Integrierte Umweltbeobachtung mit Messerhebungen zum Klima, Bodensubstrat, Bodenwasser, Deposition, Grundwasser.
Die kürzlich beendete IODP Exp. 385 (Guaymas Basin Tectonics and Biosphere, Sept.-Nov. 2019) bohrte acht Stellen im Guaymas Basin, einem jungen Rift Becken im Golf von Kalifornien, das sich durch aktiven Vulkanismus und hohe Ablagerungsraten von organisch reichen Sedimente auszeichnet, bedingt durch die hohe Primärproduktivität im darüber liegenden Wasser, sowie dem starken Eintrag von terrigenen Sedimenten. Die Expedition erbohrte Kerne mit organisch reichen Sedimenten die von vulkanischen Sills unterbrochen werden. Die Mikrobiologie war eines der zentralen Forschungsthemen dieser Expedition. Ein großer Probensatz zur Quantifizierung von Sulfatreduktionsraten, dem quantitativ wichtigsten Elektronenakzeptorprozess in marinen Sedimenten, wurde gesammelt und befindet sich nun am GFZ. Das vorgeschlagene ThermoSill-Projekt wird sich zunächst auf die allgemeinen Eigenschaften der mikrobiellen Sulfatreduktion in diesen Kernen sowie auf die Auswirkungen von Druck und Temperatur konzentrieren. Die Bohrkerne wiesen sehr unterschiedliche geothermische Gradienten von 200 bis über 800 Grad C / km auf, und die an Bord gemessenen geochemischen Daten weisen bereits auf eine große Vielfalt biogeochemischer Prozesse hin. In Tiefseesedimenten, insbesondere solchen, die solche in großer Sedimenttiefe und daher hoher in-situ Temperatur, sind organische Substrate wie kurzkettige organische Säuren im Allgemeinen ein begrenzender Faktor. Da die Sedimente im Guaymas-Becken hydrothermal beeinflusst werden, liefert die thermogene Aufspaltung von makromolekularen organischen Substanzen im Sediment reichlich mikrobielle Substrate. ThermoSill wird untersuchen, ob dieses große Angebot an Substraten zu einem bevorzugten Abbau bestimmter Substrate führt und damit wird damit einen Beitrag zum Verständnis der Prozesse an der oberen Temperaturgrenze des Lebens liefern. Besonderes Augenmerk wird auf die anaerobe Oxidation von Methan gelegt. Im letzten Teil des Projekts wird das Eindringen von Sills in Sedimente und der damit einhergehende Temperaturanstieg im umgebenden Sediment durch Heizexperimente simuliert. Diese Experimente werden von Pyrolyseexperimenten und kinetischen Modellen begleitet, um zu testen, ob eine solche kurzzeitige Erwärmung die mikrobielle Gemeinschaft über geologische Zeitskalen hinweg beeinflussen kann. Das vorgeschlagene Projekt ist direkt relevant für die Ziele der Expedition. Es ist auch eine Ergänzung zu einem laufenden Projekt, das die Auswirkungen von Druck und Temperatur auf die mikrobielle Sulfatreduktion in nicht hydrothermal beeinflussten Sedimenten aus dem Nankai-Trog (IODP. Exp. 370) untersucht.
Beim mikrobiellen Umsatz von organischen Verbindungen wird ein beträchtlicher Anteil des Kohlenstoffs zunächst zum Aufbau von Biomasse durch Bakterien genutzt. Diese Biomasse unterliegt nach ihrem Absterben wieder einem Abbau durch andere Mikroorganismen. In diesem Prozess werden Fragmente der abgestorbenen Zellen entweder selbst wieder zum Substrat für andere Organismen oder direkt in der Bodenmatrix festgelegt. Damit tragen sie substanziell zur Bildung der organischen Bodensubstanz (SOM) bei. Im Rahmen der geplanten Arbeiten sollen vorwiegend durch Markierungsexperimente mit stabilen und radioaktiven Isotopen die mikrobiellen Umsatzraten und die Bildung von Huminstoffen aus bakterieller Biomasse und fraktionierten Zellbestandteilen wie auch aus mikrobiellen Mineralisationsprodukten wie CO2 und NH4 in Modellböden des Schwerpunktprogrammes detailliert untersucht werden. Dazu wird die Transformation isotopisch markierter Biomassebestandteile (14C; 13C; 15N) in Bodenbioreaktoren untersucht. Die festgelegten und umgewandelten Produkte der markierten Biomasse sollen in den verschiedenen Partikel- und Huminstofffraktionen des Bodens bilanziert und mit isotopenchemischen und strukturchemischen Methoden charakterisiert werden. Damit können der stoffliche Beitrag der Biomasse an der Bildung von Huminstoffen im Boden bilanziert und Konversionsfaktoren sowie Raten für die Stoffverteilung abgeschätzt werden. Ergebnisse aus ersten Versuchen lassen zudem auf einen signifikanten Einbau von Kohlenstoff aus CO2 in die SOM schließen. Daraus könnte sich eine Neubewertung von Tracerexperimenten zur Bildung von gebundene Resten aus Xenobiotika ergeben. Im zweiten Schritt sollen Methoden zur Ermittlung der Struktur und Funktionalität der festgelegten Biopolymere entwickelt werden. Besonderes Augenmerk wird auf die Festlegung von Zellwandbestandteilen, Strukturproteinen und Nukleinsäuren gelegt.
Der Wechsel zwischen aerober und anaerober Stoffwechselprozesse in Böden findet überwiegend in Mikrohabitaten statt. Bodenaggregate stellen solche Mikrohabitate dar, in denen Sauerstoffverfügbarkeit durch Diffusionsbarrieren (wassergefülltes Porenvolumen) und die Sauerstoffzehrung durch mikrobielle Aktivität (Substrat) bestimmt wird. Ziel des Vorhabens ist es, auf mikroskaliger Ebene kritische Werte der Sauerstoffverfügbarkeit zu ermitteln, unter denen vorwiegend anaerobe Stoffwechselprozesse stattfinden. Dazu wird ein Durchflussmikrokalorimeter genutzt, in dem die unmittelbare Reaktion der mikrobiellen Aktivität auf stufenlos veränderbare Sauerstoffpartialdrücke bei einer gleichzeitigen Analyse von isotopenmarkierten Gasverbindungen (CO2, N2O, CH4) bestimmt werden kann. In Parallelansätzen in Mikrokosmen werden weitere wichtige Kenngrößen anaerober Stoffwechselprozesse wie organische Säuren und reduzierte Eisen- und Manganverbindungen ermittelt. Die Ergebnisse aus diesem Vorhaben sollen dazu beitragen, Prognosen über ablaufende Stoffwechselprozesse im Grenzbereich aerober und anaerober Zustände in Bodenaggregaten und bei natürlich oder anthropogen verursachten Veränderungen von Umweltbedingungen zu erstellen.
Die Bodenkarte von Schleswig-Holstein 1:25.000 stellt für ca. die Hälfte des Landes die Böden als Bodenformen dar. Jeder Fläche ist eine flächendominante Bodenform zugeordnet. Begleitböden werden nicht aufgeführt. Neben den Bodentypen enthält die Karte Angaben zur dominanten Substratgenese, zur Bodenartenschichtung, zum Bodenausgangsgestein und zur Grundwasserstufe sowie zu möglichen anthropogenen Veränderungen oder Besonderheiten. Die Böden werden bis 2m unter Geländeoberfläche beschrieben. Die Karte basiert auf analog erschienenen Einzelkartenblättern des Kartenwerks Bodenkarte 1:25.000 von Schleswig-Holstein. Dieses Kartenwerk ist im Laufe von über 50 Jahren Bodenkartierung in Schleswig-Holstein entstanden und in den letzten Jahren zu einer digitalen, blattschnittfreien Karte mit einer einheitlichen Legende entwickelt worden. Die Legende basiert auf der Bodenkundlichen Kartieranleitung (Ad-hoc-AG Boden 2005). Zu der Karte existiert eine umfangreiche Profildatenbank mit nutzungsdifferenzierten idealisierten Leitprofilen, die es dem Nutzer ermöglicht, viele eingeführte bodenkundliche Auswertungsmethoden (vgl. Methodendokumentation Bodenkunde 2000 mit Aktualisierungen 2012) anzuwenden.
Teil 1: Bodenverbesserung bei Pflanzflächen für Stauden und Gehölze: Nur in wenigen Fällen trifft der Garten- und Landschaftsbau auf Standorte, die eine Bepflanzung bzw. Nutzung ermöglichen, ohne dass eine Regeneration gestörter Böden eingeleitet bzw. unterstützt wird. Das breit gefächerte Aufgabenfeld des Garten- und Landschaftsbaus beinhaltet somit - gleichsam als Vorbedingung für die Gestaltung von Freiräumen aller Art - umfangreiche Maßnahmen zur Herstellung geeigneter Vegetationstragschichten, wobei vorwiegend organische Masse verwendet wird. Der sich hieraus ableitende, hohe Bedarf an organischer Substanz prädestiniert den GaLaBau für die Kompostanwendung, wodurch in diesem Bereich erhebliche Mengen pflanzlicher Abfallstoffe dem Naturkreislauf nutzbringend wieder zugeführt werden können. Untersucht wird der langfristige Einfluss einer Kompostgabe zur Bodenverbesserung bei der Pflanzung von Stauden und Gehölzen. Teil 2: Substratbestandteil für Lärmschutzwände, Pflanzcontainer und Rasengittersteine: Aufgrund geringer Kosten werden im Garten- und Landschaftsbau häufig lokal angebotene Oberbodengemische als Vegetationssubstrat favorisiert. Diese Gemische enthalten jedoch häufig Unkrautsamen oder austriebsfähige Pflanzenteile und unterliegen zudem einem deutlichen Volumenschwund, da in Folge der Verarbeitung des Bodens ein Fragmentgefüge geschaffen wird, das sich mittel- bis langfristig als wenig beständig erweist. Durch die auftretende Sackung werden die ursprünglich günstigen physikalischen Eigenschaften der Substrate (z.B. Wasserdurchlässigkeit, Luftkapazität) stark beeinträchtigt. Zudem erschwert die - je nach Herkunft- meist sehr unterschiedliche Beschaffenheit des Oberbodens die Standardisierung von Substratmischungen erheblich. Derartige Substrate sind somit wenig geeignet, um eine dauerhaft optimale Entwicklung der Begrünung sicherzustellen. Gegenstand der Untersuchungen ist der langfristige Einfluss zielgerichtet konzipierter Kompostsubstrate zur Begrünung von Lärmschutzwänden, Pflanzcontainern und Rasengittersteinen.
Die Eignung von Regenwasser in Zisternen (bei sachgemaesser techn. Ausfuehrung) ist fuer die Nutzungsarten WC-Spuelung, Gartenberegnung und Waeschewaschen nicht mehr umstritten. Aus diesem Grunde ist es sinnvoll die Dachablaufwaesser in Regenwassernutzungsanlagen (RWNA) zu sammeln und fuer o.g. Nutzungsarten zu verwenden. Auf diese Art kann teures Trinkwasser eingespart, das Kanalisationsnetz und die techn. Klaerwerke entlastet werden. In vielen Regionen der BRD reicht jedoch der Niederschlag fuer o.g. Nutzungsarten nicht aus, so dass eine Nachspeisung der Zisterne zwingend notwendig wird. Anstelle der Nachspeisung mit Trinkwasser koennte auch gereinigtes Grauwasser zum Einsatz kommen; Voraussetzung: es ist in seiner Beschaffenheit vergleichbar mit Regenwasser. Hauptproblem sind hierbei die hohen Konzentrationen von Tensiden, die ueber die Waschmittel in das Grauwasser gelangen. Ziel des Versuches ist es das Grauwasser mittels bepflanzten Bodenfiltern so gut zu Reinigen, dass die Grenzwerte der EU-RL ueber die Qualitaet der Badegewaesser eingehalten bzw. unterschritten werden koennen.
Dissolved organic matter (DOM) is one major source of subsoil organic matter (OM). P5 aims at quantifying the impact of DOM input, transport, and transformation to the OC storage in the subsoil environment. The central hypotheses of this proposal are that in matric soil the increasing 14C age of organic carbon (OC) with soil depth is due to a cascade effect, thus, leading to old OC in young subsoil, whereas within preferential flowpaths sorptive stabilization is weak, and young and bioa-vailable DOM is translocated to the subsoil at high quantities. These hypotheses will be tested by a combination of DOC flux measurements with the comparative analysis of the composition and the turnover of DOM and mineral-associated OM. The work programme utilizes a DOM monitoring at the Grinderwald subsoil observatory, supplemented by defined experiments under field and labora-tory conditions, and laboratory DOM leaching experiments on soils of regional variability. A central aspect of the experiments is the link of a 13C-leaf litter labelling experiment to the 14C age of DOM and OM. With that P5 contributes to the grand goal of the research unit and addresses the general hypotheses that subsoil OM largely consists of displaced and old OM from overlying horizons, the sorption capacity of DOM and the pool size of mineral-associated OM are controlled by interaction with minerals, and that preferential flowpaths represent 'hot spots' of high substrate availability.
Organic matter (OM) composition and dynamic in subsoils is thought to be significantly different from those in surface soils. This has been suggested by increasing apparent 14C ages of bulk soil OM with depth suggesting that the amount of fresh, more easily degradable components is declining. Compositional changes have been inferred from declining ä13C values and C/N ratios indicative for stronger OM transformation. Beside these bulk OM data more specific results on OM composition and preservation mechanisms are very limited but modelling studies and results from incubation experiments suggest the presence and mineralization of younger, 'reactive carbon pool in subsoils. Less refractory OM components may be protected against degradation by interaction with soil mineral particles and within aggregates as suggested by the very limited number of more specific OM analysis e.g., identification of organic compound in soil fractions. The objective of this project is to characterize the composition, transformation, stabilization and bioavailability of OM in subsurface horizons on the molecular level: 1) major sources and compositional changes with depth will be identified by analysis of different lipid compound classes in surface and subsoil horizons, 2) the origin and stabilization of 'reactive OM will be revealed by lipid distributions and 14C values of soil fractions and of selected plant-specific lipids, and 3) organic substrates metabolized by microbial communities in subsoils are identified by distributional and 14C analysis of microbial membrane lipids. Besides detailed analyses of three soil profiles at the subsoil observatory site (Grinderwald), information on regional variability will be gained from analyses of soil profiles at sites with different parent material.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 1976 |
| Land | 14 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 1964 |
| unbekannt | 14 |
| License | Count |
|---|---|
| geschlossen | 2 |
| offen | 1976 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 1849 |
| Englisch | 310 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 1 |
| Bild | 1 |
| Dokument | 1 |
| Keine | 1082 |
| Multimedia | 1 |
| Webdienst | 1 |
| Webseite | 896 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 1249 |
| Lebewesen und Lebensräume | 1482 |
| Luft | 870 |
| Mensch und Umwelt | 1978 |
| Wasser | 881 |
| Weitere | 1959 |