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Satellitengestützte Echtzeitüberwachung und Risikoabschätzung des Waldzustandes, Teilvorhaben 2: Satellitengestütztes Monitoring

Neue Ansätze in digitalem Wald-Monitoring, Aufbereitung und der digitalen Bereitstellung von räumlich und zeitlich hochaufgelösten Daten zu Wuchsleistung, Stress, und Waldschäden sind dringend erforderlich, um die Auswirkungen mehrerer und kombinierter Stressfaktoren auf das Funktionieren von Waldökosystemen und den damit verbundenen Ökosystemleistungen besser und auch schneller beurteilen zu können. Das Verbundvorhaben WALD-Puls setzt sich aus zwei integrierten Teilvorhaben zusammen. Ziel des ersten Teilvorhabens ist die Entwicklung und Erprobung eines Wald-Monitoring Systems, das in Nahe-Echtzeit und räumlich verteilt boden- als auch satellitengestützte Daten sammelt und verknüpft, um dadurch die Risikoabschätzung zu verbessern und langfristige Projektionen zu unterstützen - von der Wurzel bis zur Krone - vom Einzelbaum zum Bestand - vom Bestand zum Waldökosystem. Ziel des zweiten Teilvorhabens ist den bereits bestehenden Waldzustandsmonitor (WZM) bzgl. der räumlichen Auflösung und der zeitlichen Latenz zu verbessern, zusätzliche Produkte einschließlich Frühwarnindikatoren bereitzustellen um darauf basierend ein deutschlandweites, digitales Waldzustandsmonitoring aufzubauen. Beide TVs sollen durch ein integratives Arbeitspaket schließlich miteinander verknüpft werden, um durch iterative Optimierung maximale Synergien zu erzielen. Den traditionellen Blick von unten in die Baumkronen wird in WALD-Puls um den informierten Blick von oben erweitert. Echtzeitdaten des Baumwachstums werden mit Satellitendaten verschnitten, ermöglichen eine flächenhafte, hochaufgelöste Risikobewertung und werden direkt über eine Web-Plattform und ein gekoppeltes, automatisiertes Frühwarnsystem (z.B. SMS) Waldbewirtschafter*innen und anderen Interessent*innen zur Verfügung gestellt.

Satellitengestützte Echtzeitüberwachung und Risikoabschätzung des Waldzustandes

Neue Ansätze in digitalem Wald-Monitoring, Aufbereitung und der digitalen Bereitstellung von räumlich und zeitlich hochaufgelösten Daten zu Wuchsleistung, Stress, und Waldschäden sind dringend erforderlich, um die Auswirkungen mehrerer und kombinierter Stressfaktoren auf das Funktionieren von Waldökosystemen und den damit verbundenen Ökosystemleistungen besser und auch schneller beurteilen zu können. Das Verbundvorhaben WALD-Puls setzt sich aus zwei integrierten Teilvorhaben zusammen. Ziel des ersten Teilvorhabens ist die Entwicklung und Erprobung eines Wald-Monitoring Systems, das in Nahe-Echtzeit und räumlich verteilt boden- als auch satellitengestützte Daten sammelt und verknüpft, um dadurch die Risikoabschätzung zu verbessern und langfristige Projektionen zu unterstützen - von der Wurzel bis zur Krone - vom Einzelbaum zum Bestand - vom Bestand zum Waldökosystem. Ziel des zweiten Teilvorhabens ist den bereits bestehenden Waldzustandsmonitor (WZM) bzgl. der räumlichen Auflösung und der zeitlichen Latenz zu verbessern, zusätzliche Produkte einschließlich Frühwarnindikatoren bereitzustellen um darauf basierend ein deutschlandweites, digitales Waldzustandsmonitoring aufzubauen. Beide TVs sollen durch ein integratives Arbeitspaket schließlich miteinander verknüpft werden, um durch iterative Optimierung maximale Synergien zu erzielen. Den traditionellen Blick von unten in die Baumkronen wird in WALD-Puls um den informierten Blick von oben erweitert. Echtzeitdaten des Baumwachstums werden mit Satellitendaten verschnitten, ermöglichen eine flächenhafte, hochaufgelöste Risikobewertung und werden direkt über eine Web-Plattform und ein gekoppeltes, automatisiertes Frühwarnsystem (z.B. SMS) Waldbewirtschafter*innen und anderen Interessent*innen zur Verfügung gestellt.

Standardisiertes Monitoring von Wachstumsreaktionen wichtiger Waldbaumarten auf klimatische Extremereignisse, Teilvorhaben 2: Bodenhydrologie und Modellierung

Hauptziel von TV2 ist die Entwicklung eines neuartigen, standardisierten Monitoringsystems für Waldökosysteme, welches die Vorteile bereits bestehender Messsysteme kombiniert und diese zu einer integrierten Station zur Echtzeiterfassung von Wachstumsreaktionen und Stress optimiert. Das System ist modular aufgebaut und ergänzt das bestehende kabellose bodenhydrologische SoilNet (HydroModul) mit einem KlimaModul, einem neuartigen DendroModul und einem neuartigen StrahlungsModul. Das System umfasst Sensoren zur Erfassung meteorologischer Kenngrößen, Saftfluss, Stammzuwachs, Bodenwasser sowie hochaufgelöster spektraler Strahlungsdaten. Ziel ist die Optimierung der Handhabung, Haltbarkeit, Kompatibilität und Echtzeit-Datenübertragung, sowie des Stromverbrauchs und der Kosten. Ein weiteres Ziel ist es, den Wasserhaushalt verschiedener Waldökosysteme zu charakterisieren Hierfür werden die wichtigsten Wasserhaushaltskomponenten über eine Kombination von Modellierung und Datenassimilationsverfahren für den Messzeitraum simuliert. Zur Simulation dieser Wasseraustauschprozesse wird das CLM5-Modell verwendet, welches explizit den Wassertransport durch die Vegetation unter Berücksichtigung des Boden-, Baumwasserpotenzials und des aktuellen Transpirationsbedarfs simuliert. Dadurch können Messungen des Matrixpotenzials und des Saftflusses über Datenassimilation direkt mit dem Modell verknüpft werden, um die Modellparameter zu aktualisieren. Die geschätzten Parameter für Baum- und Ökosystemtypen werden für großräumigere Simulationen verwendet, deren Ergebnisse dann mit Fernerkundungsvariablen verifiziert werden können. Weiterhin übernimmt TV2 die Aufgabe der Entwicklung einer Dateninfrastruktur und des Datenmanagements für das Projekt. Die Sensordaten werden von jeder Messstation per Funk an einen virtuellen Cloudserver übertragen, um eine automatisierte Verarbeitung (z.B. Datenkonvertierung und -integration) und einer Echtzeitbereitstellung von Messdaten zu ermöglichen.

Untersuchung der Auswirkungen unterirdischer hydrologischer Prozesse und interindividueller Interaktionen auf den Wasserstress von Bäumen durch gekoppelte ökohydrologische-pflanzenhydraulische Modellierung

Wie das jüngste dürrebedingte Waldsterben und der Waldwachstumsrückgang in Europa und auf der ganzen Welt zeigen, hat der Klimawandel verheerende Auswirkungen auf die Waldökosysteme. Daher werden dringend neue Strategien zur Stabilisierung bestehender Wälder benötigt. Eine zentrale Herausforderung für die Waldbewirtschaftung besteht darin, dass die meisten Vorhersagen zur Abschätzung des Trockenstresses in Wäldern auf vereinfachten Ansätzen auf der Bestandsebene beruhen, wodurch verschiedene potenziell wichtige unterirdische Prozesse vernachlässigt werden. In diesem Projekt werden die Auswirkungen zweier solcher unterirdischer Prozesse—(i) die Dynamik des tiefen Wassers und (ii) die Artenmischung—auf die Widerstandsfähigkeit von Waldökosystemen gegenüber Wasserstress mit Hilfe eines gekoppelten ökohydrologisch-pflanzenhydraulischen Modells untersucht, das durch Felddaten zu stabilen Wasserisotopen, Wasserstress der Bäume und Saftfluss, die in diesem Projekt gesammelt wurden, sowie durch Synergien mit laufenden Projekten aus Deutschland und Frankreich ergänzt wird. Die Innovation dieses gekoppelten Modells besteht darin, dass der Schwerpunkt auf trockenheitsbedingten Prozessen in den Pflanzen und im Boden liegt. Das Projekt besteht aus vier Arbeitspaketen (APs), die von vier Arbeitsgruppen (zwei in Deutschland und zwei in Frankreich) geleitet werden. Das erste AP wird stabile Wasserisotopenmessungen nutzen, um unterirdische Prozesse im Feld zu untersuchen. Diese Messungen werden zur Information und Validierung der Berechnungsmodelle verwendet, die im zweiten und dritten Arbeitspaket entwickelt werden. Darüber hinaus werden Daten, die im Rahmen laufender Forschungsprojekte gesammelt wurden, für die Modellierung herangezogen. Das zweite AP wird ein ökohydrologisches und ein pflanzenhydraulisches Modell miteinander koppeln, um die topographischen Einflüsse auf das tiefe Wasser in einer räumlich verteilten Weise zu untersuchen. Das dritte AP wird ein pflanzenhydraulisches Multispeziesmodell entwickeln, um die Auswirkungen der Artenmischung auf die Widerstandsfähigkeit der Wälder gegen Trockenheit zu untersuchen. Schließlich wird das vierte AP eine detaillierte modellgestützte Fallstudie in den Vogesen, Frankreich, durchführen, wo sowohl topografische Einflüsse als auch interindividueller Wettbewerb eine wichtige Rolle für die Muster der Baumsterblichkeit spielen dürften. Das Projekt wird wertvolle Einblicke in zwei bisher wenig erforschte Komponenten der Widerstandsfähigkeit von Wäldern gegen Trockenheit liefern und mit dem gekoppelten ökohydrologisch-pflanzenhydraulischen Modell ein neuartiges Instrument für zukünftige Trockenheitsstudien bereitstellen. Außerdem erwarten wir, dass dieses Projekt die Zusammenarbeit zwischen den französischen und deutschen Gruppen stärkt, was zu künftigen gemeinsamen Forschungsanstrengungen führen soll.

Grundlagenforschung zur Ausnutzung hydrodynamischer Effekte zur Verringerung des Membranfoulings durch die Einführung spezieller Anordnungen neuartiger Feed-Spacer-Geometrien in Kombination mit unregelmäßigen Membranoberflächenmustern

Umkehrosmose- (UO) und Nanofiltrationsmembranen (NF) sind bekannt für ihre hohe Selektivität gegenüber gelösten Stoffen und neu auftretenden Schadstoffen, die in verschiedenen Wassertypen vorhanden sind. Elemente mit spiralförmig gewickelten Membranen sind die am häufigsten verwendete Membrankonfiguration in UO/NF-Anlagen. Sie bestehen aus mehreren Taschen aus Dünnschichtverbundmembranen (TFC), einem Permeatrohr sowie Spacer (Abstandshalter) für Permeat (Produkt) und Feed (Zulauf). Feed-Spacer bilden einen Strömungskanal zwischen zwei benachbarten Taschen. Sie spielen eine wesentliche Rolle für die Flüssigkeitscharakteristika innerhalb der Feed-Strömungskanäle und folglich bei der Beeinflussung der Querströmungsgeschwindigkeit und des Druckabfalls. Dies beeinflusst Membranverschmutzung (Fouling) und Energieverbrauch und damit die Betriebskosten. Feed-Spacer sind vorteilhaft, um den Massentransport, die Fluidmischung und die Scherrate zu verbessern, was die Konzentrationspolarisation (Ansammlung zurückgehaltener Stoffe in einer Grenzschicht nahe der Membranoberfläche) und das Scaling (Überschreiten des Löslichkeitsgleichgewichts von Salzen) mildern sollte. Es wird jedoch auch beobachtet, dass Spacer zu Zonen mit schlechtem Massentransport führen, in denen dann partikuläres Fouling und Biofouling verstärkt auftreten. Die Nutzung von synergetischen Einflüssen einer Oberflächen-Mikrostrukturierung der Membran (regelmäßiges Muster im Mikro- oder Nanometerbereich auf der aktiven Seite) sowie des Designs und der Ausrichtung der FeedSpacer kann potenziell eine Flüssigkeitsmischung fördern und den Massentransport durch eine erhöhte Scherrate an der Membranoberfläche und in den Feed-Spacer-Strukturen verbessern. Dies mildert die Adhäsion von Partikeln und Biofouling erheblich, reduziert die Konzentrationspolarisation und erhöht somit den durchschnittlichen Permeatfluss und den für das Einsetzen von Fouling kritischen Fluss. Bisher wurden das Partikelablagerungsverhalten und die Neigung zu Biofouling in mit Spacern gefüllten Kanälen oberflächenstrukturierter TFC-Membranen weder in theoretischen (Simulation) noch experimentellen Studien untersucht. Das vorgeschlagene Forschungsprojekt soll das Verständnis grundlegender Design- und Betriebsaspekte im Hinblick auf neue und innovative Entwicklungsansätze fördern. Basierend auf experimentell ermittelten räumlichen Verteilungen von Partikeln und Biofoulants in Feed-Spacern soll die Topographie der Membranoberfläche an die Geometrie der Feed-Spacer angepasst und spezifisch gestaltet werden. Dies führt zu einer neuen Generation maßgeschneiderter Membrantaschen, die verbesserte Trennleistung und Antifouling-Eigenschaften aufweisen. Dieses neue Entwicklungskonzept wird eine Erhöhung der Prozesseffizienz und der Modullebensdauer sowie eine Verringerung des Energieverbrauchs bewirken und damit nachhaltigere und kostengünstigere Wasserreinigungsprozesse ermöglichen.

Nachhaltigkeitsbewertung der Bewässerungslandwirtschaft: Rebound-Effekte im halbtrockenen Usbekistan

Hauptziel des Projektantrages ist die Untersuchung der Nachhaltigkeit der Bewässerungslandwirtschaft in den semiariden Regionen Usbekistans durch die Bewertung neuer wassersparender Technologien und ihrer Rebound-Effekte mit Fokus auf Belastungen durch den Klimawandel. Das spezifische Ziel besteht darin, die Auswirkungen der Einführung wasser- und energiesparender Bewässerungstechnologien zu untersuchen und mögliche Rebound-Effekte zu quantifizieren. Die spezifischen Projektaktivitäten sind in vier Arbeitsprogramme gegliedert: (1) Bestandsaufnahme und vorbereitende Arbeiten - eine allgemeine Analyse der aktuellen Situation bei der Einführung von Bewässerungstechnologien und Auswahl von Fallstudien; (2) Dokumentation und Bewertung von wasser- und energiesparenden Technologien; (3) Untersuchung einer Ex-ante-Folgenabschätzung für ein nachhaltiges Wasser- und Energiemanagement, einschließlich möglicher Rebound-Effekte sowie Projektionen für die Zukunft mit Stakeholdern; (4) Synthese und Validierung der Ergebnisse der Folgenabschätzung und Identifizierung von Schlüsselfaktoren für ein nachhaltiges Management von wasser- und energiesparenden Technologien. Innovative Ansätze, wie die Fuzzy-set qualitative comparative analysis (fsQCA) und das Water Evaluation and Planning System (WEAP)-Modell, werden für die Kontextanalyse eingesetzt und mit einer gut etablierten partizipativen Folgenabschätzungsmethode kombiniert.Das vorgeschlagene Forschungsprojekt wird einen Beitrag zu den Zielen der Initiative "Grünes Zentralasien" leisten, insbesondere im Hinblick auf eine effizientere Wassernutzung und bessere technische Lösungen. Eine kürzlich von der usbekischen Regierung ergriffene Initiative - die Verabschiedung der Strategie zur Entwicklung der Wasserressourcen 2020-2030, die vorsieht, dass bis 2030 wassersparende Bewässerungstechnologien auf 2 Mio. ha (ca. 50 % der gesamten bewässerten Fläche) installiert werden sollen - wird die Landwirte wahrscheinlich dazu ermutigen, diese Technologien einzusetzen. Allerdings können diese Reformen auch zu einem Anstieg des Wasser- und Energieverbrauchs bei der Nahrungsmittelproduktion führen. Es gibt immer mehr Belege dafür, dass Effizienzverbesserungen bei der Bewässerungswassernutzung mit Rebound-Effekten einhergehen können, d.h. mit Verhaltensänderungen bei Landwirten und Verbrauchern, die die erwarteten Ressourceneinsparungen ganz oder teilweise ausgleichen. Daher sollten die Forschungsergebnisse zum Ex-ante-Wasserverbrauch und zur Rehabilitierung und Erhaltung der Bodengesundheit in den Trockengebieten Usbekistans evidenzbasiertes Wissen über die beabsichtigte und tatsächliche Nachhaltigkeit von neu installierten wasser- und energiesparenden Technologien liefern.

Forschergruppe (FOR) 5095: Interaktionen von Schadstoffen, Antibiotikaresistenz und Pathogenen in einem sich ändernden Abwasserbewässerungssystem, Teilprojekt: Evolution and Selektion von resistenten Bakterien in in der Gegenwart von subinhibitorischen Konzentrationen von Mikroschadstoffen

Die Nutzung von Abwasser für die Bewässerung in der Landwirtschaft ist eine Möglichkeit knappe Wasserressourcen effizienter zu nutzen. Wegen der damit verbundenen Gesundheitsrisiken werden zurzeit vielerorts Kläranlagen zur Abwasserbehandlung vor der Bewässerung in Betrieb genommen, so auch im Valle Mezquital in Mexiko. Die zentrale Hypothese der FOR 5095 ist, dass die Implementierung einer konventionellen Abwasserbehandlung in etablierten Bewässerungssystemen, die bisher unbehandeltes Abwasser genutzt haben, mit bislang unvorhergesehenen Risiken verbunden ist. Diese Risiken ergeben sich i) aus der Remobilisierung der in der Vergangenheit im Boden akkumulierten Schadstoffe, die ii) zu Schadstoffkonzentrationen in Böden und Pflanzen führen, die eine (Ko-)Selektion von Antibiotikaresistenzen bewirken, wobei iii) Freisetzung und Konzentrationen von Schadstoffen sowie die Selektion von Antibiotikaresistenzen vom Bodentyp abhängen. SP 3 führt dazu Kompetitionsexperimente zwischen resistenten und empfindlichen Bakterienstämmen durch, um zu ermitteln, welche minimalen Antibiotika- (Ciprofloxacin, verschiedene MLSB-Antibiotika, Sulfamethoxazol, Trimethoprim) und Biozid-Konzentrationen (quartäre Ammoniumverbindungen) resistenten Stämmen einen Selektionsvorteil bieten und wie Kombinationen verschiedener Substanzen wirken. Diese Versuche finden in Nährlösungen und verschieden filtrierten wässrigen Extrakten mexikanischer Böden (Vertisol, Leptosol und Phaeozem) (Kooperation mit SP 1) statt, um den Einfluss von suspendierten Kolloiden und anderen Inhaltsstoffen auf die Wirksamkeit der Antibiotika und Biozide zu prüfen. Dazu verwenden wir Stammpaare von Acinetobacter baylyi, aber auch Escherichia coli- und Enterococcus faecium-Stämme mit Plasmiden, die im Laufe des Projektes von SP 4 und SP 5 aus den Böden isoliert werden. Die ermittelten minimalen selektiven Konzentrationen werden in die mathematische Modellierung des Verhaltens und der Effekte der Antibiotika und Desinfektionsmittel von SP 7 integriert. Transkriptom-Experimente zeigen mögliche Stressreaktionen der Bakterien auf die Antibiotika. Die Suche nach und Sequenzierung von resistenten Mutanten aus den Kompetitionsexperimenten werden zeigen, ob die Schadstoffkonzentrationen ausreichen, um resistente Mutanten zu selektieren. Darüber hinaus wird dieses Projekt die Antibiogramme der isolierten fakultativ pathogenen Stämme aus SP 4, SP 5 und besonders SP 6 gegenüber klinisch relevanten Antibiotika bestimmen, um zu untersuchen, ob sich in Böden mit hohen bioverfügbaren Antibiotikakonzentrationen oder sogar auf den dort kultivierten Pflanzen fakultativ pathogene Bakterien mit Multiresistenzplasmiden anreichern, die klinisch hochrelevante Resistenzen (z. B. gegen Carbapeneme, Colistin) vermitteln. So leistet SP 3 einen entscheidenden Beitrag zu einem Verständnis der Interaktionen zwischen Schadstoffen, Antibiotikaresistenz und pathogenen Bakterien in einem sich ändernden Abwasserbewässerungssystem.

Diagnostische Roggen-Ionomik

Das funktionelle Ionom einer Pflanze beschreibt ihre elementare Zusammensetzung hinsichtlich der essentiellen Pflanzennährstoffe. Funktionelle Ionome von Pflanzen werden durch Umweltfaktoren, einschließlich Nährstoffmangel und Wasserversorgung, beeinflusst und sind artenspezifisch. Dies ist auf die artenspezifische Aufnahme, Speicherung und Remobilisierung von Nährstoffen zurückzuführen. Die Charakterisierung funktioneller Ionome bildet die Grundlage für diagnostische Anwendungen in der Jugendentwicklung der Pflanzen, sowohl im Pflanzenbau als auch in der Pflanzenzüchtung. Obwohl kürzlich für einige Kulturarten funktionelle Ionome für spezifische Nährstoffmängel etabliert wurden, ist wenig über die Auswirkung von zeitgleichem Trockenstress bekannt. Diese Wissenslücke ist zunehmend relevant, da der Einsatz von Mineraldüngern in der Pflanzenproduktion zunehmend beschränkt wird und durch den Klimawandel häufiger Trockenperioden auftreten. Es wurden noch keine diagnostischen Ionome von Roggen (Secale cereale L.) charakterisiert, obwohl Roggen häufig auf Böden mit geringer Verfügbarkeit von Wasser und von Nährstoffen, wie Stickstoff (N), Phosphor (P) und Kalium (K), angebaut wird. Das Ziel des hier vorgeschlagenen Projekts ist es, diese Lücken zu schließen. In diesem Projekt werden für Roggen erstmals diagnostische Ionome für die Nährstoffmängel N, P und K unter gegensätzlicher Wasserversorgung definiert. Durch chemische Analysen einzelner Pflanzenorgane und die hochauflösende, räumliche Quantifizierung von Nährstoffen in verschiedenen Blattgeweben wird unser Verständnis über die zugrundeliegenden Prozesse, die zu charakteristischen Ionomen führen, grundlegend erweitert. Dafür werden zunächst Versuche unter kontrollierten Umweltbedingungen durchgeführt. Die Grundlagenkenntnisse werden anschließend unter Feldbedingungen validiert. Es wurden vier Dauerfeldversuche auf der Thyrower Versuchsstation der Humboldt-Universität zu Berlin identifiziert, in denen durch jahrzehntelange differenzierte Düngung spezifische Nährstoffmängel induziert wurden. Die vier Dauerfeldversuche können durch gemeinsame Prüfglieder versuchsübergreifend statistisch ausgewertet werden. Neben chemischen Pflanzenanalysen sind in den Feldversuchen detaillierte Bodenuntersuchungen geplant. Dies ermöglichet die Validierung der neu etablierten diagnostischen Ionome mit und ohne begleitenden Trockenstress. Zusammenfassend wird dieses Projekt unser Grundlagenverständnis hinsichtlich der Aufnahme, Speicherung und Remobilisierung von Nährstoffen unter verschiedenen Umweltbedingungen anhand einer unterforschten aber zukunftsrelevanten Kulturart erweitern. Die neu gewonnenen, mechanistischen Erkenntnisse werden anschließend validiert und bilden somit eine solide Grundlage für Anwendungen im Pflanzenbau und in der Pflanzenzüchtung.

Abrupte Veränderungen von Süßwasserökosystemen unter Einwirkung von multiplen Stressoren wie steigenden Temperaturen, Nährstoffen und Pestiziden

Flache Süßwasser-Lebensräume bieten wichtige Ökosystem-Funktionen, sind aber von multiplen Stressoren bedroht. Während die Reaktion auf den globalen Klimawandel wahrscheinlich eher graduell ist, sind abrupte Veränderungen möglich, wenn kritische Schwellenwerte durch zusätzliche Effekte lokaler Stressoren überschritten werden. Die Analyse dieser Effekte ist komplex, da Stressoren additiv, synergistisch oder antagonistisch wirken können. CLIMSHIFT zielt auf ein mechanistisches Verständnis von Stressor-Interaktionen, die auf flache aquatische Ökosysteme wirken. Diese sind aufgrund ihrer hohen Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnisse, der großen Ufer-Grenzfläche und der Grundwasser-Konnektivität besonders anfällig für Klimaerwärmung und Stoffeinträge aus landwirtschaftlichen Einzugsgebieten. Die komplexen Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Primärproduzenten sowie assoziierten Konsumenten führen zum Auftreten stabiler Regime, und multiple Stressoren können nichtlineare Übergänge zwischen diesen Regimen auslösen, mit weitreichenden Folgen für entscheidende Ökosystemprozesse und -funktionen. Unsere Haupthypothese ist, dass erhöhte Temperaturen die negativen Auswirkungen der landwirtschaftlichen Stoffeinträge, die Nitrat, organische Pestizide und Kupfer enthalten, verstärken. Submerse Makrophyten, Periphyton und Phytoplankton als Primärproduzenten werden kombiniert mit Schnecken, die Periphyton und Pflanzen fressen, sowie benthischen und pelagischen Phytoplankton-Filtriern, Dreissena und Daphnien. Wir testen unterschiedliche Expositionsszenarien auf zwei räumlichen Skalen, Mikrokosmen im Labor und Mesokosmen im Freiland, um Effekte auf individueller, gemeinschaftlicher und ökosystemarer Ebene zu verstehen. Während des gesamten Projekts werden die Experimente durch Modellierungen ergänzt, um kritische Schwellwerte zu simulieren und Stress-Interaktionen vorherzusagen. Die Modellentwicklung wird in Zusammenarbeit mit allen Arbeitspaketen durchgeführt, um empirische Ergebnisse zu integrieren, unterschiedliche räumliche und zeitliche Skalen zu verknüpfen und Ergebnisse zu extrapolieren. Wir erwarten, dass kombinierte Stressoren zu plötzlichen Verschiebungen der Gemeinschaftsstruktur führen. Submerse Makrophyten werden voraussichtlich durch Phytoplankton oder benthische Algen ersetzt, mit Konsequenzen für wichtige Ökosystemfunktionen. Die Stärke unseres Antrages liegt darin, dass ökotoxikologische Stressindikatoren der Organismen wie Wachstum und Biomarker mit funktionalen Gemeinschafts-/Ökosystemansätzen kombiniert werden, die den Metabolismus und die Dynamik des Ökosystems betrachten. Das kombinierte Know-how von 5 Laboren mit komplementärem Fachwissen und allen notwendigen Einrichtungen wird die spezifische Projektfähigkeit sicherstellen. Unsere Ergebnisse sollen dazu beitragen, safe operating spaces/sichere Handlungsräume für eine nachhaltige Landwirtschaft und das Management von flachen aquatischen Ökosystemen in einer sich verändernden Welt zu definieren.

Forschergruppe (FOR) 2332: Temperature-related stresses as a unifying principle in ancient extinctions (TERSANE), Teilprojekt: Die Rolle von Hyperthermie im Massenaussterben an der Perm/Trias-Grenze

Wir wollen die Rolle von Hyperthermie im Massenaussterben an der Perm/Trias-Grenze, der größten biotischen Krise in der Erdgeschichte, verstehen. Trotz ihrer erheblichen Bedeutung für die Evolution des Lebens werden die auslösenden Mechanismen für diese Krise noch immer sehr kontrovers diskutiert. Dieses Massenaussterben ist das gravierendste vergangene Beispiel einer durch Klimaveränderungen, besonders durch globale Erwärmung, ausgelöste Krise. Sie kann daher als ein Analogon für die Reaktion der Biodiversität auf die zukünftige anthropogene Klimaänderung angesehen werden. Wir schlagen hier ein Forschungsprojekt vor, in welchem die Konsequenzen von Stress durch Erwärmung während des end-Permischen Massenaussterbens und der Erholung in der frühen Trias untersucht wird. Wir wählen die Ostracoden als Modell-Organismen für simultane Untersuchungen ihrer Evolutionsgeschichte und ihrer Reaktion auf Klimaveränderungen (besonders hinsichtlich der Erwärmung am Perm/Trias-Grenzintervall). Die zu untersuchenden Aufschlüsse liegen im Nordwest-Iran (Region von Julfa), Zentraliran (Region von Abadeh) und dem Zagros-Gebirge (Region von Esfahan); diese Regionen repräsentieren Tiefschelf- bis Flachwasser-Habitate. Unsere Studie wird die Untersuchung von Isotopengeochemie (Analysen von delta13C und delta18O) unter Anwendung der SIMS-Technologie von Ostracodenschalen beinhalten. Außerdem werden die Ostracoden-Vergesellschaftungen hinsichtlich ihrer taxonomischen Diversität, morphologischen Disparität, Grad des Endemismus, Veränderungen in der Größe der Individuen usw. untersucht.

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