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Aerosolpartikel in der Outflow-Region des Asiatischen Monsuns: Zusammensetzung und Bildungsprozesse

Der asiatische Monsun spielt eine wichtige Rolle beim Verständnis der chemischen und klimarelevanten Prozesse in der globalen Atmosphäre, nicht zuletzt wegen seines Einflusses auf die Aerosol- und Wolkeneigenschaften in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre. Bereits seit einigen Jahren wird die sogenannte Asian Tropopause Aerosol Layer (ATAL) mit Fernerkundungsmethoden und Ballon-basierten Messungen untersucht. Es existieren allerdings nur wenige in-situ Beobachtungen innerhalb der ATAL, beziehungsweise in der Ausströmregion (Outflow) des asiatischen Monsuns in Richtung mittlere Breiten, die Informationen über die chemischen Zusammensetzung der Aerosolpartikel geben. Es wird davon ausgegangen, dass die Luftmassen im Outflow des asiatischen Monsuns Aerosolpartikel enthalten, die aufgrund von photochemischer Prozessierung und sekundärer Bildung während des Transports veränderte Eigenschaften aufweisen. Diese Prozesse haben einen Einfluss auf die Fähigkeit der Partikel zur Eisnukleation und damit wiederum auf den indirekten Klimaeffekt dieser Partikel. Dieser Antrag zielt daher auf die in-situ Untersuchung der chemischen Zusammensetzung der Aerosolpartikel im submikrometer Bereich ab. Wir schlagen vor, das Hybrid-Aerosolmassenspektrometer ERICA (ERC instrument for the chemical composition of aerosols) im Rahmen der PHILEAS Kampagne auf dem Forschungsflugzeug HALO einzusetzen. Das ERICA kombiniert zwei Typen von Aerosolmassenspektrometrie-Methoden und ermöglicht es somit, zeitgleich Einzelpartikel- und Ensemblemessungen zur chemischen Zusammensetzung durchzuführen. Zusätzlich wird die Messkapazität zum einen durch den Einbau eines Impaktors erweitert, welcher eine spätere offline-Analyse der Partikel mittels Röntgenstrahlung und Elektronenmikroskopie ermöglicht. Zum anderen wird ein neuer Messmodus zur quantitativen chemischen Analyse von Einzelpartikeln in das ERICA integriert. Dieser Datensatz, zusammen mit Spurengasmessungen und der lagrangeschen Modellierung der Luftmassenherkunft, wird somit die Untersuchung von Quellen, Bildungsprozessen sowie der photochemische Entwicklung der Aerosolpartikel während des Transports ermöglichen.

Bodengestützte FTIR Messungen von XCO2, XCH4, und XCO, Teilprojekt 2: Messungen in München

Polychlorierte Terphenyle und Quarterphenyle (PCT/PCQ) - Synthese, Analytik und Verhalten bei thermischer Belastung

Weltweit wurden ca. 60000 t polychlorierte Terphenyle (PCT) produziert. Die PCT sind persistent, bioakkumulierend, toxikologisch relevant, wahrscheinlich ubiquitär vorhanden und in akzidentielle und Abfallverbrennungen involviert, wo sie auch neu gebildet werden können. Trotz dieser Fakten wurde die Stoffgruppe in der umweltchemischen Forschung bisher unzureichend untersucht. Die Ziele dieses Projektes sind: - die Synthese von definierten PCT-Kongeneren für weitergehende Untersuchungen (thermische Belastung, Hochtemperaturchemie) und als Standards für die Analytik, - die Strukturaufklärung und Synthese von PCT-Folgeprodukten nach thermischer Belastung, wie z.B. der bisher in der Literatur nicht beschriebenen vielkernigen Benzofuranstrukturen(Strukturanalytik), - die Synthese von komplexeren Molekülstrukturen wie ringförmigen vielkernigen Benzofuranen nach der Betrachtung von zunächst einfacheren Marker-Molekülen als direkte PCT-Derivate, - Computersimulationen zu diesen Verbindungen, - Entwicklung der Analytik für thermisch erzeugte PCT-Folgeprodukte, und - Weiterentwicklung von clean-up und Quantifizierung in der PCT-Analytik (Konzentrationsanalytik).

Züchtung von Apfelsorten mit Resistenz gegenüber Klima-bedingtem Stress

Die deutsche Apfelproduktion steht vor einer Vielzahl an Herausforderungen. Nachhaltige Produktion oder auch Ökologisierung der Landwirtschaft und Resilienz gegenüber Auswirkungen des Klimawandels sind nur einige der Forderungen, denen sich die Produzenten neben der wachsenden internationalen Konkurrenz am Markt stellen müssen. Um diesen Forderungen gerecht zu werden und in Deutschland alle Kräfte zu fördern, die sich mit Apfelzüchtung befassen, wird ein Verbund aus institutionellen Züchtern und vielen der derzeit existierenden privaten Züchtungsinitiativen, der Fachgruppe Obstbau im Bundesausschuss Obst und Gemüse und der Fördergemeinschaft Ökologischer Obstbau e.V. (FOEKO) angestrebt, der sich den Herausforderungen gemeinsam stellen will. Dieser Verbund setzt sich als erstes Ziel die Realisierung des Projektes ApRésKlimaStress. In ApRésKlimaStress sollen durch phänotypische Evaluierungen und die Genotypisierung genetischer Ressourcen bei Apfel neue Quellen für Mehltau- und Schorfresistenz identifiziert werden, da nur wenig Resistenzen zur Verfügung stehen, die noch nicht gebrochen sind. Für die Bekämpfung dieser klimarelevanten Schaderreger sind im Erwerbsobstbau bis zu 20 Pflanzenschutzmittelbehandlungen pro Saison notwendig, was den ökologischen Fußabdruck der Produktion deutlich erhöht. Die Züchtung von Sorten mit pyramidisierten Resistenzen gegenüber beiden Schaderregern auch unter Nutzung kolumnarer Apfelsorten, die eine erhöhte Resilienz gegenüber Trockenstress ermöglichen, wird als Möglichkeit gesehen den oben genannten Herausforderungen zu begegnen. Als weitere Resistenzquelle wird auch die Nichtwirtsresistenz von Apfel/Birnenhybriden evaluiert. Ziel ist die Entwicklung von kostengünstigen und einfach umsetzbaren molekularen Markers: KASP-Assays, die von allen Partnern unabhängig, je nach der eigenen Züchtungsstrategie kombiniert und genutzt werden können. Die Umsetzung der Analysen kann dann bei unabhängigen Anbietern beauftragt werden.

Untersuchung der natürlichen Antagonisten des Eichenprozessionsspinners in Deutschland, Teilvorhaben 1: Genetische Bestimmung der EPS-Populationen

Im Verbundprojekt werden die Vielfalt an EPS-Pathogenen und EPS-Parasiten, -Parasitoiden und -Prädatoren, wie auch die Intensität des Befalls in verschiedenen Entwicklungsstadien des EPS und in unterschiedlichen standörtlichen und klimatischen Bedingungen systematisch erfasst. In unserem Teilvorhaben (TP1) wird die genetische Ausstattung der EPS-Populationen untersucht. In einem Transekt von Norden bis Süden Deutschlands werden EPS befallene Gebiete als Versuchsflächen von allen Projektpartnern gemeinsam ausgesucht. Diese Gebiete sollen möglichst unterschiedliche klimatische/standörtliche Bedingungen, wie auch eine unterschiedliche Kalamitätsgeschichte, darstellen, damit möglichst viele Faktoren, bei der Auswertung der genetischen Strukturen der EPS-Populationen berücksichtigt werden können. Diese EPS-Populationen werden mittels molekulargenetischer Marker genetisch untersucht. Dabei werden zwei mitochondrialer Gene (COI und COII) sequenziert um Differenzen zwischen EPS-Individuen festzustellen. Weiterhin werden nukleare Mikrosatelliten Marker (SSRs) angewendet, um die genetische Variabilität innerhalb und die genetische Differenzierung zwischen Populationen zu erfassen. In diesem Schritt werden bekannte, erfolgreiche SSRs aus dem Pinien- auf den Eichenprozessionsspinner übertragen. Die am besten funktionierenden und variablesten SSRs werden für die Erfassung der genetischen Strukturen der EPS-Populationen verwendet. Sowohl die Sequenzierung der COI-Gene als auch die Fragmentanalyse der SSRs werden mittels Kapillarlektrophorese an einem DNA-Sequenzer durchgeführt. Die räumlichen genetischen Strukturen und die phylogenetische Bäume werden in Zusammenhang mit den standörtlichen/klimatischen/Kalamitätsgeschichtlichen Faktoren Auskunft über die Abstammung/Entstehung der Populationen geben. In der Gesamtauswertung im Verbundprojekt wird die genetische Diversität der EPS-Populationen mit der Vielfalt der Antagonistenvielfalt und die Befallsidensität korreliert werden.

Umsetzung der Produktverantwortung durch Kreislaufschließung bei Geokunststoffen, Teilvorhaben 4: NIR/VIS Technik und Tracer zur Kreislaufschließung bei GEOK

'Resistenzmanagementstrategien von Baculoviren im biologischen Pflanzenschutz'

Beseitigung der Striga-Plage im Sorghumanbau in Afrika durch Kombination von markergestützter Rückkreuzung und Farmer-partizipatorischer Selektion

Übergeordnetes Ziel ist die Erhöhung der Nahrungssicherheit in den mit dem parasitischen Unkraut Striga (Striga hermonthica) infizierten Sorghum (Sorghum bicolor)-Anbaugebieten in Eritrea, Kenia, Mali und Sudan. Hierzu soll zusammen mit NARS dieser Länder die Strigaresistenz von lokal adaptierten, Farmer-bevorzugten Sorghumsorten durch Anwendung einer Kombination aus markergestützter Rückkreuzung und Farmer-partizipatorischer Selektion verbessert werden. Molekulare Marker für quantitative, im Feld erfasste Strigaresistenz wurden während eines BMZ-finanzierten gemeinschaftlichen Projektes des ICRISAT mit den Universitäten Hohenheim und Tübingen (1995-2000) und danach im Rahmen eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Habilitationsvorhabens (2000-2003) identifiziert und validiert. Die Effekte von fünf QTL ('quantitative trait loci') für Strigaresistenz der Elternlinie N13' erwiesen sich dabei als stabil über zehn Feldversuche in Mali und Kenia, zwei Jahre und zwei unabhängige Genotypstichproben der Kartierungspopulation. Die einzelnen QTL erklären zwischen 12 - 30 Prozent der phänotypischen Variation und tragen zu einer partiellen, quantitativen und somit stabilen Resistenz bei. Die entsprechenden flankierenden Marker sollen im Projekt genutzt werden. Darüber hinaus wird eine simultane sozio-ökonomische Studie der Sorghum-Saatgutverteilungssysteme in den vier Ländern durchgeführt. Die Schlagkraft der verbesserten Sorten soll des weiteren durch Integration in bestehende Methoden der integrierten Strigabekämpfung erhöht werden. Die Langzeitwirkung der im Projekt entwickelten Sorten könnte durch offene Bestäubung in den genetisch sehr vielfältigen Feldern der Landwirte beeinträchtigt werden. Daher sollen auch die aktuellen Auskreuzungsraten der Farmer-bevorzugten Sorghumsorten untersucht werden. Daraus sollen Schlüsse über die Stabilität der transferierten Strigaresistenz-QTL gezogen und Empfehlungen für die Sortenerhaltung abgegeben werden.

Erfassung der Relevanz und Auslöser von unterirdischen lateralen Flüssen in heterogenen ackerbaulich genutzten Hangböden

Unterirdische laterale Flüsse (ULF) treten entlang von verdichteten Schichten in heterogenen ackerbaulich genutzten Hangböden auf und führen zu erhöhtem Pestizid- und Nährstofftransport in angrenzende Gewässer. Besonders für die heterogenen Böden der hügeligen Grundmoränenlandschaft, die große Teile im Norden Deutschlands bedeckt, ist bis heute ungeklärt, wann und wie oft dieses Phänomen auftritt. Im Vergleich zu bewaldeten Gebieten, in denen ULF bereits häufig untersucht wurden, ist wenig über Auslöser und relevante Fließwege für ULF bekannt. Um zu analysieren wann ULF auftritt und welche Bedingungen ULF auslösen werden die Wavelet-Analyse, die Hauptkomponentenanalyse und eine Bodenwasserhaushaltsberechnung auf langjährige Zeitreihen des Wassergehalts in verschiedenen Tiefen von Lysimetern sowie an deren Entnahmestellen auf der CarboZALF-Fläche in Dedelow (NO Deutschland) angewendet. Die Auslöser von ULF werden anschließend mit statistischer Analyse aus den identifizierten ULF-Ereignissen abgeleitet. Um zu überprüfen, ob Pflanzenwurzeln relevante Fließwege für ULF darstellen, werden rechteckige Bodenproben entlang der Pflugsohle entnommen und darin auftretende Fließbewegungen mit Hilfe von Isotopenanalyse erfasst und anschließend numerisch modelliert. In einem Feldversuch wird analysiert, ob ULF eher in Sandlinsen oder in sich darüber befindlichen von Sandbändern durchzogenen Schichten in Hangböden auftreten. Dazu wird ein Bromid-Tracer aufgetragen und die Ausbreitung der Tracerwolke mittels elektrischer Widerstandstomographie (ERT) überwacht. Die Untersuchungsergebnisse werden zu einem verbesserten Prozessverständnis ULF beitragen und die Erfassung von Transportzeiten sowie Fließwegen von Pestiziden und Nährstoffen in hügeligen Ackerböden verbessern. Es soll die Frage beantwortet werden, ob ULF ein relevantes Phänomen für unterirdische Fließbewegungen in heterogenen ackerbaulich genutzten Hangböden darstellen.

Joint interpretation of two tracer tests with reversed flow fields

Two dipole tracer experiments were performed in a fractured rock at the Grimsel Test Site in February/March 1993. In both experiments NaCl was used as a tracer. The extraction rate was twice the injection rate. In the second experiment injection and extraction were interchanged (Reverse-Experiment). Long tailing was characteristic of the breakthrough curves in both experiments. The tests were interpreted using a single facture allowing for diffusion into an immobile matrix. We were able to interpet the breakthrough curves for both experiments by one unique set of parameters, describing transport and baseflow. Uniqueness could only be achieved when using the information of both experiments. We conclude that performing a Reverse-Experiment is an indispensable tool for parameter identification in dipole tracer tests. A sensitivity analysis proved that not only matrix diffusion is responsible for the tailing in the breakthrough curves but also transversal dispersivity. Further, the typical exchange time between mobile and immobile media was too small to be attributed to matrix diffusion in the strict sense which will causetailing even at large spatial and temporal scales. Analysis of the covariance matrices showed that the parameters have small errors but high correlation. Methods and techniques used: Glaerkin-Finite-Elemente Method, Newton-Raphson, Levenberg-Marquardt, Preconditioned Conjugate Gradient Method, Maximum-Likelihood-Theorie, Confidence Ellipses.

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