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Der Einfluss von SO2-Immissionen auf den Stoffwechsel von Flechten als Bioindikatoren fuer Luftverunreinigungen

Wirkung von Schwefeldioxid auf Nettophotosynthese und Atmung von Flechten; Kartierung von Flechten im Stadtgebiet; Schwefel-Analysen in Flechten.

Unbeachtete Dynamik des Gewässerbetts? Wirkung wandernder Sandrippel auf das mikrobielle Nahrungsnetz und den Metabolismus in Fließgewässern

Ziel des Projektes ist es, die Bedeutung wandernder Sandrippel für das mikrobielle Nahrungsnetz, den Kohlenstofffluss und den Metabolismus in Fließgewässerökosystemen aufzuklären. Die etablierten Konzepte zur Sedimentstörung in der Fließgewässerökologie fokussieren auf katastrophale Hochwasserereignisse, die tiefe Erosionen und drastische Verlagerungen der Sedimente bewirken. In Gewässern mit einem hohen Anteil sandiger Sedimente kommt es allerdings bereits bei geringen Abflüssen zu einer periodischen Umlagerung der Bettsedimente in Form wandernder Sandrippel. Diese Sandrippel bedecken, abhängig von der Sedimentfracht, zunehmende Bereiche der Gewässersohle, streckenweise sogar bis zu 100%. Aufgrund des weltweit zunehmenden Feinsedimenteintrags aus den Einzugsgebieten sind Sandrippel ein weit verbreitetes Phänomen in Bächen und Flüssen. Dennoch gibt es zum Einfluss der Sandrippel auf die Fließgewässerökologie nur sehr wenige Untersuchungen, deren Ergebnisse sich teilweise widersprechen. Wir postulieren, dass wandernde Sandrippel abhängig von ihrem Deckungsgrad auf der Sohle das mikrobielle Nahrungsnetz, den Kohlenstofffluss und den Metabolismus des gesamten Gewässers bestimmen. In originären experimentellen Ansätzen untersuchen wir i) die Auswirkungen der Sedimentumlagerung innerhalb wandernder Sandrippel, ii) die Interaktion der Rippelbereiche mit den umliegenden stabilen Sohlbereichen eines Gewässerabschnitts und den Gesamtmetabolismus im Abschnitt und iii) den Return (= Dynamik nach Beendigung der Sedimentumlagerung). Die Bewegung der Sande in wandernden Sandrippeln wird in einer Mikrokosmenanlage simuliert und der Einfluss von Umlagerungsfrequenz, Licht- und Nähstoffregime auf die Respiration, die Primärproduktion und das mikrobielle Nahrungsnetz untersucht. Die Auswirkungen zunehmender Bedeckung der Sohle mit wandernden Sandrippeln auf nahe stabile Sohlbereiche und den Gesamtmetabolismus von Gewässerabschnitten werden in 16 Rinnen einer Fließgewässersimulationsanlage erforscht. In diesen Experimenten werden zudem der Return von mikrobiellen Gemeinschaften und Gesamtmetabolismus mit erfasst. Die Experimente werden ergänzt und validiert durch in situ Messungen in Bächen und Flüssen. Dabei werden die abiotisch Bedingungen im Porenraum wandernder Sandrippel und naheliegender stabiler Sande sowie der lokale Metabolismus mit einer neu entwickelten Sonde gemessen und das mikrobielle Nahrungsnetz und der Kohlenstofftransfer in diesen Sohlbereichen erfasst. Die Synthese der Ergebnisse wird Klarheit schaffen über die Bedeutung wandernder Sandrippel für die mikrobiellen Gemeinschaften und den Stoffumsatz in Fließgewässern. Die zu erwartenden Erkenntnisse werden auch eine bessere Bewertung wandernder Sandrippel ermöglichen und sind somit Grundlage für Schutz und Management der Gewässerfunktionen.

Oekophysiologie der Gruenlandpflanzen, a) Physiologie der Gruenlandpflanzen

Apparente Photosynthese und Dunkelatmung des Graesersprosses. Atmungsintensitaet der Graeserwurzel. CO2-Gaswechsel von ganzen und intakten Graspflanzen. Wirkung der Immissionsbelastung auf die Vegetation an Verkehrswegen.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1158: Antarctic Research with Comparable Investigations in Arctic Sea Ice Areas; Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten, Der Einfluss des Klimawandels auf die C-Bilanz von Photosynthese und Respiration in planktischen und benthischen Mikroalgen

Der biologische C-Kreislauf in der Antarktis unterliegt der Kontrolle der planktischen und benthischen Primärproduzenten. Die Menge an fixiertem Kohlenstoff hängt dabei nicht nur von deren photosynthetischer Aktivität ab, sondern auch von den Verlusten durch Respiration. Daher ist das Verhältnis von Photosynthese zu Respiration (rP/R) ein wichtiger Parameter den Einfluss des Klimawandels auf den antarktischen Kohlenstoffkreislauf abschätzen zu können, da aus Laborstudien bekannt ist, dass dieser Parameter empfindlich auf Umweltfaktoren reagiert. Allerdings sind quantitative Daten kaum verfügbar und Freilanddaten fehlen ganz. Das ist hauptsächlich einer methodischen Limitierung geschuldet, da sich zwar die Photosynthese Leistung über 14C, Sauerstoff oder Fluorometrie ermittelt lässt, sich die Atmung kaum oder nur mit hohem Aufwand erfassen lässt. In diesem Vorhaben soll zunächst gezeigt werden, wie hoch die Variabilität des Verhältnisses rP/R bei antarktischen Mikroalgen unter global change Bedingungen ist (steigende Temperatur, Eisenmangel. Mit diesen Daten kann dann in Modellrechnungen gezeigt werden, wie hoch der Fehler bei Primärproduktionsmessungen sein kann, wenn die Atmung nicht adäquat berücksichtigt wird. Danach soll eine Methode zur Messung der Atmung entwickelt werden, die ohne Gaswechsel und mit hohem Durchsatz im Freiland eingesetzt werden kann, um auch im Feld richtige rP/R Werte ermitteln zu können. Auf diese Weise können alle Teilprojekte, die sich mit klimawandel-abhängigen Veränderungen der antarktischen C-Bilanz beschäftigen, mit Zusatzinformationen versorgt werden, die den Wert der Daten deutlich steigern können.

Forschergruppe (FOR) 2337: Denitrifikation in landwirtschaftlichen Böden: Prozesssteuerung und Modellierung auf verschiedenen Skalen (DASIM), Teilprojekt: Bodeninkubationen zur Gewinnung von Modellvalidierungsdatensätzen und Experimente zur Quantifizierung des anaeroben Volumenanteils im Boden

Robuste Datensätze zur Validierung von N2 Flüssen aus Denitrifikationsmodellen sind rar, vor allem wegen der begrenzten Verfügbarkeit geeigneter Methoden, aber auch aufgrund der extremen raum-zeitlichen Heterogenität der Denitrifikation. Der anaerobe Volumenanteil im Boden, eine wesentliche Steuergröße der Denitrifikation, ist bekanntlich von der räumlichen Verteilung der Gasdiffusivität und der Respiration abhängig. Durch die begrenzte Messbarkeit seiner Regelfaktoren wurde der anaerobe Volumenanteil im Boden bisher kaum quantifiziert. Heute stehen jedoch besser geeignete Methoden zur Verfügung. Diese Aspekte werden wir in vier Abschnitten behandeln. 1. Neue und verbesserte Stabilisotopenmethoden sollen eingesetzt werden, um Datensätze zu erheben, die die Aktivität der Denitrifikation und ihre Regelung in hoher räumlichen und zeitlichen Genauigkeit und Auflösung abbilden. Diese Datensätze dienen der Validierung bestehender und Kalibrierung neuer Denitrifikationsmodelle, die in Teilprojekten von DASIM (P7, P8, PC) angewendet und/oder entwickelt werden sollen. 2. Durch Inkubationsversuche mit variierter Bodenmenge unter standardisierten Bedingungen werden wir das für die Denitrifikation repräsentative Elementarvolumen als Grundlage für das Hochskalieren bei der Modellierung untersuchen. 3. Zur Bestimmung des anaeroben Bodenvolumenanteils werden wir in Kooperation mit P1 und P8 die räumliche Verteilung der Gasdiffusivität sowie Denitrifikationsaktivitäten unter definierten Sauerstoffverhältnissen messen. Diese verschiedenen Ansätze werden kreuzvalidiert und der aussichtsreichste wird bei der Validierung des anaeroben Volumens in den neuen Denitrifikationsmodellen (P8) Anwendung finden. 4. Wir werden testen, ob die räumlichen Verteilungen der Denitrifikationsaktivität sowie ihrer Kontrollfaktoren mit NanoSIMS bestimmt werden können und ob NanoSIMS geeignet ist, um in Phase 2 von DASIM heterogene mikroskalige Prozesse in größerem Umfang zu untersuchen. Diese Tests beinhalten die Messung der Verteilung der organischen Substanz in ausgewählten Bodenaggregaten und eine neue 15N-Tracermethode zur Lokalisierung von Nitratabbau in Aggregaten.

Untersuchungen von Luftschadstoffen im Hinblick auf eine Klaerung der Ursachen der neuartigen Waldschaeden unter kontrollierten Bedingungen

Untersucht werden in erster Linie Wirkungen von Ozon allein oder in Kombination mit saurem Nebel unter kontrollierten Bedingungen. Als Arbeitshypothese liegt das Wirkungsschema der LIS zur Entstehung der neuartigen Waldschaeden zugrunde (siehe LIS-Bericht Nr. 28). Zur experimentellen Untersuchung der O3-Wirkung werden Waldbaeume in Plexiglaskammern mit gefilterter Luft unter Zusatz von Ozon begast und die verschiedenen physiologischen Parameter verfolgt. Dabei konnte festgestellt werden, dass unter O3-Einfluss a) die Photosyntheserate reduziert wird, b) die Atmungsrate ansteigt, c) der Chlorophyllgehalt abnimmt. Es laesst sich eine vorlaeufige Rangfolge der Sensitivitaet wie folgt aufstellen 1) Buchen 2) Ahorn 3) Fichte 4) Tanne. Zur Wirkung der kombinierten Behandlung von Fichten mit Ozon und saurem Nebel werden vor allem die aus den Baeumen ausgewaschenen Naehrstoffe analysiert. In Abhaengigkeit von der Ozonkonzentration werden Ca++, Mg++, K+, Mn+, NO3- und SO4-- verstaerkt ausgewaschen, Cl- dagegen nicht. Mit sinkendem pH-Wert in der Nebelloesung nimmt die Menge ausgewaschener Ionen ebenfalls zu.

Staub - Spiegel der Umwelt - Eine Public Science Ausstellung im Wissenschaftszentrum Umwelt

Täglich sammeln wir Staub - wenn wir uns in einem Raum aufhalten, wenn wir durch eine Wiese oder über eine Straße gehen oder auch in einem Buch lesen - und täglich versuchen wir, ihn wieder loszuwerden. Unser Drang nach Reinheit hat eine ganze Industrie entstehen lassen, die von Staubsaugern bis zu High-Tech-Filtern alle Arten von kleinen und größeren Hilfsmitteln anbietet. Für die Wissenschaft ist Staub kein Dreck. Was für den Alltagsmenschen ein Symbol der Zerstörung ist, birgt für den Forscher viele wichtige Informationen. Denn aus einer Analyse des Staubes lässt sich vieles über unsere gegenwärtige und sogar über vergangene Umwelten lernen. Zum anderen erobert die Wissenschaft mit Mikro- und Nanotechnologien die Welt des Winzigen. Denn das sehr Kleine eröffnet besondere technische Chancen. Auch diese aktuellen Entwicklungen und die damit verbundenen Chancen und Risiken soll die Ausstellung aufzeigen. Die Ausstellung wurde von November 2004 bis Oktober 2005 im Wissenschaftszentrum Umwelt der Universität Augsburg gezeigt werden. Sie umfasst 30-40 Exponate, darunter mehrere Hands-on-Exponate. Leihgeber für spezielle Objekte sind das Bundeskriminalamt, das Landesamt für Umweltschutz in Bayern, das Umweltbundesamt, der Deutsche Wetterdienst und weitere Institutionen. Ein ausstellungsbegleitendes Buch wird beim Oekom Verlag in München erscheinen. Im Anschluss an die Augsburger Station ging die Ausstellung auf Wanderschaft und wurde inzwischen an sechs weiteren Stationen gezeigt. Die Zahl der Besucher liegt bereits weit über 100.000.

Die unbekannte Stöchiometrie der mikrobiellen Biomasse des Bodens und ihre potentielle Nutzung - C:N:P:et al

Damit Ökosystemdienstleistungen, die beispielsweise der Bodenfruchtbarkeit und -gesundheit dienen, mit einer hohen Rate erbracht werden können, ist eine größere und aktivere mikrobielle Biomasse (MB) im Boden von Vorteil. Die MB wird häufig über die Chloroform-Fumigation-Extraktion von Kohlenstoff (C), Stickstoff (N) und Phosphor (P) bestimmt und diese drei Elemente weisen eine homöostatische Stöchiometrie auf. Mikroorganismen bestehen jedoch aus mehr als diesen drei Elementen und jene anderen spielen wichtige Rollen in Zellfunktionen, Wachstum, und Ökosystemdienstleistungsbezogenen Aktivitäten. Aber deren Stöchiometrie in der MB ist nicht bekannt. Gemäß dem Minimumgesetz werden Wachstum und Aktivität durch jene Nährstoffe begrenzt, die im Verhältnis zur benötigten Menge die geringste Verfügbarkeit aufweisen. Allerdings hat sich die Erkenntnis durchgesetzt, dass Co-Limitierung dominiert. Andererseits können einige Elemente wie Mangan andere wie beispielsweise Magnesium, Eisen und Zink substituieren. Das Verhältnis von C zu anderen Elementen als N und P, das für Wachstum und Aktivität im Boden benötigt wird, ist nicht bekannt. Kürzlich haben wir eine Chloroform-Fumigation-Extraktionsmethode zur Analyse weiterer MB-Elemente optimiert. Mit dieser Methode soll die MB in Bodenvarianten aus zwei Langzeitdüngeexperimenten und ihren Korngrößenfraktionen untersucht werden. Während sich erstere in ihrem Nährstoffstatus durch die verschiedenen Düngungevarianten unterscheiden, unterscheiden sich letztere durch die Diversität der Mineralien und die Qualität assoziierter organischer Bodensubstanz. In Inkubationsexperimenten sollen des Weiteren Elemente in mehreren Konzentrationsstufen zugeführt werden. Durch diese Herangehensweisen soll die Hypothese getestet werden, dass im Gegensatz zu C:N:P Elemente, die substituiert werden können, eine flexible Stöchiometrie aufweisen. Die Untersuchungen beinhalten die Messung von Bodenatmung und Enzymaktivitäten. Mittels Schrotschusssequenzierung sollen funktionelle Gene analysiert werden, die mit den Elementen in Beziehung stehen wie jene, die für Metalloproteine codieren. Es soll überprüft werden, ob das Wissen über die Stöchiometrie bioverfügbarer und MB-Elemente genutzt werden kann, um Wachstum und Aktivität der Mikroorganismen zu erhöhen. Die Ergebnisse dieses Projekts geben Einsicht in den stöchiometrischen Phänotyp der MB des Bodens jenseits von C, N und P. Dieses Wissen zusammen mit jenem über bioverfügbare Elemente soll Interessengruppen ermöglichen, die mikrobielle Gemeinschaft des Bodens durch spezifische Elementzugabe in spezifischen Konzentrationen so zu behandeln, dass Bodenfruchtbarkeit und -gesundheit sowie entsprechend Ökosystemdienstleistungen des Bodens erhöht werden.

Führt eine gesteigerte Siliziumverfügbarkeit zu eine Erhöhung der Mineralisierung von organischem Material in Niedermooren?

Silizium (Si) spielt eine wichtige Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf. Die Si-Verfügbarkeit in Ökosystemen ist dabei sehr unterschiedlich, abhängig von Ökosystemtyp, Ausgangsgestein, Vegetation und weiteren Faktoren. Aktuelle Forschung hat gezeigt, dass die Si-Verfügbarkeit entscheidend für Nährstoffgehalt und Nährstoffstöchiometrie von pflanzlicher Streu ist; besonders deutlich ist dieser Zusammenhang in Gräser-dominierten Systemen. Bedeutend in dem Zusammenhang ist eine gesteigerte Abbaurate von organischem Material bei gesteigerter Si-Verfügbarkeit. Pflanzenstreu mit geringen Nährstoffgehalten wird bekanntermaßen langsamer abgebaut als nährstoffreiche Streu. Allerdings konnte kürzlich gezeigt werden, dass nährstoffarme Streu mit hohen Si-Gehalten schneller abgebaut wird als nährstoffreiche Streu mit wenig Si. Dabei wurde gleichzeitig durch die Erhöhung des Si-Gehaltes der Streu die Biomasse der abbauenden Pilze stark reduziert. Dies beweist die Bedeutung von Si für den Kohlenstoffkreislauf und die mikrobielle Abbaugemeinschaft in von Gräsern dominierten Ökosystemen. Niedermore, als wichtige Kohlenstoffspeicher und bedeutende Treibhausgas-emittenden, sind solche von Gräsern dominierten Ökosysteme mit einem potentiell hohen Einfluss von Si auf den Kohlenstoffkreislauf. Eine Vorabstudie, welche den Einfluss von Si auf den Kohlenstoffkreislauf in einem Niedermoor untersuchte, zeigte eine verstärkte Respiration mit einer Vordopplung der Methangehalte im Torfkörper auf Si gedüngten Flächen. Allerdings wurde gleichzeitig zu den erhöhten Respirationsraten auch ein Anstieg der Phosphorgehalte (P) in der Bodenlösung gemessen. Eine Erhöhung des verfügbaren P führt bekanntermaßen ebenfalls zu einer Erhöhung der Respiration. Das Ziel des beantragten Projektes ist die direkten Effekte von Si auf den Kohlenstoffkreislauf von den indirekten Effekten (durch die Si bedingte P-Mobilisierung) zu trennen und eine Quantifizierung beider Prozesse vorzunehmen. Unsere Hypothesen sind (i) eine höhere Si Verfügbarkeit führt zu einer Steigerung der Respiration organischer Substanz (Torf), durch (ii) direkte Si-Effekte und indirekte Si-Effekte durch eine Steigerung der P-Verfügbarkeit, (iii) die Steigerung der Respiration durch Si wird vorrangig durch Bakterien als durch Pilze erzielt und (iv) eine Steigerung der Si Verfügbarkeit führt zu einer Steigerung von P und N Verfügbarkeit, Umsatz und Aufnahme durch Pflanzen und damit zu labilerer Streu. Die Mechanismen zu verstehen auf welche Weise Si den Kohlenstoffkreislauf in Niedermooren beeinflusst ist ein wichtiger Teil eines verbesserten Verständnisses des terrestrischen Kohlenstoffkreislaufs.

Projekt Beobachtungsgesundheitsaemter - Ein Monitoring der internen Schadstoffbelastung und der Wirkung von Luftschadstoffen

Ziele: Ermittlung der internen Belastung mit Schwermetallen (Blei, Cadmium, Arsen, Quecksilber) und organischen Schadstoffen (Hexachlorbenzol, Polychlorierte Biphenyle). Ermittlung der Haeufigkeit des Auftretens bzw. der Schwere von Atemwegserkrankungen und Allergien. Fragestellungen: Gibt es Unterschiede in der internen Belastung von Kindern aus unterschiedlich strukturierten Regionen? Unterscheiden sich Kinder aus Regionen mit unterschiedlicher Luftbelastung in Baden-Wuerttemberg hinsichtlich der Entwicklung der Atemwege? Besteht ein Zusammenhang zwischen der Immissionssituation und der Haeufigkeit des Auftretens bzw. der Schwere von Atemwegserkrankungen und Allergien? Bisherige Ergebnisse: Die Ergebnisse liegen insgesamt in einem Bereich, der bei vergleichbaren Untersuchungen im Bundesgebiet beobachtet wurde. Bei der Belastung mit Schadstoffen traten fuer einzelne Parameter Unterschiede zwischen den Orten auf, denen jedoch aufgrund der insgesamt geringen Konzentrationsunterschiede eine geringe Bedeutung zukommt. Fuer die Haeufigkeit von Atemwegserkrankungen und Allergien erwies sich die familiaere Veranlagung als Haupteinflussfaktor. Der Anteil der Kinder, die eine Sensibilisierung aufweisen, liegt im Ballungsgebiet Mannheim deutlich niedriger als in den eher laendlich strukturierten Regionen Kehl und Aulendorf/Bad Waldsee.

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