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Untersuchungen mit oben offenen Experimentierkammern zur Auswirkung bestimmter Luftschadstoffe auf Gesundheitszustand und Wachtstum von Forstpflanzen

Seit Beginn der 80er Jahre wird in der Ursachenforschung der Waldschaeden bestimmten Luftschadstoffen eine entscheidende Rolle beigemessen. Aus diesem Grund wurde von der Forstlichen Versuchs- und Forschungsanstalt Baden-Wuerttemberg ein Pilotprojekt begonnen. Ziel dieses Vorprojektes war die Entwicklung und Erprobung einer Grosskammer zur Untersuchung von Filterwirkung, Wintertauglichkeit und Kammerklima. Solche 'oben offenen Experimentierkammern' bieten die Moeglichkeit, Luftschadstoffe der Umgebungsluft auszuschliessen. Aus den Kontrollen mit den jeweiligen Freiluftbaeumen lassen sich dann Rueckschluesse auf die Auswirkungen der verschiedenen Schadstoffe ziehen. Dieses Pilotprojekt wurde im Muenstertal im Suedschwarzwald in 850 m ue NN durchgefuehrt. Die praktische Erprobung waehrend zweier Betriebsjahre zeigte einen weitgehend stoerungsfreien Kammerbetrieb. Die hoelzerne Konstruktion und die Folienbespannung widerstanden allen Belastungen durch Wind und Schnee. Lueftungs- und Filterungssystem arbeiteten befriedigend. Im Gegensatz zum technischen Kammerbetrieb bleiben die qualitativen Kammerbedingungen hinter den Erfordernissen zurueck. Eine wesentliche Abweichung von den Freilandbedingungen stellten die fehlenden Nebel- und Tauereignisse dar. Aus immissionsoekologischer Sicht entfielen hierdurch Depositionen, die fuer das aktuelle Schadensphaenomen der montanen Nadelvergilbung von besonderer Bedeutung sein koennten. Die nahezu lueckenlosen Messreihen der Klimawerte belegten ferner, dass die grundlegende Forderung nach einem freilandaehnlichen Kammerklima in den getesteten Kammern nur bedingt erfuellt werden konnte. Dies traf insbesondere fuer Luft- und Bodentemperaturen, fuer die relative Luftfeuchtigkeit und die Strahlungsverhaeltnisse zu. Aufgrund der beobachteten Klimaeffekte sowie des Fehlens wesentlicher immissionsoekologischer Feuchtefaktoren lassen die Testpflanzen sowohl kurz- als auch langfristig Wuchs- und Symptomreaktionen erwarten, die nicht mit denen des Freilandes vergleichbar sind. Unter diesen Bedingungen ist nur der Vergleich von Kammer zu Kammer statthaft. Die Durchfuehrung spezieller Kurzzeitexperimente (zB waehrend einer Vegetationsperiode) mit den Behandlungsvarianten Rein- und Umgebungsluft scheiterte an der relativ geringen Luftschadstoffbelastung des Projektstandortes. Gegen Langzeit-Experimente sprachen die nicht vergleichbaren Wachstumgsbedingungen innerhalb und ausserhalb der Kammern. Um uebertragbare Kammerergebnisse zu erzielen, muessten kostenintensive Optimierungsmassnahmen vorgenommen werden. Vorrangige Verbesserungen waeren im Bereich der Lichtbedingungen und der Temperaturreduktion angezeigt. Die Steuerungsgruppe kam zu dem abschliessenden Ergebnis, dass das Projekt im Vorprojektstadium abgeschlossen und am Standort 'Muenstertal' nicht in ein langfristiges Abschlussprojekt uebergeleitet werden sollte.

SO2- und NO2-Belastung landwirtschaftlicher Kulturpflanzen

Im Rahmen der Diskussion um die Immissionsbelastung unserer Waelder wurde bekannt, dass auch annuelle Pflanzen unter diesen Immissionen durch diese Immissionen geschaedigt werden. Es ist das Ziel der geplanten experimentellen Arbeit, den Wahrheitsgehalt des Hinweises zu ueberpruefen. Als Versuchspflanze dient zunaechst Weizen.

Eignung von Phragmites als nachwachsender Rohstoff

Die oekologische Versuchsfarm des Instituts fuer Oekologie der Pflanzen im ariden Suedwesten Afrikas wird von einem Salzfluss durchschnitten, dessen Flussbett und Flussufer auf ca 10 km Laenge und 200 m Breite von dichten Phragmites-Bestaenden bewachsen wird. An diesen Bestaenden werden produktionsbiologische Untersuchungen durchgefuehrt mit dem Ziel, die Eignung von Phragmites australis als nachwachsender Rohstoff zu charakterisieren.

Entwicklung eines innovativen umweltschonenden Bekämpfungsverfahrens von Psylliden im Obstbau mittels RNA-Interferenz

Zielsetzung: Psylliden (Blattsauger) sind für den Obstbau in zweifacher Hinsicht ein Problem: zum einen können Birnblattsauger Primärschäden durch ihre Saugtätigkeit verursachen, zum anderen sind Psylliden effektive Überträger wirtschaftlich bedeutender Phytoplasmosen (Apfeltriebsucht, Birnenverfall, Europäische Steinobstvergilbung) im Kern- und Steinobst. Die Ausbreitung dieser Krankheiten kann nur durch die Bekämpfung der Überträger eingedämmt werden. Die Birnblattsauger werden seit den 60er-Jahren massiv mit Insektiziden bekämpft, jedoch endet die Zulassung für die letzten systemischen Mittel 2025. Im deutschen Erwerbsanbau und im europäischen Ökolandbau gibt es bereits keine zugelassenen Mittel mehr gegen die Phytoplasma-übertragenden Sommerapfel- und Pflaumenblattsauger. Der umweltpolitisch gewollte Wegfall wirksamer Insektizide wird daher zu einem existenzbedrohenden Problem im Obstbau, was das Verschwinden von Obstkulturen mit hoher Biodiversität zur Folge hat. Innovative und nachhaltige Ansätze sind erforderlich, um die Schädlingsprobleme der Gegenwart und Zukunft zu managen und den ökologisch wertvollen Obstbau zu erhalten. Es wurde bereits gezeigt, dass die RNA Interferenz (RNAi), ein natürlicher Mechanismus zur Stilllegung von Genen in Pflanzen, Tieren und Pilzen, als neuer Wirkmechanismus für exogen applizierte doppelsträngige (ds) RNA-Moleküle zur Bekämpfung von Insekten dienen kann. Auch Psyllidenarten wie die Asiatische Zitrus-Psyllide sind für RNAi empfänglich. Mit entsprechend designten dsRNA-Molekülen können die Schadinsekten spezifisch bekämpft werden, ohne die bei anderen Pestiziden üblichen non-target-Effekte, und mit vernachlässigbarer Umweltbelastung, da RNA-Moleküle biologisch leicht abbaubar sind. Ziel des Projektes ist es daher, am Beispiel von Psylliden die Grundlagen für eine auf RNAi basierende spezifische und umweltschonende Bekämpfungsmethode zu entwickeln. Hierzu sollen zunächst dsRNAs gegen Targetgene der betreffenden Psylliden produziert und deren Wirksamkeit in in vitro Fütterungsversuchen untersucht werden. Diese dsRNAs sollen dann mittels Stammapplikation oder Wurzelaufnahme in Testpflanzen eingebracht und die Aufnahme dieser dsRNAs durch die saugenden Psylliden untersucht werden. Hierfür muss die dsRNA in eine Formulierung gebracht werden, welche sie für den Einsatz ausreichend stabilisiert, ohne ihre Wirksamkeit in der Pflanze einzuschränken. Zu diesem Zweck werden Verkapselungstechniken mit unterschiedlichen Materialien erprobt.

Wiederansiedlung vom Aussterben bedrohter Pilze in Mitteleuropäischen Wäldern

Zielsetzung: Die Degradation von Ökosystemen und der Verlust der Biodiversität sind zwei der drängendsten Probleme unserer Zeit. Die EU-Biodiversitätsstrategie für 2030 sieht vor, geschädigte Ökosysteme zu restaurieren und die Natur langfristig zu schützen. Für Waldökosysteme wurden bereits verschiedene Naturschutzkonzepte erarbeitet und etabliert, um Waldwirtschaft nachhaltig und in Einklang mit Biodiversitätsförderung zu gestalten. Unter anderem soll der Anteil von Totholz gesteigert werden sowie die strukturelle Vielfalt durch den Erhalt alter Bäume und der Schaffung von Lichtungen. Neben der Steigerung der Habitatqualität muss jedoch auch gewährleistet sein, dass bedrohte und seltene Arten die neu geschaffenen Lebensräume besiedeln können, was insbesondere bei Arten mit Individuen-armen Populationen und stark eingeschränktem Verbreitungsarealen kaum möglich ist. Im Projekt „Wiederansiedlung vom Aussterben bedrohter Pilze in Mitteleuropäischen Wäldern“ sollen seltene Pilzarten, die sich vom Abbau organischer Substanz ernähren, durch gezielte Wiederansiedlung gefördert werden. Pilze sind bisher im institutionellen Naturschutz sowie in den gängigen Naturschutzgesetzgebungen unterrepräsentiert. Ziel des Projektes ist es, ausgewählte Naturnähezeiger verschiedener Lebensräume erfolgreich im Labor zu kultivieren, in geeigneten Habitaten anzusiedeln und Artenschutzkonzepte für diese Arten zu entwickeln. Die Relevanz, für welche Arten Schutzkonzepte und Wiederansiedlungen durchgeführt werden sollen, basieren hierbei auf verschiedenen Kriterien, wie der Listung als Naturnähezeiger, der allgemeinen Seltenheit sowie der Isoliertheit bestehender Vorkommen. Es sollen gleichermaßen Arten berücksichtigt werden mit einem sehr engen und weiterem Wirtsspektrum. Die ermöglicht, Erkenntnisse darüber zu gewinnen wie sich Wirtsspektren durch die Forstwirtschaft im Klimawandel (z.B. Nutzung von klimawandelresistenten Baumarten als Wirt) verändern könnten. Die ausgewählten Pilzarten habe große naturschutzfachliche Relevanz über das Projektgebiet Bayerischer Wald hinaus in ganz Deutschland und stellen somit geeignete Modelorganismen dar. Übergeordnetes Ziel ist es, ein wissenschaftlich fundiertes Modellkonzept zur Erhaltung besonders seltener, wirtsgebundener Baumpilze zu entwickeln. Die im Anschluss und auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse ausgearbeiteten Artenhilfsprogramme sollen ein Zeichen zur stärkeren Beachtung des Reiches der Pilze im Naturschutz setzen.

Verhalten von Herbiziden in Gewaessern

Durch die Anwendung von Herbiziden in Gewaessern ist eine Beeintraechtigung des Wassers selbst sowie der Wasseroekologie moeglich. Mit Hilfe von Biotesten sollen derartige Veraenderungen nachgewiesen werden. Hierfuer sind geeignete Testorganismen erforderlich, die sowohl Aufschluss darueber geben, um welche Wirkstoffe es sich handelt, als auch eine ausreichende Empfindlichkeit erkennen lassen, damit selbst Spuren von Aktivsubstanzen angezeigt werden. Neben dem Nachweis von Wirkstoffen interessierte bei diesem Forschungsvorhaben vor allem die Beeinflussung der Wasserqualitaet. Hier ist es insbesondere die Sauerstoffkonzenerqualitaet. Hier ist es insbesondere die Sauerstoffkonzentration, deren Veraenderung zu einer erheblichen Beeintraechtigung der Biozoenose des Wassers fuehren kann. Aus diesem Grunde wurde daher vorrangig der Einfluss von verschiedenen Wasserherbiziden auf diese Konstante untersucht.

Pflanze als Indikator von Luftverunreinigungen

Die Pflanze als Indikator von Luftverunreinigungen ist wiederholt in Veroeffentlichungen des Projektleiters beschrieben worden. Keine Ermittlungen wurden bisher angestellt ueber die Auswirkungen nicht-toxischer Gase fuer die Vegetation, wozu jene Mengen von Kohlenoxid, Kohlendioxid und Stickoxiden gehoeren, die in der Humanmedizin bereits als toxisch gelten. Mit dem Benzinbleigesetz vom 5. August 1971 bzw. mit der Herabsetzung des Bleigehaltes ist nach vorhandenen Emissionsunterlagen ein beachtlicher Anstieg der CO-, CO2- und NOx-Menge zu verzeichnen, die sich in Kombination mit den warmen Autoabgasen in unmittelbarer Naehe der Autobahnen und Landstrassen auf den Ertrag auswirken muesste. Neben einem verstaerkten Gehoelzwachtum muesste diese Veraenderung wiederum beispielsweise zu einem Ertragsanstieg bei Nadelgehoelzen fuehren, was an einer 1969 angelegten Versuchspflanzung mit Picea pungens 'Glauca', die nach Inkrafttreten der 2. Stufe des Benzinbleigesetzes durch Abies nobilis 'Glauca' ersetzt werden soll, in unmittelbarer Naehe der Autobahn Ruhrgebiet-Koeln und bei verschiedenen Hoehen- und Weitenabstaenden von den Fahrbahnen untersucht wird.

Nebenwirkungen von Forstschutzmitteln auf Nutzarthropoden

Entwicklung von Richtlinien zur Mittelpruefung an bestimmten Nutzarthropoden. Hier: Waldameisen (Formica polyctena) und Tachinen (Pales pavida). Spezielle Beruecksichtigung der Beeintraechtigung der Nutzfunktion der Versuchstiere (z.B. der Parasitierungsleistung u.a.). Durchfuehrung von Tests unter praxisueblichen Bedingungen, wobei nicht so sehr Insektizide, sondern Herbizide und Fungizide im Vordergrund stehen.

Effizienzsteigerung des polyphagen Parasitoiden Aphelinus abdominalis durch Ausnutzung des Lernvermögens bei der Wirtssuche mit Hilfe von Infochemikalien des Pflanze-Wirt-Systems

Aphelinus abdominalis, ein Parasitoid der Familie Aphelinidae, wird seit mehreren Jahren als Nützling zur Blattlausbekämpfung in Unterglaskulturen angeboten. Das Potential seiner Effizienz wird aber im Vergleich zu den Blattlausparasitoiden der Aphidiinae häufig unterschätzt. Das Verhalten der Aphelinidae im Wirtshabitat ist in der Literatur gut dokumentiert, doch der Kenntnisstand über ihre Fernorientierung bei der Wirtssuche ist noch lückenhaft. In dem hier beantragten Forschungsvorhaben sollen in einer Verbindung von Laborexperimenten und anwendungsorientierten Gewächshausversuchen die Möglichkeiten für eine Effizienzsteigerung von A. abdominalis ausgelotet werden. Ein Schwerpunkt der geplanten Verhaltensstudien liegt dabei auf einer Aufklärung der Mechanismen des Lernvermögens. In zahlreichen Arbeiten wurde in den vergangenen Jahren gezeigt, daß sich die meisten Parasitoiden flexibel den wechselnden Umweltbedingungen anzupassen vermögen, indem sie bestimmte Duftstoffe ihrer Wirtspflanzen erlernen und für die Wirtssuche nutzen. Da Schlupfwespen mit einem breiten Wirtsspektrum auch im Gewächshaus mit einer Vielzahl unterschiedlicher Pflanze-Wirt-Systeme konfrontiert werden, ist es das Ziel dieses Projekts, anhand den Modellsystems A. abdominalis - Macrosiphum euphorbiae - Paprika/Aubergine sinnvolle Strategien für eine praktische Nutzbarmachung dieser Lernfähigkeit zu erarbeiten.

Steigerung der Prozessstabilität und Kinetik bei der anaeroben Vergärung von Bioabfall durch gezielte Stimulation des direkten Interspezies-Elektronentransfers zwischen syntrophen Mikroorgansimen

Die mikrobielle Umsetzung von organischem Material zu dem erneuerbaren Energieträger Methan ist eine bewährte und verbreitete Strategie der effektiven Abfallwirtschaft. In einem solchen methanproduzierenden Milieu nutzen elektrisch verbundene Bakterien und Archaeen direkten Interspezies-Elektronentransfer (DIET), als Alternative zum Interspezies-Formiat- und Wasserstofftransfer (IHT). Grundlegende Aspekte der mikrobiellen Ökologie in Bezug auf DIET sind dabei jedoch noch unerforscht, insbesondere der Stellenwert für die Biogasproduktion. Bis jetzt haben sich Studien zum Großteil auf DIET in Ko-Kulturen von wenigen Modellorganismen beschränkt, die für die Abwasserbehandlung in UASB-Reaktoren (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) eine Rolle spielen. Wir beabsichtigen weithin anwendbare Erkenntnisse über die Zusammenhänge der syntrophen mikrobiellen Gemeinschaft und dessen Funktion in mesophilen und thermophilen Biogasreaktoren mit Hilfe moderner molekularbiologischer und mikrobiologischer Methoden zu generieren, um letztendlich eine höhere Prozessstabilität und Effizienz zu ermöglichen. Zentrale Ziele sind die Identifizierung neuer Organismen die an DIET beteiligt sind und das Verständnis der zugrundeliegenden genetischen Mechanismen. Der Schwerpunkt wird auf Bioabfall vergärende Anlagen liegen, die sich wesentlich von mesophilen UASB Reaktoren durch Konstruktion, Betriebsweise, Temperatur und Substratzusammensetzung unterscheiden. Wir vermuten, dass DIET ein weit verbreiteter Alternativprozess zum IHT bei der anaeroben Vergärung von Biomasse ist, wobei beide Prozesse wahrscheinlich parallel ablaufen. In dem vorgeschlagenen Projekt wird DIET erstmals in thermophilen aber auch in mesophilen Systemen Gegenstand der Forschung sein. Ein weiteres Ziel ist die Identifizierung neuer Substrate, die von den syntrophen Konsortien während DIET umgesetzt werden können. Hier wird der Fokus auf syntrophe Propionat- und Butyratoxidierer liegen, die für den anaeroben Abbau von organischem Material eine Schlüsselrolle spielen. Mittels Metagenomik wird das Stoffwechselpotential rekonstruiert und Genexpressionsmuster im Zusammenhang mit IHT und DIET werden mittels Transkriptomik untersucht. DIET ist möglicherweise vorteilhaft für die Stabilität des Vergärungsprozesses, da die Produktion von Wasserstoff umgangen wird, welcher schon in geringer Konzentration die Oxidation von kurzkettigen Fettsäuren inhibieren kann. Deshalb planen wir physiologische Vorteile von DIET gegenüber IHT in Anreicherungskulturen zu untersuchen. Die zu erwartenden Ergebnisse sind essentiell um das Potential der Biogasproduktion im vollen Umfang auszuschöpfen. Darüber hinaus werden die Ergebnisse auch für andere Forschungsgebiete relevant sein, wo elektrisch verbundene Mikroorganismen eine Rolle spielen, beispielsweise bei der Minimierung von Treibhausgasemission in methanogenen Habitaten oder bei der Nutzung in mikrobiellen Brennstoffzellen.

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