Sediment erosion and transport is critical to the ecological and commercial health of aquatic habitats from watershed to sea. There is now a consensus that microorganisms inhabiting the system mediate the erosive response of natural sediments ('ecosystem engineers') along with physicochemical properties. The biological mechanism is through secretion of a microbial organic glue (EPS: extracellular polymeric substances) that enhances binding forces between sediment grains to impact sediment stability and post-entrainment flocculation. The proposed work will elucidate the functional capability of heterotrophic bacteria, cyanobacteria and eukaryotic microalgae for mediating freshwater sediments to influence sediment erosion and transport. The potential and relevance of natural biofilms to provide this important 'ecosystem service' will be investigated for different niches in a freshwater habitat. Thereby, variations of the EPS 'quality' and 'quantity' to influence cohesion within sediments and flocs will be related to shifts in biofilm composition, sediment characteristics (e.g. organic background) and varying abiotic conditions (e.g. light, hydrodynamic regime) in the water body. Thus, the proposed interdisciplinary work will contribute to a conceptual understanding of microbial sediment engineering that represents an important ecosystem function in freshwater habitats. The research has wide implications for the water framework directive and sediment management strategies.
The impacts of climate change pose one of the main challenges for agriculture in Central Europe. In particular, an increase of extreme and compound extreme climate events is expected to strongly impact economic revenues and the provision of ecosystem services by agroecosystems. A highly relevant, still open question is how grassland farming systems can cope best with these climate risks to adapt to climate change. A prominently discussed economic instrument to relieve income risks is the formal insurance, but natural and social insurances are newly under discussion as well. Natural insurances include specific grassland management practises such as maintaining species-rich grasslands. Social insurances, in our terminology, comprise all forms of societal support for farmers’ climate risk management. This includes in particular arrangements of community-supported agriculture that reduce income risks for farmers, or payments for ecosystem services if their design takes risk into account. Formal, natural and social insurances may be substitutes or complements, and affect farmer behaviour in different ways. Thus, policy support for any of the three forms of insurance will have effects on the others, which need to be understood. InsuranceGrass takes an innovative interdisciplinary view and assesses formal, natural and social insurances: on how to cope best with impacts of climate extremes on grasslands, integrating social and natural sciences perspectives and feedbacks between them. Based on this holistic analysis, InsuranceGrass will provide recommendations for policy and insurance design to ensure effective risk-coping of farmers and to enhance sustainable grassland farming, considering economic, environmental and social aspects. Impacts of extreme and compound extreme events on the provision of ecosystem services (e.g. magnitude and quality of yield, climate regulation via carbon sequestration, plant diversity) by permanent grasslands in Germany and Switzerland are quantified based on long-term observations and field experiments. Cutting-edge model-based approaches will be based on behavioural theories and empirically calibrated. With the help of social-ecological modelling, InsuranceGrass explicitly incorporates feedbacks between farmers’ and households’ decision, grassland management options, and ecosystem service provision in a dynamic manner. The contributions of different insurance types are developed, discussed and evaluated jointly with different groups of stakeholders (i.e., farmers, insurance companies, public administration). A scientifically sound and holistic assessment of the role of formal, natural, and social insurances for the sustainability of grassland farming under extreme events requires both disciplinary excellence and seamless interdisciplinary collaboration. InsuranceGrass brings together four groups from Zürich and Leipzig, with unique disciplinary expertise and a track record of successful collaboration.
Zielsetzung:
Klimatische Veränderungen beeinflussen die verfügbare Wassermenge und -qualität in Talsperren, was deutliche Auswirkungen auf die Sicherheit der Trinkwasserversorgung und auf die Ökosysteme der Stauseen und den Landschaftswasserhaushalt hat. Klimaprognosen deuten für Gebiete wie den Harz auf einen Anstieg von Niederschlägen im Winter und häufigere Trockenperioden im Sommer hin, was stärker schwankende Wasserstände bedeutet. Zur Anpassung im Management der Talsperren und deren Ökosystemen mangelt es jedoch oft an präzisen Vorhersagen und den nötigen Instrumenten, um risikobasierte Entscheidungen über notwendige dynamische Betriebsstrategien zu treffen. Vor diesem Hintergrund soll im Rahmen des Projekts ein vorhersagebasiertes, mengen- und gütegewichtetes Entscheidungsunterstützungssystem für Talsperren entwickelt werden, welches auf datengetriebenen Modellen basiert und am Beispiel des Systems der Harzwasserwerke implementiert wird.
Das Projekt konzentriert sich darauf, durch die Nutzung moderner Technologien und Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI), wie LSTM-Netzwerke (Long Short-Term Memory) und Ensemble-Methoden, zuverlässige Vorhersagen des Wasserbedarfs und -dargebots zu erstellen. Diese Vorhersagen werden in ein hydrodynamisches Optimierungsmodell integriert, um eine flexible und belastbare Entscheidungsunterstützung im Ereignisfall zu ermöglichen. Hierdurch sollen die verschiedenen Bewirtschaftungsziele wie Hochwasserschutz, Versorgungssicherheit, Ökosystemleistungen, Landschaftswasserhaushalt und Energieerzeugung bestmöglich erfüllt werden. Die Kombination von Echtzeit-Sensoren, Open-Source-Datensätzen und fortschrittlichen Datenanalyse-Tools ermöglicht es, komplexe und dynamische Prozesse zu simulieren und in Echtzeit Informationen bereitzustellen. Im Sinne der nachhaltigen Klimawandelanpassung werden so proaktive Maßnahmen zur Unterstützung der Versorgungssicherheit, des Hochwasserschutzes sowie des Landschaftswasserhaushaltes ermöglicht.
Die Implementierung des Demonstrators im System der Harzwasserwerke soll die Vorteile einer proaktiven Steuerung demonstrieren und eine multikriterielle Bewertung im Vergleich zu herkömmlichen Methoden ermöglichen. Der Fokus liegt nicht nur auf einem hohen Technology Readiness Level, sondern auch auf der Handhabung von Unsicherheiten und der Berücksichtigung verschiedener Vorhersagehorizonte. Diese sind für die verschiedensten wasserwirtschaftlichen Zielsetzungen von entscheidender Bedeutung.
Zu verstehen, wie anthropogene Faktoren Einfluss auf die Ernährungsökologie bedrohter Tierarten nimmt, stellt einen zentralen Ansatz dar, um Reaktionen auf Umweltveränderungen vorherzusagen und gefährdete Arten schützen zu können. Besonders für Bestäubungsinsekten wie Hummeln ist dieses Verständnis bedeutsam, da bei vielen dieser Arten große Rückgänge in ihren Beständen zu verzeichnen sind. Diese Entwicklung lässt sich womöglich zum Teil auf Mangel- und Fehlernährung zurückführen. Mithilfe dieser Forschungsarbeit möchten wir verstehen, wie die Ernährungsökologie von Bombus terrestris von Landnutzung und Infektionskrankheiten beeinflusst wird - Krankheiten sind ein zunehmendes Problem, da kommerzielle Imkerei die Verbreitung von Erregern begünstigt. Um dieses Verständnis zu erreichen, haben wir unsere Untersuchungen in drei Phasen eingeteilt. In der ersten Phase untersuchen wir die Interaktion von Aminosäuren und deren Einfluss auf B. terrestris’ Fitness und Nährstoffhaushalt. Dazu wenden wir eine hochmoderne Technik in der Ernährungsökologie an, das sogenannte ‘exome matching’. In diesem Verfahren lassen sich anhand von Sequenzdaten der individuelle Bedarf der Aminosäurezusammensetzung ableiten. Diese Erkenntnisse stellen eine Grundlage für unser Verständnis und die weitere Erforschung der Ernährungsökologie von Hummeln dar. Zudem wird in diesem Zuge das exome matching -Verfahren auf Hummeln optimiert. In Phase 2 werden wir uns der Frage widmen, in wie weit Aminosäuren mit den anderen beiden zentralen Nahrungskomponenten (Kohlenhydrate und Fette) interagieren und diese Interaktion Einfluss auf B. terrestris‘ Fitness und Immunität nimmt. Wir untersuchen die bevorzugte Nahrungszusammensetzung in gesunden Individuen und Hummeln, bei denen eine Immunantwort provoziert wurde. Dies wird uns durch die aussagekräftige Methode des ‚dietary mapping‘ ermöglicht, dem ‚Geometric Framework of Nutrition‘. Die Ergebnisse werden zeigen, wie sich die Aufnahme bestimmter Makronährstoffe auf die Fitness von Hummeln auswirkt und sich die Ansprüche an die Zusammensetzung der Nahrung durch eine Immunantwort verändern. In Phase 3 untersuchen wir, wie sich die unterschiedliche Zusammensetzung von Pollen in diversen landwirtschaftlichen Umgebungen auf das reale Nahrungssammelverhalten von Hummeln auswirkt. Dies gibt Aufschluss über den Einfluss von Landwirtschaft auf die Ernährung von Hummeln. Indem wir Daten aus dem Feld und Labor vereinen, können wir Schlüsse darüber ziehen, ob exome matching und Geometric Framework of Nutrition fundierte Vorhersagen über das Nahrungssammelverhalten von Hummeln in der Natur treffen können. Es soll gezeigt werden, wie Umweltveränderungen die Ernährungsökologie von Arten beeinflussen und so zu einer Beeinträchtigung von Ökosystemdienstleistungen wie der Bestäubung führen können. Das durch dieses Projekt generierte Wissen kann somit eingesetzt werden, um Bestäuberverluste zu reduzieren.
Zielsetzung und Anlass:
In Deutschland sind etwa 48 % der 557 in der roten Liste bewerteten Bienen- und Hummelarten bestandsgefährdet oder sogar schon ausgestorben (Bundesamt für Naturschutz 2011). Die Gründe für diesen Rückgang sind vielfältig und komplex, aber grundsätzlich verknüpft mit einer qualitativen Verschlechterung und einem quantitativen Verlust von Lebensräumen für diese Insekten. Unter anderem ist dies das Ergebnis der monotonen sowie intensiven Landwirtschaft und der damit einher gehenden Artenverarmung von Agrarökosystemen, die wiederum weniger Raum und Nahrung für Wildinsekten bieten. Als Folge besteht das Risiko, dass Ökosystemleistungen durch Bestäuberinsekten in Deutschland nicht mehr ausreichend erbracht werden können. Darum hat der Ausbau einer insektenverträglichen Landbewirtschaftung eine wichtige Bedeutung.
Das Projekt behandelt die Arzneipflanze Lavendel (Lavandula angustifolia), dessen Anbau in landwirtschaftlichen Betrieben erprobt werden soll und zu einer Erweiterung der Kulturpflanzenvielfalt in der Agrarlandschaft beitragen soll. Der Lavendel bringt ausgezeichnete Eigenschaften mit sich, um im Feldanbau als Lebensraum und Nahrungsquelle für Insekten zu dienen. Durch das Projekt soll der Naturschutz mit einer neuen, nachhaltigen Naturnutzung in Nutzlandschaften durch den Anbau von Lavendel kombiniert werden. Damit soll ein wesentlicher Beitrag zu umweltfreundlicheren und vielfältigeren Agrarökosystemen geleistet werden.
Durch die interdisziplinäre Zusammenarbeit der Fachhochschule Erfurt mit externen Projektpartnern werden kleine Lavendelfelder mit durchschnittlich 1000 m² in der Agrarlandschaft an ausgewählten Standorten auf landwirtschaftlichen Flächen entstehen und wissenschaftlich untersucht.
Mithilfe eines Monitoringsystems soll der Einfluss des Lavendels auf die Artenvielfalt von Tagfaltern und Wildbienen entomologisch untersucht werden. Um eine Bewertung der Maßnahme zu ermöglichen, werden zum Vergleich Daten aus der typischen Agrarlandschaft sowie in der Landwirtschaft gängigen Umweltschutzmaßnahmen (z.B. mehrjährige/einjährige Blühstreifen) hinzugezogen.
Gleichzeitig wird die Wirtschaftlichkeit des Lavendelanbaus auf den beteiligten Praxisbetrieben in Thüringen untersucht. Dabei werden spezifische Parameter analysiert und ätherisches Öl im Rahmen einer Destillation gewonnen. Mit einer ersten Berechnung der Erlöse aus dem Lavendelanbau und einer Kostenanalyse kann ein Rückschluss auf die wirtschaftliche Rentabilität des Lavendelanbaus in Thüringen und Deutschland gezogen werden.
Ziele:
Als Gesamtziel ergibt sich ein wichtiger Beitrag zu umweltfreundlicheren und vielfältigeren Agrarökosystemen. Im Projekt werden folgende Ziele verfolgt:
a. Entwicklung einer langfristigen, nachhaltigen und bodenschonenden Nutzung der natürlichen Ressourcen durch eine extensive und mehrjährige Kultur
b. Aussage über die agrarökologische Eignung und wirtschaftliche Tragfähigkeit des Lavendelanbaus unter Thüringer Klimabedingungen
c. Überprüfung der Einflüsse des Lavendelanbaus auf Wildbienen und Tagfalter in der Agrarlandschaft und einem Abgleich mit üblichen Agrarumweltmaßnahmen
d. Erfassung der wichtigen quantitativen und qualitativen Eigenschaften des ätherischen Öls zur Bewertung der Eignung in der Arznei- und Lebensmittelindustrie
e. Sensibilisierung der Bevölkerung durch Aufklärungs-, Öffentlichkeits- und Bildungsarbeit im Bereich der nachhaltigen Landbewirtschaftung und des Naturschutzes