In recent years science has taken an increased interest in mineralization processes in tropical soils in particular under minimal tillage operations. Plant litter quality and management strongly affect mineralization-nitrification processes in soil and hence the fate of nitrogen in ecosystems and the environment. Plant secondary metabolites like lignin and polyphenols are poorly degradable and interact with proteins (protein binding capacity) and hence protect them from microbial attack. Nitrification, a microbiological process, directly and indirectly influences the efficiency of recovery of N in the vegetation as well as the loss of N (through denitrification and leaching) causing environmental pollution to water bodies and contributes to global warming (e.g. the greenhouse gas N2O is emitted as a by-product of nitrification and denitrification). Nitrifiers comprise a relatively narrow species diversity (at least as known to date) and are generally thought to be sensitive to low soil pH and stress. Despite these properties nitrification occurs in acid tropical soils with high levels of aluminium and manganese. Thus the main objective of the project will be the identification of micro-organisms and mechanisms responsible for mineralization-nitrification processes in acid tropical soils and the influence of long-term litter input of different chemical qualities and minimal tillage options. The project will include the use of stable isotopes (15N, 13C), mass spectrometry, gas chromatography (CO2, N2O), biochemical methods (PLFA) and molecular biology (16s rRNA., PCR, DGGE)
Entwicklung biologisch abbaubarer flüssig applizierbarer Bodenbeschichtungen. Weiterentwicklung von Rezepturen mit angepassten Hafteigenschaften, Lebensdauer und Härte, um folgende Ziele zu erreichen: - physikalische Bodenstabilisierung gegen Erosion, - Reduktion des Unkrautdrucks, - Wasserrückhalt/Wasserspeicherung um das Pflanzenwachstum zu fördern. Entwicklung einer Vorgehensweise zur Beeinflussung und Bestimmung der biologischen Abbaubarkeit von CBAB nach dem geplanten Ende der Nutzungsdauer.
Ausgangslage: Nicht abbaubare (persistente) chemische Substanzen reichern sich in der Umwelt an und können auch langfristig zu Umweltschäden führen. Der Eintrag dieser Substanzen ist daher zu vermeiden. Die Bewertung der Persistenz in den Zulassungsverfahren im Vollzug der Stoffgesetze spielt deshalb eine wichtige Rolle. In den vorgelegten Abbaustudien werden u.a. nicht-extrahierbare Rückstände (NER) gemessen. Gegenwärtig wird der gesamte Anteil der NER als Stoffsenke betrachtet und geht nicht in die Persistenzbewertung ein. Es wird diskutiert, ob diese NER tatsächlich nicht mehr mobilisierbar sind oder ob längerfristig eine Freisetzung verbunden mit der Gefahr einer Umweltschädigung möglich ist. Remobilisierbare Anteile werden bei der aus dem Verschwinden der Substanz abgeleiteten Verweildauer bisher nicht berücksichtigt, damit kann die tatsächliche Persistenz unterschätzt werden. Zielstellung: NER können durch Extraktionsverfahren in remobilisierbare und irreversibel gebundene Anteile aufgeteilt werden. Um diese Auftrennung zu optimieren, ist die Reihenfolge verschiedener Extraktionsmethoden zu untersuchen. Existierende Persistenzbewertungskonzepte zur Risikominderung sind unter Berücksichtigung dieser unterschiedlichen NER-Anteile weiter zu entwickeln. Vorgehen: Anhand von 2-3 radioaktiv markierten Substanzen soll experimentell in vereinfachten Abbautests im Boden und/oder im Wasser-/Sedimentsystemen die Auftrennung in remobilisierbare und irreversibel gebundene Anteile untersucht werden. Die Reihung der Extraktionsmethoden soll dabei von einer matrixschonenden zu einer matrixzerstörenden Extraktion verlaufen und die Bindungsarten berücksichtigen, die Aussagen zur Persistenz zulassen. Die Ergebnisse des Vorhabens sollen zukünftig bei der Persistenzbewertung angewendet werden, um die mögliche Umweltbelastung besser einschätzen und das Risiko für die Umwelt minimieren zu können.
Soil compaction caused by passage of logging machinery reduces the soil air capacity. Changed abiotic factors might induce a change in the soil microbial community and favour organisms capable of tolerating anoxic conditions. Aerated soils that are shifted to anoxia can produce the greenhouse gases methane and N2O. For example, methanogenesis is the dominating electron-accepting process during the anaerobic oxidation of organic matter. Thus, the prolonged compaction of forest soils might enhance greenhouse gas-producing microbial activities and lead to a gradual, quantitative shift in the occurrence and activities of associated prokaryotes. This shift might be of general importance, because heavy machinery is increasingly used for logging activities. Aims: The goals of this study were to resolve differences between soil microbial communities obtained from wheel-tracks (i.e. compacted) and their adjacent undisturbed sites, and to evaluate differences in potential anaerobic microbial activities of these contrasting soils. Special emphasis will be given to organisms which are responsible for the production of greenhouse gases (nitrous oxide, methane) after soil compaction. Methods: Characterization of microbial communities with molecular tools (T-RFLP fingerprinting, DGGE, cloning and sequencing); Quantification of functional genes (quantitative PCR); Soil Microbial Measurements (C-mineralization, respiration, microbial biomass C).
Objective: MAGICPAH aims to explore, understand and exploit the catalytic activities of microbial communities involved in the degradation of persistent PAHs. It will integrate (meta-) genomic studies with in-situ activity assessment based on stable isotope probing particularly in complex matrices of different terrestrial and marine environments. PAH degradation under various conditions of bioavailability will be assessed as to improve rational exploitation of the catalytic properties of bacteria for the treatment and prevention of PAH pollution. We will generate a knowledge base not only on the microbial catabolome for biodegradation of PAHs in various impacted environmental settings based on genome gazing, retrieval and characterization of specific enzymes but also on systems related bioavailability of contaminant mixtures. MAGICPAH takes into account the tremendous undiscovered meta-genomic resources by the direct retrieval from genome/meta-genome libraries and consequent characterization of enzymes through activity screens. These screens will include a high-end functional small-molecule fluorescence screening platform and will allow us to directly access novel metabolic reactions followed by their rational exploitation for bio-catalysis and the re-construction of biodegradation networks. Results from (meta-) genomic approaches will be correlated with microbial in situ activity assessments, specifically dedicated to identifying key players and key reactions involved in anaerobic PAH metabolism. Key processes for PAH metabolism particularly in marine and composting environments and the kinetics of aerobic degradation of PAH under different conditions of bioavailability will be assessed in model systems, the rational manipulation of which will allow us to deduce correlations between system performance and genomic blueprint. The results will be used to improve treatments of PAH-contaminated sites.
Der Kapillarsaum stellt einen hochaktiven Bereich für den (bio-) chemischen Abbau organischer Substanzen im Boden dar. Wegen der großen Verbreitung synthetischer organischer Mikroverunreinigungen ist das Verhalten der Substanzen und ihre biologische Abbaubarkeit in gesättigten und ungesättigten Bereichen des Bodens von großer ökologischer Bedeutung. Die möglichen Abbauprodukte der Schadstoffe und ihre Integration in die Bodenmatrix wurden allerdings noch nicht eingehend erforscht. Es wird erwartet, dass der Saumbereich eine hohe Bioaktivität beim Abbau und bei der Umformung der Schadstoffe aufweist. Dieser 'natürliche Bioreaktor' führt zu einem makromolekularen Material aus Biomasse, in welchem die Xenobiotika und ihre Abbauprodukte integriert werden können. Untersuchungen zum Transportverhalten und der biochemischen Umwandlungen ausgewählter organischer Modellstoffe (Phenol, Salicylsäure, Benzolsulfonsäure) und organischer Mikroverunreinigungen (Röntgenkontrastmittel, Atrazin) im Kapillarsaumbereich stehen im Mittelpunkt der Untersuchungen. Es wird ein 2D-Versuchsstand (2D-flow through experiment) eingesetzt, um die Abhängigkeit der Reaktionen von den spezifischen Bedingungen im Kapillarsaum (Variation im Wassergehalt, Sauerstoffkonzentration, Redoxpotential, vertikale und horizontale Strömung) zu bestimmen. Vergleichend werden ebenfalls Batch- und Säulenexperimente durchgeführt. Durch die quantitativen Ergebnisse wird ein umfassenderes Verständnis und damit eine näherungsweise Berechnung der Vorgänge im Kapillarsaum erwartet.
Ziel des Teilprojektes ist die Untersuchung und Bewertung von biologisch abbaubaren Mulchfolien hinsichtlich ihrer Funktionalität, der Abbaudynamik und der Wirkung auf Pflanze und Boden. Für die spezielle Anwendung der Mulchfolien im Gartenbau soll eine Einarbeitung der Folien in den Boden nach der Ernte erfolgen. Hierfür werden der Einfluss der Mulchfolien, der Abbaubauprodukte und der Folienreste auf die Bodenorganismen und die Folgekultur in ökotoxikologischen Testverfahren evaluiert. Die Prüfung der biologischen Abbaubarkeit erfolgt im wässrigen Milieu und während der Kompostierung. Es werden Toxizitätstests zur Wirkung der Mulchfolien auf Pflanzen und Bodenorganismen nach einer Einarbeitung in den Boden durchgeführt. Die Ermittlung der Kohlenstoff-Mineralisierung in verschiedenen Böden unter Laborbedingungen wird genutzt, um das Abbauverhalten der Produkte im Boden zu charakterisieren. Zur Beurteilung der Funktionalität der Modellfolien und zum Upscaling werden Parzellenfeldversuche durchgeführt.
Im Rahmen des Projektes soll eine biologisch abbaubaren Mulchfolie mit definiert einstellbarer biologischer Abbauzeit entwickelt werden. Biologisch abbaubare Mulchfolien im Allgemeinen sind zwar Stand der Technik und werden auch im Markt vertrieben, sie bauen aber nicht im gewünschten Zeitraum ab und müssen dann wie konventionelle Mulchfolien nach der Ernte wieder eingesammelt werden. Eine Lösung hierfür sind definiert abbaubare Bio-Mulchfolien für Früchte mit verschieden definierten Anbauzeiten, die aber aktuell nicht am Markt vertrieben werden. Ziel des geplanten Projekts ist es deshalb, diesen Nachteil zu überwinden und mindestens drei Abbaukategorien zu realisieren. Wenn dann für die jeweiligen Pflanzenarten Mulchfolien mit entsprechend angepassten Abbaugeschwindigkeiten angeboten werden und somit die biologische Abbaubarkeit im vorgesehenen Zeitraum gegeben ist, muss die Folie nach der Ernte auch nicht mehr eingesammelt werden.
Konkret ist innerhalb dieses Projektes Furnierschichtholz aus Buchenschälfurnier in Form von Rohren oder Stangen zur Verwendung als Ankerstab bei Bodenvernagelungen im Grundbau vorgesehen. Buchenholz eignet sich für die angedachte Zug-Schubbeanspruchung der Ankerstäbe besonders, da es im Vergleich zu anderen (Nadel-)Holzarten signifikant höhere Zug- und Schubfestigkeiten besitzt. Vorrangige Aufgabe des neu entwickelten Furnierschichtholzrohres aus Buchenschälfurnier, der Furnierschichtholzstangen oder des Bambusrohres ist die Substitution der Ankerstäbe aus Stahl durch organische Baustoffe. Größter Vorteil dieser Idee ist die ressourcenschonende Herstellung von verankerten Spritzbetonwänden durch den Einsatz von organischen Materialien, welche nach Ablauf der erforderlichen Standzeit im Boden verrotten können und somit kein hochwertiger Stahl ungenützt dauerhaft im Boden verbleibt. Im Wesentlichen gliedern sich die Arbeitsinhalte in drei Teilbereiche. Der erste Teilbereich umfasst die Materialwissenschaften (Untersuchungen hinsichtlich der zeitlich begrenzten Verwendung von Holz mit Erdkontakt unter Dauerbeanspruchung), der zweite Teilbereich umfasst die Bodenmechanik (Einbindung des Holzankers in ein Materialmodell des Bodens) und im dritten Teil werden Fragen der Verfahrenstechnik (Herstellung der Furnierschichtholzrohre samt Anschlüsse und Untersuchung des Einbauverfahrens der neu entwickelten Ankernägel) bearbeitet.
BIOVENTING ist ein sehr kosteneffizientes Verfahren zur Entfernung von schwerflüchtigen organischen Schadstoffen (Diesel, Heizöle, Schmieröle, etc.) aus der ungesättigten Bodenzone. Durch Sauerstoffanreicherung im Untergrund (Absaugung der Bodenluft, Eintrag von Umgebungsluft) wird der mikrobielle Schadstoffabbau angeregt. Durch Mineralisation werden die abbau- und verfügbaren Kontaminanten (Kohlenwasserstoffe) aus dem Boden entfernt. Im Rahmen dieses Projektes wurden Methoden zur Ermittlung der Einsatzgrenzen dieses in-situ Verfahrens entwickelt. Neben einer Überprüfung der physikalisch-chemischen Voraussetzungen (Durchlässigkeit, Wassersättigung, Alkalinität, Nährstoffgehalt) werden am Standort Untersuchungen (Bodengasanalysen, in-situ Repirationstests) zur Bestimmung der biologischen Abbaubarkeit der Kontaminanten durchgeführt. Anhand dieser Methoden kann überprüft werden, ob ein kontaminierter Standort durch Einsatz des BIOVENTING-Verfahrens sanieren werden kann.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 32 |
| Europa | 2 |
| Land | 2 |
| Wissenschaft | 15 |
| Zivilgesellschaft | 1 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 32 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 32 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 22 |
| Englisch | 15 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 23 |
| Webseite | 9 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 31 |
| Lebewesen und Lebensräume | 32 |
| Luft | 24 |
| Mensch und Umwelt | 32 |
| Wasser | 24 |
| Weitere | 32 |