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Die mikrobielle Besiedlung von Wurzeloberfläche und Rhizosphäre in ihrer Bedeutung für Stoffumsätze in Böden

Die Bedeutung der mikrobiellen Besiedlung von Wurzeloberfläche und Rhizosphäre für Stoffumsätze in Böden soll im Gewächshaus mit vier Gefäßversuchen erfasst werden. Im ersten Versuch wird die Eignung Ergosterol und Muraminsäure zur Quantifizierung von Pilz- und Bakterienbiomasse auf Wurzeloberflächen mit anderen, insbesondere mikroskopischen Methoden überprüft. Im zweiten Versuch wird der Einfluss der Pflanzenart auf die mikrobielle Besiedlung der Wurzeloberfläche untersucht. Im dritten Versuch wird ermittelt, ob die mikrobielle Biomasse eines Bodens und deren Zusammensetzung, dargestellt durch die Quotienten von Ergosterol (Biomarker für Pilze) bzw. Muraminsäure (Biomarker für Bakterien) und mikrobieller Biomasse, die mikrobielle Besiedlung von Wurzeloberflächen beeinflusst. Im vierten Versuch wird das Verhalten der rhizoplanen Organismen während des Absterbens der Wurzel beobachtet und untersucht, inwieweit es zu Interaktionen mit den Mikroorganismen der Rhizosphäre und des Gesamtbodens kommt. Dazu wird nicht nur die mikrobielle Biomasse quantifiziert, sondern auch der Übergang der Wurzelbiomasse in mikrobielle Residuen als Zwischenspeicher für Nährstoffe speziell beachtet. Es ist davon auszugehen, dass die Interaktionen zwischen Pflanze, mikrobieller Biomasse und mikrobiellen Residuen eine wichtige Funktion für die Immobilisierung und Mobilisierung von Pflanzennährstoffen haben.

Regionalisierung des Stickstoffüberschusses Baden-Württemberg

Der Stickstoffüberschuss der Landwirtschaft ist ein Kernindikator für die Stickstoffstrategie Baden-Württemberg. Ziel des Vorhabens ist, die besten verfügbaren bundes- und landesweiten Agrardaten zu den Stickstoffflüssen in der Landwirtschaft auszuwerten und den Stickstoffüberschuss zu berechnen. Das Vorhaben zielt zunächst darauf, die Gemeinden mit sehr hohen Stickstoffbilanzüberschüssen zu lokalisieren. Bilanzen für die Düngeberatung unterscheiden wegen der in der Agrarwirtschaft praktizierten 'Verlustabzüge' erheblich von Bilanzen für Fragen des Umwelt- und Naturschutzes. Klärend orientiert sich daher das Vorhaben an der vom BUND-LÄNDER-FACHGESPRÄCH STICKSTOFFBILANZ vorgelegten Typisierung. Die Stoffflüsse der ersten Hoftorbilanz auf Gemeindeebene in Baden-Württemberg müssen vor der Festsetzung der Kritischen Überschüsse (Critical Surplus) evaluiert und überprüft werden.

Grundlagen zur Entwicklung und Revitalisierung von Mooren im Nationalpark Harz

Ziel des Vorhabens ist die großflächige Wiederherstellung eines entwässerten Hochharzer Moorkomplexes in der Naturentwicklungszone des Nationalparks. Durch Rückbau vorhandener Entwässerungssysteme sind die standörtlichen Voraussetzungen für die Ansiedlung hochmoortypischer torfbildender Pflanzengesellschaften zu schaffen. Teilziele des Vorhabens sind: Untersuchungen zum Wasser- und Stoffhaushalt vor und nach der Wiedervernässung; Erfassen der Veränderungen klimarelevanter Spurengasaustritte infolge der Wiedervernässung; Beobachtung der Vegetationsentwicklung.

Wasser- und Stoffflüsse an Rändern von Auengrundwasserleitern und ihre Kontrolle durch Untergrundstrukturen

In Flussauen von Flussmittelläufen in gemäßigten Klimazonen ist der Grundwasserstrom typischerweise vornehmlich talabwärts gerichtet. Die hydrologische Funktion der Auengrundwasserleiter hängt allerdings vom Vorhandensein hydrogeologisch relevanter Strukturen ab, und das Grundwassersystem wird stark durch Wasser- und Stoffflüsse über seine Ränder beeinflusst. Das beantragte Projekt zielt daher darauf ab, die hydrogeologischen Steuergrößen für diese Flüsse zu charakterisieren und die relative Bedeutung der Ränder für die Wasserbilanz und den Umsatz gelöster Stoffe in Auengrundwasserleitern zu ermitteln. Als Untersuchungsgebiet dient die Ammeraue bei Tübingen (Südwestdeutschland), die typisch für Auengebiete entlang von Flussmitteläufen in gemäßigten Klimazonen ist und bereits von den Antragstellern im Rahmen des SFB1253 CAMPOS untersucht wurde. Für die Modellierung und Vorhersage der hydrologischen Funktion des Auengrundwasserleiters und seiner Ränder ist es wichtig, die räumliche Lage, Geometrie und die Eigenschaften hydraulisch leitfähiger Strukturen an den Auenrändern zu erkunden. Unsere Untersuchungen zielen daher darauf ab, geologische Strukturelemente an den Auenrändern zu charakterisieren, die die Gesamtflüsse des Grundwassers und der darin gelösten Stoffe durch den Auengrundwasserleiter bestimmen. Hierfür entwickeln wir arbeits- und kosteneffiziente Methoden, mit denen sich die räumliche Ausdehnung und Geometrie der Ränder (mittels geophysikalischer Methoden) abbilden und die hydraulische Konnektivität zu den Auengrundwasserleitern (mittels hydraulischer Methoden) charakterisieren lassen. Mit besonderem Fokus auf die identifizierten hydrogeologisch relevanten Strukturelemente an den Auenrändern wollen wir die Wasserflüsse und die Stoffströme bestimmen, die die Ränder des Auengrundwasserleiters passieren, um ihre relativen Beiträge innerhalb des Auengrundwasserleiters zu quantifizieren. Wir untersuchen hierfür insbesondere die zeitliche Grundwasserdynamik, um zu bestimmen, unter welchen hydrologischen Bedingungen ein erhöhter Wasseraustausch stattfindet. Die experimentellen Projektergebnisse fließen in ein konsistentes numerisches Grundwassermodell ein, um hydrogeologische Messungen vorherzusagen und die Ergebnisse der dynamischen Austauschflüsse zu interpretieren. Schließlich werden wir die geologischen Informationen, die in den verschiedenen Untersuchungsschritten und in vorherigen Arbeiten gesammelt wurden, umfassend geologisch interpretieren. Dies ermöglichst es, die maßgeblichen geologischen Prozesse zu identifizieren, die das Vorkommen und die Wirkung durchlässiger Strukturen an den Rändern von Auengrundwasserleitern bestimmen sowie die Austauschprozesse über die Ränder kontrollieren. Dieser Ansatz erlaubt es, unsere Ergebnisse auf andere Standorte zu übertragen und zu verallgemeinern.

Raman-Mikroskop mit Laser-Tracking

Ziel unserer Arbeiten ist der Schutz der Wasserressource Grundwasser. Dazu wollen wir die ökologischen Prozesse aufklären, die zu Schadstoffabbau führen oder auch Abbau von organischen Schadstoffen limitieren. Das Ramanmikroskop wird benötigt um Stoffumsätze und metabolische Prozesse von Mikroorganismen auf der Einzelzellebene untersuchen und abbilden zu können. Damit soll eine neue Ebene von ökologischen Studien ermöglicht werden, bei der die phylogenetische Klassifizierung von Mikroorganismen mit Fluoreszenz in situ Hybridisierung (FISH) mit der Aktivitätsanalyse durch Einbau stabiler Isotope (13C, 2H) in Biomasse kombiniert werden kann. Mit diesen innovativen Methoden sollen Kohlenstoffflüsse durch mikrobielle Gemeinschaften auf der Einzelzellebene analysiert werden. Weiterhin kann allgemeine metabolische Aktivität gemessen werden. Damit sollen z.B. in Biofilmen oder sonstigen mikrobiellen Gemeinschaften aktive Zellen identifiziert werden. Dieses kann unspezifisch über den Einbau von deuteriertem Wasser oder spezifisch durch Einbau von 13C in die Biomasse nach Abbau von 13C-markierten Substanzen erfolgen. Bisher wurden Abbauprozesse hauptsächlich in größeren Skalen untersucht, wobei aber wichtige Schlüsselprozesse und Limitationen zwangsläufig übersehen wurden. Wir wollen diese Lücke mit neuen Einzelzelluntersuchungen füllen und Gesetzmäßigkeiten für den mikrobiellen Schadstoffabbau ableiten.

Ausschluss mobiler grundberührender Fischerei in marinen Schutzgebieten der Nordsee, Vorhaben: Effekte auf die Biodiversität von Fischen, Invertebraten und Mikroorganismen - Optimierung nicht-invasiver Monitoringmethoden

Teilprojekt BODEN: Wasser und Stofftransport heterogener urbaner Standorte

Ziel ist die Erfassung des Wasserhaushalts und der Stoffdynamik heterogener urbaner Standorte. Kernpunkt ist dabei die Kombination mit den geophysikalischen Messungen zur räumlichen Flächenvariabilität und Wasserhaushalt in Zusammenarbeit mit dem Teilprojekt GEO. Feldversuche mit Tracern und Infiltrationsexperimente sind zur inversen Bestimmung von Transportparametern sowie zur Dektierung von hydrophilen und -phoben Bodenbereichen geplant. Laborexperimente dienen zur Bestimmung der räumlichen Verteilung der hydraulischen Funktionen, der Desorptionscharakteristiken sowie der wassergehalts- und temperaturabhängigen CO2-Freisetzung. Die Experimente werden vertieft mit bodenchemischen und biologischen Detailuntersuchungen der anderen Teilprojekte. In der ersten Projektphase steht die bodenphysikalische und -chemische Standortcharakterisierung, der Aufbau und die Betreuung von Meßfeldern. Die Versuche werden auf drei Standorten durchgeführt: Einem Transekt von einer stark befahrenen Straße in eine Parkfläche, einer teilversiegelten Fläche sowie einer ehemaligen Rieselfeldfläche. Zusammen mit den Laboruntersuchungen stehen Grundlagenprozesse zum bodenphysikalischen Verhalten (ungesättigte Wasserleitfähigkeit, Hydrophobizität) und zu den -chemischen Eigenschaften (Sorption-Desorption, CO2-Freisetzung) im Mittelpunkt. Darauf aufbauend sollen in der nächsten Projektphase numerische Modelle weiterentwickelt werden, um in hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung das langfristige Verhalten des Wasser- und der Stoffhaushalts für unterschiedliche urbane Standortbedingungen zu berechnen.

Seenforschung: Arbeitsrichtung 'Energie- und Stofffluesse'

Ausnuetzung des Phosphors; Phosphor-Fluesse: Die Biomassensynthese wird in Seen nicht nur durch das Gesamtangebot an Phosphor gesteuert, sondern auch durch intrabiozoenotische Vorgaenge und intrazellulaere Speicherung beeinflusst (kleiner P-Kreislauf). Der Kreislauf ist lange bekannt, doch wurde bisher seiner physiolog. Problematik zu wenig Beachtung geschenkt. Messung und Interpretation der Primaerproduktion auf moderner Grundlage: Die Primaerprod. ist eine Basisstufe der Erzeugung organischer Stoffe. Hier geht es um den Einsatz eines Modells zur Berechnung des Langzeit-Produktionsintegrals zusammen mit Langzeit-Lichtregistrierungen und punktuellen Photosynthese- und Biomassenbestimmungen. Analyse des Zooplanktoneinflusses (Grazin, Predation) auf das Gesamtsystem: Pelagische Biozoenosen (Algenhochprod., Abweiden, Wegfrass der Herbivoren etc.), die nur durch Verschwinden des jeweiligen Opfers begrenzt werden (grosse Fluktuationen). Messungen der Vorgaenge sollen Modellansaetze fuer den Jahresverlauf ermoeglichen.

Nachhaltigkeit von Paludikulturen unter besonderer Berücksichtigung des Stoffhaushaltes, Teilvorhaben 1: Gesamtkoordination; Untersuchungen zu Anbau und Biodiversität auf nds. Pilotflächen sowie Aufbau von regionalen Nutzungsketten

In diesem Vorhaben werden Anbauverfahren bereits etablierter Niedermoor-Paludikulturen in Bayern und Niedersachsen untersucht und optimiert sowie nachhaltige Produkte (weiter-) entwickelt. Ziel der Untersuchungen ist es, die langfristige Ertrags- und Qualitätsentwicklung von Typha, Phragmites, Phalaris und Carex auf den Bestandsflächen zu ermitteln und den Einfluss der Nährstoffversorgung und weiterer relevanter Faktoren zu quantifizieren. In diesem Teilvorhaben wird die Gesamtkoordination und die Öffentlichkeitsarbeit durchgeführt. Die Gesamtkoordination gewährleistet einen reibungslosen und zwischen den Arbeitspaketen und Projektpartnern gut abgestimmten Ablauf sowie die erforderliche Kommunikation, das Controlling und das Finanzmanagement. Die Öffentlichkeitsarbeit umfasst die Einrichtung eines Internetauftritts, die Durchführung von Veranstaltungen sowie Maßnahmen zur Veröffentlichung wie Artikel und Vorträge. Ein weiteres Arbeitspaket umfasst das gesamte Flächenmanagement und die Beerntung sowie die Optimierung der Pilot-Sites und Intensivmessstandorte in Niedersachsen. Hierfür wird die Infrastruktur und die Flächen in Norddeutschland zur Verfügung gestellt: Großflächige 'Pilot Sites' und 'Intensivmessstandorte'. Die Untersuchungen zur Biodiversität in Niedersachsen sowie die Gesamtbeurteilung bez. der Biodiversität aller Standorte (Bayern und Niedersachsen) werden koordiniert. Der Schwerpunkt dieses Vorhabens liegt auf der Nachhaltigkeit der gesamten Produktionskette vom Anbau bis zur Verwertung. Für stoffliche Verwertungskonzepte wird in diesem Teilvorhaben das Arbeitspaket regionale Nutzungsketten bearbeitet und es werden praxisnahe Untersuchungen durchgeführt. Drei Verwertungslinien werden gemeinsam mit Partnern aus der Wirtschaft und der Wissenschaft erprobt: Bioraffination, Faserspritzguss sowie Spritzguss und 3D-Druck.

Nachhaltigkeit von Paludikulturen unter besonderer Berücksichtigung des Stoffhaushaltes

In diesem Vorhaben werden Anbauverfahren bereits etablierter Niedermoor-Paludikulturen in Bayern und Niedersachsen untersucht und optimiert sowie nachhaltige Produkte (weiter-) entwickelt. Ziel der Untersuchungen ist es, die langfristige Ertrags- und Qualitätsentwicklung von Typha, Phragmites, Phalaris und Carex auf den Bestandsflächen zu ermitteln und den Einfluss der Nährstoffversorgung und weiterer relevanter Faktoren zu quantifizieren. In diesem Teilvorhaben wird die Gesamtkoordination und die Öffentlichkeitsarbeit durchgeführt. Die Gesamtkoordination gewährleistet einen reibungslosen und zwischen den Arbeitspaketen und Projektpartnern gut abgestimmten Ablauf sowie die erforderliche Kommunikation, das Controlling und das Finanzmanagement. Die Öffentlichkeitsarbeit umfasst die Einrichtung eines Internetauftritts, die Durchführung von Veranstaltungen sowie Maßnahmen zur Veröffentlichung wie Artikel und Vorträge. Ein weiteres Arbeitspaket umfasst das gesamte Flächenmanagement und die Beerntung sowie die Optimierung der Pilot-Sites und Intensivmessstandorte in Niedersachsen. Hierfür wird die Infrastruktur und die Flächen in Norddeutschland zur Verfügung gestellt: Großflächige 'Pilot Sites' und 'Intensivmessstandorte'. Die Untersuchungen zur Biodiversität in Niedersachsen sowie die Gesamtbeurteilung bez. der Biodiversität aller Standorte (Bayern und Niedersachsen) werden koordiniert. Der Schwerpunkt dieses Vorhabens liegt auf der Nachhaltigkeit der gesamten Produktionskette vom Anbau bis zur Verwertung. Für stoffliche Verwertungskonzepte wird in diesem Teilvorhaben das Arbeitspaket regionale Nutzungsketten bearbeitet und es werden praxisnahe Untersuchungen durchgeführt. Drei Verwertungslinien werden gemeinsam mit Partnern aus der Wirtschaft und der Wissenschaft erprobt: Bioraffination, Faserspritzguss sowie Spritzguss und 3D-Druck.

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