This project aims at the improvement and testing of a modeling tool which will allow the simulation of impacts of on-going and projected changes in land use/ management on the dynamic exchange of C and N components between diversifying rice cropping systems and the atmosphere and hydrosphere. Model development is based on the modeling framework MOBILE-DNDC. Improvements of the soil biogeochemical submodule will be based on ICON data as well as on results from published studies. To improve simulation of rice growth the model ORYZA will be integrated and tested with own measurements of crop biomass development and transpiration. Model development will be continuously accompanied by uncertainty assessment of parameters. Due to the importance of soil hydrology and lateral transport of water and nutrients for exchange processes we will couple MOBILE-DNDC with the regional hydrological model CMF (SP7). The new framework will be used at field scale to demonstrate proof of concept and to study the importance of lateral transport for expectable small-scale spatial variability of crop production, soil C/N stocks and GHG fluxes. Further application of the coupled model, including scenarios of land use/ land management and climate at a wider regional scale, are scheduled for Phase II of ICON.
Das Südchinesische Meer ist das größte Randmeer der Erde und ausschließlich von stark besiedelten Ländern wie China, Indonesien, Philippinen oder Vietnam umgeben. Klimaänderung und menschliche Einflüsse im Einzugsgebiet des Mekong (18 geplante Stauseen zu Stromgewinnung und Intensivierung der Aquakultur) werden die Flusseinträge drastisch verändern und in der Folge die Biogeochemie der Küstengewässer. Die Geschwindigkeit und Größenordnung dieser Veränderungen lassen es wahrscheinlich erscheinen, dass das hier geplante Feldprogramm eine der wenigen Gelegenheiten sein wird, dieses Meeresgebiet zu erfassen, bevor es sich grundlegend verändert hat. Die gegenwärtige Rolle der Nährstoffeinträge des Mekong für die Produktivität des Südchinesischen Meeres soll im Vergleich zu den Nährstoffeinträgen durch den Auftrieb während des SW Monsuns untersucht werden. Ergebnisse früherer Arbeiten von uns lassen vermuten, dass die Stickstofffixierung von Cyanobakterien, die in Symbiose mit Diatomeen vorkommen, eine zentrale Rolle spielt. Zudem gibt es einzellige und koloniebildende N-Fixierer wie Trichodesmium in der Flussfahne. Die Interaktion von stickstofffixierenden Organismen, die von den Einträgen des Mekong abzuhängen scheinen, ist bislang nicht verstanden und steht im Fokus dieses Projektes. Die Nährstoffzusammensetzung in Wasser und die Aufnahme von markierten Kohlenstoff und Stickstoffverbindungen wird in der Flussfahne und im Auftriebsgebiet quantifiziert. Zudem wird auf Zellebene der Austausch von Stickstoff und Kohlenstoff zwischen Diatomeen und ihren stickstofffixierenden Symbionten mittels NanoSIMS analysiert. Zeitgleich wird die Gemeinschaft der Stickstofffixierer entlang der Flussfahne und im offenen südchinesischen Meer von amerikanischen und vietnamesischen Kollegen durch genomische, molekularbiologische und taxonomische Methoden erfasst. In der Synthesephase des Projektes soll durch die Zusammenführung aller Ergebnisse ein tiefgreifendes Verständnis des menschlichen Einflusses auf die Biogeochemie des Küstenmeeres vor Vietnam erreicht werden. Zwei Expeditionen in das Gebiet des Mekongausstroms sind bereits durch einen genehmigten Antrag des Schmidts Oceanographic Institute aus den USA abgesichert, so dass Probennahmen und Experimente an Board geplant werden können. Aufgrund des früheren, sehr erfolgreichen DFG finanzierten Vorhabens bestehen enge Kontakte zum Institute of Oceanography in Nha Trang, Vietnam, auf die hier aufgebaut wird.
Voraussetzung fuer eine sequentielle Prozessfuehrung ist die genaue Kenntnis der reaktionskinetischen Daten fuer die einzelnen biologischen Systeme. Sie bilden die Grundlage fuer die Bemessung, Optimierung und Steuerung der Verfahrenselemente. Ausschlaggebend fuer die Wahl der Reaktortypen ist die Aufrechterhaltung optimaler Umweltbedingungen (z.B. pH-O2-Konzentration) sowie die Erhaltung einer moeglichst grossen Organismenmenge im System. Fuer die Nitrifikation sind Ruehrkessel-, Festbett- und Wirbelschichtreaktor die zu untersuchenden Alternativen. Die Loesung dieses Problems wird als Beitrag zur Leistungssteigerung von Klaeranlagen sowie zur Entwicklung einer Hochleistungsnitrifikation fuer Industrieabwaesser verstanden.
Ziel des Projektes AManDA ist es, ein Verfahren zur Reduktion methanbildender Stoffe vor Feldausbringung sowie zur Verringerung von Düngervolumen und -gewicht bei gleichzeitiger Aufkonzentrierung der Nährstoffgehalte zu entwickeln. Ebenfalls soll durch die Aufbereitung der Prozessabwässer die mögliche Eutrophierung von Vorflutgewässern durch hohen Nährstoffeintrag verhindert werden. Das entwickelte Verfahren kann zur Senkung von Treibhausgasemissionen durch landwirtschaftliche Arbeiten beitragen. Ziel des Vorhabens ist die marktreife Entwicklung einer modularen Technologie zur Behandlung von Wirtschaftsdüngern. Dadurch sollen land- und viehwirtschaftliche Betriebe die Möglichkeit haben, die hohen Kapazitäten an Wirtschaftsdüngern optimal zu behandeln und einen energetischen und stofflichen Nutzen aus den anfallenden Stoffströmen zu ziehen. Bei erfolgreichem Betrieb der Pilotanlage und Abschluss der Praxisversuche soll im Anschluss an das Vorhaben durch den Industriepartner ein marktreifes System entwickelt und eingeführt. Die Projektergebnisse sollen zu Empfehlungen für den Praxisbetrieb führen und einen stofflichen und energetischen Mehrwert generieren.
Starkes Nachtleuchten tritt in der oberen Mesosphäre und der unteren Thermosphäre (MUT) der oberen Erdatmosphäre auf und enthält eine Emissionsschicht, die von angeregtem Stickstoffdioxid (NO2) hervorgerufen wird. Anregungsmechanismen, die zum angeregten Stickstoffdioxid in der MUT und Stratosphäre beitragen, stehen im Mittelpunkt dieses Projekts, da sie nicht gut verstanden sind. Stickstoffdioxid ist auch in der Stratosphäre wichtig, da es zum Ozonabbau beiträgt. Die Photochemie von reaktiven Stickstoffverbindungen (N, NO, NO2) wird in der MUT und der Stratosphäre auf der Grundlage der jetzt verfügbaren globalen Emissionsmessungen analysiert. Für diese Aufgabe wird das MAC-Modell (Multiple Airglow Chemie) erweitert, um Reaktionen mit reaktiven Sauerstoff- und Wasserstoffverbindungen (O(3P), O(1D), O3 und H, OH, HO2) zu berücksichtigen. Berechnungen mittels der aktuellen MAC Version ermöglichen die Berücksichtigung von reaktiven Sauerstoff- und Wasserstoff-verbindungen. Diese Berechnungen wurden auf der Grundlage von in situ Raketenmessungen in der MUT validiert. In Anbetracht früherer Studien zur Untersuchung der Stickstoffdioxid-emissionen wird die Berechnung der Konzentrationen der wichtigsten Repräsentanten von reaktiven Sauerstoff-, Wasserstoff- und Stickstoffverbindungen in der Stratosphäre unter Verwendung der erweiterten Version des MAC-Modells auf der Grundlage neuer Messungen durchgeführt. Reaktionen, die in der erweiterten Version des MAC-Modells berücksichtigt werden, können in ein photochemisches Modul eines GCM (general circulation model) übernommen werden.
Bestimmung der Frachten von N-, P- und organischen C-Verbindungen in den Bodenseezufluessen, der Frachten aus Klaeranlagen, aus Niederschlaegen und restlichen Arealen. Trennung von Anteilen aus punktfoermigen Quellen und solchen aus nicht-punktfoermigen Quellen. Berechnung von Austragsraten partikulaerer und geloester N-, P- und organischen C-Verbindungen aus laendlichen Arealen.
Zahlreiche Industrieabwaesser weisen einen hohen Gehalt von anorganischen N-Verbindungen auf. Diese muessen vor Einleitung in den Vorfluter beseitigt werden, da sie sowohl fuer die Gewaesser-Biologie (Eutrophierung) als auch fuer die Trinkwassergewinnung Probleme aufwerfen. Hierfuer kommen in erster Linie mikrobiologische Verfahren in Frage: verschiedene Bakterien koennen Nitrat unter aneroben Bedingungen zu N2 reduzieren, das als Gas entweicht (Denitifikation); Ammonium kann von sog. Nitrifikanten zu Nitrat unter aeroben Verhaeltnissen oxidiert werden, das dann anschliessend (wie o. erwaehnt) zu N2 reduziert werden kann. - Ziel des Projektes ist es, diese Prozesse mit belasteten Abwaessern unter Verwendung besonders geeigneter Bakterien zu untersuchen. Dabei sollen die einzelnen Parameter zunaechst im Labormasstab (und zwar im kontinuierlichen Betrieb) ermittelt werden. Fuer die Denitrifikation sollen Thiobacillen eingesetzt werden, deren Verwendung besonders praktisch und oekonomisch ist, da sie keine organische C-Quelle benoetigen.
Lachgasemissionen (N2O-Emissionen) der Landwirtschaft sind für rund 80% der gesamten N2O-Emission in Deutschland verantwortlich und für 45% der Treibhausgasemission des Sektors Landwirtschaft. Die größte N2O-Quelle in der Landwirtschaft ist der Einsatz von Stickstoffdüngern (mineralische Dünger und organische Wirtschaftsdünger), der rund 60% der gesamten N2O-Emission der Landwirtschaft verursacht. Bedeutend sind hier sowohl direkte N2O-Emissionen aus gedüngten Böden als auch indirekte N2O-Emissionen, die durch den Austrag von Stickstoffverbindungen (z.B. Nitratauswaschung, Ammoniakemissionen) verursacht werden. Die Minderung dieser Emissionen und die Verbesserung der Effizienz des Stickstoffeinsatzes sind daher vordringliche Maßnahmen für das Einhalten des verbindlichen Emissionsreduktionsziels. Nitrifikationshemmstoffe werden als robuste und skalierbare THG Reduktionsmaßnahme für den Pflanzenbau vorgeschlagen. Ob dies eine effiziente, praxisgerechte und umweltschonende Maßnahme zur Verringerung düngungsinduzierter N2O-Emissionen unter mitteleuropäischen Bedingungen ist, wird kontrovers diskutiert. Einerseits bestehen Potenziale, durch die Hemmung der Nitratbildung sowohl die direkten als auch indirekten (Minderung der Nitratauswaschung) N2O-Emissionen deutlich zu mindern und die Effizienz der Stickstoffdüngung zu verbessern. Andererseits fehlen für eine gesicherte Bewertung in mehreren Punkten wissenschaftlich belastbare und standortdifferenzierende Ergebnisse: i) Bewertung der Wirkung auf die N2O-Jahresemission und Nitratauswaschung, ii) ökologische Langzeitwirkungen einer regelmäßigen Ausbringung der Hemmstoffe und ihre Wirkung auf andere umwelt- und klimawirksamen Emissionen (z.B. Ammoniakemission) sowie iii) zusammenführende und standortdifferenzierende Gesamtbewertung als Klimaschutzmaßnahme unter Einbeziehung von Klimaschutzeffekten, ökologischen Risiken, sowie ökonomischen und pflanzenbaulichen Effekten.
Ziel des Projektes AManDa ist es, ein Verfahren zur Reduktion methanbildender Stoffe vor Feldausbringung sowie zur Verringerung von Düngervolumen und -gewicht bei gleichzeitiger Aufkonzentrierung der Nährstoffgehalte zu entwickeln. Ebenfalls soll durch die Aufbereitung der Prozessabwässer die mögliche Eutrophierung von Vorflutgewässern durch hohen Nährstoffeintrag verhindert werden. Das entwickelte Verfahren kann zur Senkung von Treibhausgasemissionen durch landwirtschaftliche Arbeiten beitragen. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer modularen Technologie zur Behandlung von Wirtschaftsdüngern. Dadurch sollen land- und viehwirtschaftliche Betriebe die Möglichkeit haben, die hohen Kapazitäten an Wirtschaftsdüngern optimal zu behandeln und einen energetischen und stofflichen Nutzen aus den anfallenden Stoffströmen zu ziehen. Bei erfolgreichem Betrieb der Pilotanlage und Abschluss der Praxisversuche soll im Anschluss an das Vorhaben durch den Industriepartner ein marktreifes System entwickelt und eingeführt. Die Projektergebnisse sollen zu Empfehlungen für den Praxisbetrieb führen und einen stofflichen und energetischen Mehrwert generieren.
Ziel des Projektes AManDa ist es, ein Verfahren zur Reduktion methanbildender Stoffe vor Feldausbringung sowie zur Verringerung von Düngervolumen und -gewicht bei gleichzeitiger Aufkonzentrierung der Nährstoffgehalte zu entwickeln. Ebenfalls soll durch die Aufbereitung der Prozessabwässer die mögliche Eutrophierung von Vorflutgewässern durch hohen Nährstoffeintrag verhindert werden. Das entwickelte Verfahren kann zur Senkung von Treibhausgasemissionen durch landwirtschaftliche Arbeiten beitragen. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer modularen Technologie zur Behandlung von Wirtschaftsdüngern. Dadurch sollen land- und viehwirtschaftliche Betriebe die Möglichkeit haben, die hohen Kapazitäten an Wirtschaftsdüngern optimal zu behandeln und einen energetischen und stofflichen Nutzen aus den anfallenden Stoffströmen zu ziehen. Bei erfolgreichem Betrieb der Pilotanlage und Abschluss der Praxisversuche soll im Anschluss an das Vorhaben durch den Industriepartner ein marktreifes System entwickelt und eingeführt werden. Die Projektergebnisse sollen zu Empfehlungen für den Praxisbetrieb führen und einen stofflichen und energetischen Mehrwert generieren.
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