINCA-Projekts ist daher die Etablierung eines gekoppelten, prozessbasierten hydro-biogeochemischen Modells zur Identifizierung von Feldbewirtschaftungsstrategien zu nutzen, die es ermöglichen, den Nr-Überschuss zu reduzieren und damit die N-Belastung in landwirtschaftlich dominierten Landschaften zu mindern. Unser besonderes Interesse gilt den Nr-Umwandlungsmechanismen an den Schnittstellen von Feldern, Grundwasser, Uferzone und Bächen. Um das derzeit begrenzte Verständnisses der zeitlichen und räumlichen hydro-biogeochemischen Flüsse bei der Nr-Transformation in der Landschaft zu überwinden, werden wir innovative Feldexperimente mit einem prozessbasierten Modellierungsansatz kombinieren. Der N-Zyklus in hydro-biogeochemischen Modellen ist jedoch komplex und die Validierung der zugrunde liegenden Prozesse datenintensiv. Die Messungen werden daher auf vier verschiedenen landwirtschaftlichen-, einem Grünland- und einem Waldgebiet durchgeführt. MINCA besteht aus vier eng miteinander verbundenen Arbeitspaketen (WP). In WP1 werden bereits laufende Messung der Wasser- und Stickstoffflüsse im Vollnkirchener Bach Studiengebiet beschrieben. Die bereits relativ umfangreichen kontinuierlichen Messungen, z.B. N2O-Emissionen, Bodenfeuchte, Abfluss und Gewässerqualität, sollen durch weitere Messungen wie NO3-Auswaschung und -Konzentrationen, saisonale Blattflächenindices, Erträge, Biomasse und deren C- und N-Gehalt ergänzt werden. Zusätzlich werden 15N2O und 15NO3 Isotopomer in Feldkampagnen gemessen. Komplexe Messungen für Modellversuche in WP1, modellbasierte hochskalierungs-Methoden im Rahmen von WP2 und Parameterreduktion, Unsicherheitsanalyse und Prozessplausibilitätsprüfung von WP3 erlauben es uns zu erkennen, wann und wo N-Belastung in der Landschaft auftreten. Dieses vertiefte Wissen wird die Grundlage für die Entwicklung von wissenschaftlich fundierten Mitigationsszenarien im WP4 bilden. Das gekoppelte Modell wird im Echtzeit-Modus ausgeführt, um die vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft erstrebten Zielwerte von reduziertem Nr-Überschuss zu erreichen. Maßgeschneiderte in-situ-Experimente zu N2O-Emissionen und NO3-Auswaschung werden die Wirksamkeit des Minderungspotenzials aufzeigen.

Hangneigung (Schwellwert 20 Prozent), Rasterauflösung 5 m

Die Hangneigung entspricht dem sogenannten Hangneigungswinkel und ist die Neigung der Geländeoberfläche gegenüber der Horizontalen entlang einer Falllinie (maximaler Neigungswinkel des Geländes). Die Karte stellt alle Flächen mit einer Hangneigung größer 20 Prozent in einer Rasterauflösung von 5 m dar. Sind mehr als 30% der Fläche eines Grünlandschlages oder eines Ackerschlages mit mehrschnittigem Feldfutterbau in Bereichen mit einer Hangneigung größer 20 Prozent, ist der Schlag von den Vorgaben des § 6 Abs. 3 Satz 2 DüV, wonach flüssige organische und flüssige organisch-mineralische Düngemittel, einschließlich flüssiger Wirtschaftsdünger, mit wesentlichem Gehalt an verfügbarem Stickstoff oder Ammoniumstickstoff auf Grünland und auf Ackerflächen mit mehrschnittigem Feldfutterbau ab dem 01. Februar 2025 nur noch streifenförmig auf den Boden aufgebracht oder direkt in den Boden eingebracht werden dürfen, befreit. Die Hangneigung entspricht dem sogenannten Hangneigungswinkel und ist die Neigung der Geländeoberfläche gegenüber der Horizontalen entlang einer Falllinie (maximaler Neigungswinkel des Geländes). Die Karte stellt die Hangneigung in den zwei Klassen "kleiner gleich 20 Prozent" und "größer 20 Prozent" mit einer Rasterauflösung von 5 m dar. Sind mehr als 30% der Fläche eines Grünlandschlages oder eines Ackerschlages mit mehrschnittigem Feldfutterbau in der Klasse "größer 20 Prozent", ist der Schlag von den Vorgaben des § 6 Abs. 3 Satz 2 DüV, wonach flüssige organische und flüssige organisch-mineralische Düngemittel, einschließlich flüssiger Wirtschaftsdünger, mit wesentlichem Gehalt an verfügbarem Stickstoff oder Ammoniumstickstoff auf Grünland und auf Ackerflächen mit mehrschnittigem Feldfutterbau ab dem 01. Februar 2025 nur noch streifenförmig auf den Boden aufgebracht oder direkt in den Boden eingebracht werden dürfen, befreit.

Chemical and biological characterisation of slicks off the German coast of the Baltic Sea in June of 2024 at 9 stations

To characterise slicks chemically and biologically, on 13th, 16th and 18th of June 2024, slicks and underlying water (depth 1m) were sampled at a total of 9 closely clustered stations in the Baltic Sea off the coast of Warnemünde, Germany. On 13.06. and 16.06. samples were taken in the evening, on the 18.06. samples were taken in the morning. On site, salinity (portable Total Dissolved Solids (TDS)-meter CO-330), water temperature (portable Total Dissolved Solids (TDS)-meter CO-330), wind speed (hand-held anemometer model MS6252A) and light intensity (Galaxy Sensors phone app v.1.10.1) were measured. Slick samples were taken with a glass plate sampler (), samples of the underlying water were taken by a syringe connected to a weighted hose. The samples were fixed as needed and analysed for dissolved organic carbon (DOC) concentration, total dissolved nitrogen (TDN) concentration, surfactant (SAS) concentration, viral particle concentration and cellular abundance of phytoplankton in different size classes (pico-, nano- and microphytoplankton). DOC and TDN concentrations were analysed by high temperature catalytic combustion, SAS concentrations by the voltametric technique with a hanging mercury drop electrode (Ćosović and Vojvodić 1998; Rickard et al. 2019). The concentrations of viral particles and phytoplankton were assessed by flowcytometry (BD Accuri C6 flow cytometer).

Soil chemistry and soil bulk density data from restored grasslands and reference sites in Germany

This dataset provides information on soil chemistry and soil bulk density as part of the Grassworks project, which investigates the restoration of species-rich grasslands in Germany. Grasslands are globally threatened ecosystems, and the project aims to identify factors that contribute to successful restoration, focusing on ecological complexity and stakeholder engagement. Data was collected from 187 grassland sites across three regions in Northern, Central, and Southern Germany, each with distinct socio-economic and ecological characteristics. Sampling occurred between 2022 and 2023 and included 40–41 restored grassland sites and 20–25 reference sites (10–12 positive, 10–13 negative) per region. At each site in March or early April at each vegetation plot per subtransect, we took soil samples (pooled from six soil cores, 20 mm diameter) that were further pooled into one sample per site (24 in total) and analyzed for total soil organic carbon (SOC), total nitrogen content, pH, and soil texture. Additionally, soil bulk density was measured at vegetation plots per site, to enable future assessment of carbon sequestration over time. Soil and bulk density samples were taken at two depths: 0–10 and 10–30 cm.

Growth rates and carbon and nitrogen contents of Carcinus maenas at metamorphosis to megalopa Norway and Spain reared in a laboratory experiment

Larvae of marine species with complex life cycles with wide latitudinal distribution ranges can differ not only in their thermal tolerance, but also in responses to temperature, such as growth rates and carbon or nitrogen accumulation. To assess population-specific growth rates, based on dry mass and carbon and nitrogen contents, we studied larval growth rates of the European shore crab Carcinus maenas across an environmental temperature gradient. We measured larval growth (day-1) from hatching to metamorphosis to megalopa at seven constant temperature treatments (9-27 °C, in 3 °C increments). Data represent experimental observations of larval dry mass, carbon and nitrogen contents under laboratory conditions and are reported at the level of replicates by females of each population. Replication was performed on two levels: 5 **10 larvae were reared per female, and 4 to 6 females were used per population. Larvae originated from berried females collected from populations at the southern and northern parts of the native European distribution (Vigo, Spain; Bergen and Trondheim, Norway). The data were collected during one reproductive period in 2022. Growth rates were low at low temperatures and increased with temperature, reaching a plateau at 21 °C. This increase in growth coincided with a reduction in duration of development, leading to similar body mass at metamorphosis across temperature treatments. Contrastingly, at the high temperature treatments 24°C and 27°C, reductions in duration of development did not coincide with increased growth rates, hence larvae metamorphosed with reduced body mass.

Dissolved and particulate trace metal and rare earth element (REE) concentrations during a mesocosm based phytoplankton bloom simulating intertidal coastal conditions

We analyzed concentrations of dissolved and particulate trace metals, including iron (Fe), manganese (Mn), vanadium (V), molybdenum (Mo), thallium (Tl), and rare earth elements (REE), during a mesocosm-based phytoplankton summer bloom mimicking the intertidal zone of the southern North Sea (Jade Bay). The studies aimed to identify key drivers controlling their biogeochemical cycling in dynamic, high-productivity coastal environments. Our results highlight the tidally influenced coastal zone as a critical interface that alters the behavior of supposedly conservative elements such as Mo and Tl (Mori et al., 2021) as well as natural and anthropogenic REE (incl., lanthanum, samarium, and gadolinium) (Mori et al., under review). Trace metal concentrations and shale-normalized REE patterns, determined by quadrupole inductively coupled plasma–mass spectrometry (ICP-MS) and inductively coupled plasma–optical emission spectrometry (ICP-OES), were combined with biogeochemical bulk parameters and pigment-based assessments of phytoplankton growth and community composition (Mustaffa et al., 2020). Trace metal and REE cycling were evaluated in relation to phytoplankton dynamics, particulate organic matter composition (C, N, P), dissolved organic carbon, total dissolved nitrogen, and macronutrient concentrations (nitrate, ammonium, silicate, and inorganic phosphate). The dataset was obtained during a Planktotron-based mesocosm experiment conducted within the framework of the Coastal Ocean Darkening project (Mustaffa et al., 2020).

Ahr river overbank sediments: grain sizes, carbonates and soil organic parameters (Mayschoß-Transect, core Ahr2022-1_1, Ahr2022-1_2, Ahr2022-2_1, Ahr2022-2_2)

Four sediment cores from the Mayschoß floodplain (Ahr) were analysed for grain size, carbonates and soil organic parameters. For this purpose, the freeze-dried samples were sieved (2 mm) to remove large organic matter and the samples were separated into fine (< 2mm) and coarse (> 2 mm) fractions. For the grain size analysis, the fine fraction (< 2 mm), sieved samples (10 g) were left overnight in 35% hydrogen peroxide (H2O2). The samples were then heated to remove organic matter. In addition, the samples were dispersed by a 10 ml solution of 0.4 N sodium pyrophosphate (Na4P2O7) and ultrasonicated (45 min). The sand fraction was separated by dry sieving (classes: coarse sand: 2000 - 630 µm, medium sand: 630 - 125 µm, find sand: 200 - 125 µm and finest sand: 125 - 63 µm). X-ray granulometry (XRG, SediGraph III 5120, Micromeritics) was used to measure the fine fraction (coarse silt: 63 - 20 µm, medium silt: 20 - 6.3 µm, fine silt: 6.3 - 2.0, coarse clay: 2.0 - 0.6 µm, medium clay: 0.6 - 0.2 and fine clay < 0.2 µm). The coarse fraction was divided into two classes (2-10 mm, > 10 mm) by dry sieving. The roundness of gravels (> 10 mm) was also determined (> 10 mm rounded, > 10 mm sub-rounded, > 10 mm angular). The carbonate content of the fine fraction was determined using the Scheibler method. A pre-test is therefore carried out to determine the sample quantity. The more carbonate is contained, the smaller the required sample quantity. During the measurement, a defined amount of 10 % hydrochloric acid (HCL) is then added to the sample and the outgassing of the resulting CO2 is measured. The amount of HCL can be used to calculate the amount of dissolved calcium carbonate (CaCO3). For further geochemical analysis, the samples were pulverised and homogenised using the Retsch vibrating mill MM 200. The content of total carbon, nitrogen and sulphur of the fine fraction was analysed using the vario EL cube (Elementar). For this purpose, the ground fine soil sample was mixed with tungsten oxide (WO3) in a ratio of 1:3 and wrapped in tin foil for analysis. Due to the higher accuracy, the sulphur values of the X-ray fluorescence spectrometry (XRF) were included in the data set. The samples (8 g) were pressed into uniform pills with a carbon-based binder using a Vaneox press at 20 t for 2 min. Elemental analysis was performed in a He atmosphere using a Spectro Xepos energy dispersive XRF spectrometer. The complete XRF dataset including errors, reproducibility and security of the measurement is also available on Pangaea. Finally, the inorganic and organic carbon as well as the C/N and C/S ratios were calculated. The surface elevation was extracted from Brell et al. (2023).

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