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Festigkeiten nichtbindiger Böden

Herleitung von Korrelationen zur realitätsnahen Beurteilung der Festigkeiten nichtbindiger Böden Die Datenbasis bestehender Korrelationen zur Ermittlung der Festigkeiten nichtbindiger Böden anhand von Drucksondierungen ist gering. Mittels Untersuchungen in einer Versuchsgrube sowie Labor- und Feldversuchen sollen Korrelationen aufgestellt werden, um eine sichere und wirtschaftliche Bemessung zu ermöglichen. Aufgabenstellung und Ziel Das maßgebliche Kriterium zur Bemessung von Bauteilen sowie zur Beurteilung von Standsicherheiten ist neben dem Grundwasserstand die Festigkeit, d. h. die Scherfestigkeit und die Kompressibilität der anstehenden Böden. Während bei Festgestein und bindigen Böden (Tone und Schluffe) vornehmlich direkte Elementversuche an entnommenen Bodenproben im Labor ausgeführt werden, kommen bei nichtbindigen Böden (Sande und Kiese) indirekte Verfahren mittels Sondierungen in Verbindung mit Korrelationen zur Anwendung. Von den unterschiedlichen Sondierverfahren kommt heutzutage überwiegend die Drucksondierung (CPT – Cone Penetration Test) zur Anwendung, um auf die Festigkeiten und die Schichtenfolge der Böden in situ zu schließen. Wie Untersuchungen (z. B. Melzer 1968; Lunne et al. 1997) gezeigt haben, ist das Sondierergebnis einer CPT, d. h. der Spitzenwiderstand und die Mantelreibung, abhängig von diversen Eigenschaften des anstehenden Bodens, wie z. B.: Kornform, Kornverteilung, Lagerungsdichte, Chemismus, Grundwasserstand. Derzeitige Korrelationen (z. B. DIN EN 1997-2, 10/2010) gehen auf einige der Parameter, insbesondere die Kornverteilung, ein. Die Datengrundlage zur Herleitung der derzeit verwendeten Korrelationen basiert lediglich auf oberflächennahen Untersuchungen; die Datenbasis ist gering. Eine Interpretation durch den Sachverständigen für Geotechnik auf Grundlage lokaler Erfahrungen wird daher in den Normen empfohlen. In der norddeutschen Tiefebene stehen regionaltypische nichtbindige Böden in weiten bauwerksrelevanten Bereichen an. Zur realitätsnahen Beurteilung der Festigkeiten dieser Böden sind systematische experimentelle Untersuchungen von Drucksondierungen in einem labortechnischen Druckbehälter (Bild 1) durchzuführen und folglich eigene Korrelationen aufzustellen. Hierbei ist in die unterschiedlichen Ablagerungsmilieus, wie z. B. marine Sedimente, glaziale Schmelzwassersande und Beckensande zu unterscheiden. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) In der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) werden Aufschlüsse für die Erkundung des Baugrunds in großem Umfang als Sondierungen ausgeführt und bilden die Grundlage für die Bewertung des Baugrundes. Nur durch eine zutreffend ermittelte Scherfestigkeit und Kompressibilität des Baugrundes können Bauteile wie Uferwände, Baugrubenwände und -sohlen, Rückverankerungen, Pfähle, etc. wirtschaftlich und ressourcenschonend und gleichzeitig sicher dimensioniert werden. Des Weiteren können mithilfe einer besseren Kenntnis der Festigkeitseigenschaften von Böden Standsicherheiten bestehender Strukturen realitätsnäher berechnet werden, was z. B. bei bestehenden übersteilen Böschungen an Kanälen das Entscheidungskriterium für die weitere Vorgehensweise (Erhalt, Beobachtungsmethode, Ertüchtigung, Neubau) ist. Abschließend kommt den o. g. Parametern in der Planung eine bedeutende Rolle bei der Festlegung geeigneter Bauverfahren zu. Untersuchungsmethoden Es sind experimentelle Untersuchungen in einem labortechnischen Druckbehälter, auch Kalibrierkammer genannt (Bild 1), zur Erstellung eigener Korrelationen vorgesehen. Hierbei sind unter definierten Bedingungen unterschiedliche Korngemische zu untersuchen, um verschiedene Einflussparameter wie z. B. Kornverteilung, Korngröße, Kornform, Lagerungsdichte, etc. und auf das Sondierergebnis zu untersuchen. (Text gekürzt) Herleitung von Korrelationen zur realitätsnahen Beurteilung der Festigkeiten nichtbindiger Böden Die Datenbasis bestehender Kor

Innovative Agro-Photovoltaik

Umweltstaatssekretär Jochen Flasbarth übergibt Förderbescheid an das Unternehmen Steinicke in Niedersachsen. Das Bundesumweltministerium fördert mit mehr als 400.000 Euro eine innovative Agro-Photovoltaikanlage des Unternehmens Steinicke im niedersächsischen Lüchow. Mit dem Pilotprojekt sollen Agrarflächen sowohl zur Lebensmittelerzeugung als auch darüberliegend zur Stromgewinnung durch Photovoltaik genutzt werden. Jährlich sollen durch die Anlage 756.000 Kilowattstunden Strom erzeugt werden, mehr als zehn Prozent oberhalb einer konventionellen Photovoltaikanlage gleicher Leistung. Jochen Flasbarth, Staatssekretär im Bundesumweltministerium, übergibt heute den Förderbescheid aus dem BMU-Umweltinnovationsprogramm bei seinem Besuch des Unternehmens Steinicke - Haus der Hochlandgewürze GmbH in Lüchow. Umweltstaatssekretär Jochen Flasbarth: 'Auf dem Weg zur Klimaneutralität 2045 benötigen wir deutlich mehr Erneuerbare Energien. Beim Ausbau der Erneuerbaren Energien brauchen wir viel mehr Kreativität, wie wir Nutzungskonflikte bei den verfügbaren Flächen auflösen können. Deshalb ist die Erprobung von Mehrfachnutzungen von landwirtschaftlicher Produktion und darüberliegender Photovoltaik eine innovative Lösung mit viel Zukunftspotenzial. Bei dem Vorhaben der Steinicke GmbH wird die Agro-Photovoltaik erstmals in großtechnischem Maßstab umgesetzt. Das ist eine Win-Win-Situation für das Klima, für eine zukunftsfähige Landwirtschaft und die Lebensmittelerzeugung.' Konventionelle Freiflächen-Photovoltaikanlagen werden bodennah errichtet. Die bebaute Fläche ist dann für eine andere Verwendung, wie z.B. die landwirtschaftliche Nutzung, nicht mehr geeignet. Um diesen Flächenkonflikt aufzulösen, plant das Unternehmen die erstmalige Errichtung einer Agro-Photovoltaikanlage (APV) in großtechnischem Maßstab. Eine höhere Aufständerung und größere Reihenabstände zwischen den einzelnen Modulen ermöglichen es, die Fläche zusätzlich für die landwirtschaftliche Bestellung auch mit landwirtschaftlichen Maschinen zu nutzen. Hierzu sollen auch neue Anbauverfahren zum Einsatz kommen. Außerdem verfügt die Agro-Photovoltaikanlage über zweiseitige Zellen, die das einfallende Licht nicht nur über die Vorder-, sondern auch über die Rückseite nutzen, und erzeugt so im Vergleich zu konventionellen Photovoltaikanlagen einen höheren Stromertrag. Der Strom soll für den Eigenbedarf, wie z.B. den Trocknungsprozess, eingesetzt werden. Darüber hinaus wird der Boden unter den Modulen von diesen beschattet, was weitere positive Effekte mit sich bringt, zum Beispiel den Erhalt der Bodenfeuchtigkeit und die Verringerung der Erosion und des Wasserverbrauchs. Unterhalb der PV-Anlage entsteht so eine Bodenstruktur mit günstigem Mikroklima, was einen Beitrag für eine umwelt- und klimafreundliche und damit zukunftsfähige Landwirtschaft darstellt.

Modellierung der Sorption von Radionukliden an organophilen Tonmineralen

Als Füllmaterial oder als Bestandteil technischer Barrieren in Endlagern von chemisch-toxischen oder radioaktiven Abfällen werden bestimmte Tonminerale verwendet bzw. in den Designstudien vorgeschlagen. Dabei sind vor allem drei Eigenschaften dieser Tone ausschlaggebend: Die geringe Wasserleitfähigkeit, das Quellvermögen bei Wasserzutritt und das Rückhaltevermögen für Kationen. Das wünschenswerte Rückhaltevermögen auch für Anionen fehlt bei naturbelassenen Tonen, kann aber durch Behandlung erzeugt werden, bei der die Zwischenschicht-Kationen der Tone durch bestimmte organische Kationen ersetzt werden. Dadurch entstehen sogenannte organophile Tone, die so eingestellt werden können, daß sie beide Ionenarten sorbieren können. Die entscheidenden Mechanismen dieser Sorptionsprozesse an organophilen Tonmineralen und die sich dabei ergebenden Strukturen des Tonminerals sind noch nicht vollständig bekannt. Ihre umfassende Kenntnis ist jedoch wichtig für die gezielte Optimierung ihrer Sorptionseigenschaften und ihrer Eignung zum Einsatz unter Endlagerungsbedingungen. Das Optimierungspotential liegt in der chemischen Struktur, Größe und Ladungsverteilung des organischen Kations sowie in der Wahl des Tonminerals. Zur Erlangung bisher fehlender Detailkenntnisse und zur Unterstützung der Optimierung soll daher in diesem Forschungsvorhaben eine Computersimulation des Organo-Ton-Systems auf der Basis der bisher gesammelten experimentellen Informationen entwickelt werden. Mit diesem Modell soll die Konsistenz des bisherigen Verständnisses der beteiligten Phänomene überprüft, geeignete Fragestellungen an das Experiment entwickelt und Optimierungsschritte durch Simulation ausgewählt werden.

Spatial heterogeneity and substrate availability as limiting factors for subsoil C-turnover

In subsoils, organic matter (SOM) concentrations and microbial densities are much lower than in topsoils and most likely highly heterogeneously distributed. We therefore hypothesize, that the spatial separation between consumers (microorganisms) and their substrates (SOM) is an important limiting factor for carbon turnover in subsoils. Further, we expect microbial activity to occur mainly in few hot spots, such as the rhizosphere or flow paths where fresh substrate inputs are rapidly mineralized. In a first step, the spatial distribution of enzyme and microbial activities in top- and subsoils will be determined in order to identify hot spots and relate this to apparent 14C age, SOM composition, microbial community composition and soil properties, as determined by the other projects within the research unit. In a further step it will be determined, if microbial activity and SOM turnover is limited by substrate availability in spatially distinct soil microsites. By relating this data to root distribution and preferential flow paths we will contribute to the understanding of stabilizing and destabilizing processes of subsoil organic matter. As it is unclear, at which spatial scale these differentiating processes are effective, the analysis of spatial variability will cover the dm to the mm scale. As spatial segregation between consumers and substrates will depend on the pore and aggregate architecture of the soil, the role of the physical integrity of these structures on SOM turnover will also be investigated in laboratory experiments.

Forschergruppe (FOR) 402: Funktionalität in einem tropischen Bergregenwald Südecuadors: Diversität, dynamische Prozesse und Nutzungspotenziale unter ökosystemaren Gesichtspunkten, Funktionalität in einem tropischen Regenwald; Diversität; dynamische Prozesse und Nutzungspotentiale unter ökosystemaren Gesichtspunkten (FOR 402)

Die Bergwälder der Ostanden gehören zu den artenreichsten terrestrischen Ökosystemen der Erde, zugleich stehen sie unter immensem Nutzungsdruck (Abholzung, Umwandlung in Weideland). In einem multidiszilinären Ansatz aus Bio-, Geo-, Forst- und Agrarwissenschaften - von der Ebene des Organismus ausgehend bis hin zur Landschaftsebene - wollen wir an einem ausgewählten, für Forschungen zugänglichen ostandinen Bergwald in Südecuador ein solches Ökosystem, sowie seine gebietstypischen, durch menschliches Wirtschaften entstandenen Ersatzformationen beispielhaft analysieren. Dabei gilt es im ersten Schritt wichtige geowissenschaftliche und biologische Eigenschaften des Systems (Klima, Boden, Verfügbarkeit von Wasser und Nährelementen, Struktur und Artenzusammensetzung der Vegetation sowie Vorkommen und Vielfalt tierischer und pilzlicher Schlüsselorganismen: Pollinatoren, Samenverbreiter, Herbivore und Destruenten) zu erfassen. Im zweiten Schritt wird die Funktionsweise wichtiger Teilsystem erschlossen (Stoffflüsse zwischen wichtigen Kompartimenten, Dynamik und Regenrationspotentiale der Vegetation in Wechselwirkung mit der Fauna und den abiotischen Randbedingungen). Darauf aufbauend wollen wir drittens Optionen entwickeln bzw. überprüfen für eine nachhaltige Nutzung, Erhaltung und - soweit möglich - Rehabilitation des Waldes. Diese Erkenntnisse werden über das Untersuchungsgebiet hinaus für das ökosystemare Verständnis und Management tropischer Bergwälder von genereller Bedeutung.

Forschergruppe (FOR) 2337: Denitrifikation in landwirtschaftlichen Böden: Prozesssteuerung und Modellierung auf verschiedenen Skalen (DASIM), Teilprojekt: Hochauflösende Simulation der Denitrifikation

Auch in aeroben Böden finden Denitrifikationsprozesse statt, aller Voraussicht nach in heterogen verteilten anoxischen Mikrobereichen. Lokal anaerobe Bedingungen sind dabei entweder das Ergebnis einer limitierten Sauerstoffnachlieferung oder von besonders hohem Sauerstoffverbrauch bei der mikrobiellen Zersetzung von leicht abbaubarer organischer Substanz. Die Dynamik des Stickstoffumsatzes wird durch ein Zusammenspiel von mikrobieller Aktivität und abiotischen Bedingungen gesteuert, die eng mit der Bodenstruktur zusammenhängen. Denitrifikation ist ein Mehrskalenprozess, bei dem die biogeochemischen Prozess in einzelnen Poren stattfinden, während die relevante Skala für den Transport von Sauerstoff und organischer Substanz Millimeter bis Dezimeter ist. Schließlich werden für Klimasimulationen die aggregierten Produktflüsse für Gebiete mit einer Fläche von mindestens einigen Quadratkilometern benötigt. Diese enorme Spanne von mindestens drei Skalen über mehr als 9 Größenordnungen soll in diesem Projekt durch Modellierung und numerische Simulation mit einer Hierarchie von drei verschiedenen Modellen überbrückt werden. Ein dreidimensionales porenskaliges Modell wird zur Simulation einzelner Aggregate verwendet, ein ebenfalls dreidimensionales kontinuumskaliges Modell zur Simulation von Experimenten in Boden-Mesokosmen und ein drittes, eindimensionales Modell zum Testen von Upscaling-Konzepten, die später Eingang in Simulationen für ganze Landschaften finden sollen. Die Modelle werden mit Batchexperimenten parametrisiert und durch Untersuchung ihrer Fähigkeit zur Prognose der zeitlichen Dynamik der Denitrifikation und der Stöchiometrie der Produkte für Experimente mit unterschiedlichen Materialien (von künstlichen porösen Medien bis zu ungestörten Böden) und Randbedingungen validiert. Die Hierarchie von Modellen wird dann verwendet um verbesserte effektive Modelle der Denitrifikation auf der Macroskala zu entwickeln. Die betrifft insbesondere die Bildung, Ausdehnung und Auswirkung anaerober Mikrozonen.

LAPRO2009_Arten_Biotope - LAPRO2009 - Entwicklung von strukturanreichernden Erosionsschutzmaßnahmen

Der Kartendienst (WMS-Gruppe) stellt die Geodaten aus dem Landschaftsprogramm Saarland dar-Themenkarte_Arten-Biotope und Lebensraumverbund:Zusammenhängende erosionsverdächtige Bereiche (> 40 ha) mit teilweise erkennbaren Erosionsereignissen werden als Schwerpunkträume aktueller Bodenerosion bezeichnet. Hier hat die Durchführung erosionsmindernder Maßnahmen oberste Priorität. Im Rahmen der kommunalen Landschaftsplanung sind die erosionsverdächtigen Bereiche räumlich weiter zu konkretisieren. Erosionsmindernde Maßnahmen sind in erster Linie in ackerbaulich genutzten Schwerpunkträumen aktueller Bodenerosion durchzuführen. Umfang und Art der Maßnahmen sind auf die jeweilige Problemsituation vor Ort und die Betriebsstrukturen abzustimmen. Maßnahmen, die auf eine Verringerung der Bodenerosion durch Wasser abzielen, müssen stets eine Verbesserung und Pflege der Bodenstruktur und damit des Wasseraufnahmevermögens des Bodens bewirken. Hierunter fallen Maßnahmen wie, z.B. das Belassen der Ernterückstände an der Ackeroberfläche, die Aufweitung der Fruchtfolge und bodenschonende Bearbeitungsverfahren. Gleichzeitig kann die erosionswirksame Hanglänge durch hangparallele lineare Strukturen reduziert werden, so dass auch die Anlage von Grünlandstreifen oder Hecken zentrale Maßnahmen für den Bodenschutz darstellen. Bei sehr stark erosionsgefährdeten Böden kann die Umwandlung der Ackerfläche in Dauergrünland als wirksamster Erosionsschutz erforderlich werden. (siehe auch Landschaftsprogramm Saarland, Kapitel 2.4.2)

LAPRO2009_Klima_Boden_Grundwasser - LAPRO2009 - Durchführung von Erosionsschutzmaßnahmen in Schwerpunkträumen der Bodenerosion auf landwirtschaftlichen Nutzflächen

Der Kartendienst (WMS-Gruppe) stellt die Geodaten aus dem Landschaftsprogramm Saarland die Themenkarte Klima-Boden-Grundwasser dar.:Zusammenhängende erosionsverdächtige Bereiche (> 40 ha) mit teilweise erkennbaren Erosionsereignissen werden als Schwerpunkträume aktueller Bodenerosion bezeichnet. Hier hat die Durchführung erosionsmindernder Maßnahmen oberste Priorität. Im Rahmen der kommunalen Landschaftsplanung sind die erosionsverdächtigen Bereiche räumlich weiter zu konkretisieren. Erosionsmindernde Maßnahmen sind in erster Linie in ackerbaulich genutzten Schwerpunkträumen aktueller Bodenerosion durchzuführen. Umfang und Art der Maßnahmen sind auf die jeweilige Problemsituation vor Ort und die Betriebsstrukturen abzustimmen. Maßnahmen, die auf eine Verringerung der Bodenerosion durch Wasser abzielen, müssen stets eine Verbesserung und Pflege der Bodenstruktur und damit des Wasseraufnahmevermögens des Bodens bewirken. Hierunter fallen Maßnahmen wie, z.B. das Belassen der Ernterückstände an der Ackeroberfläche, die Aufweitung der Fruchtfolge und bodenschonende Bearbeitungsverfahren. Gleichzeitig kann die erosionswirksame Hanglänge durch hangparallele lineare Strukturen reduziert werden, so dass auch die Anlage von Grünlandstreifen oder Hecken zentrale Maßnahmen für den Boden- schutz darstellen. Bei sehr stark erosionsgefährdeten Böden kann die Umwandlung der Ackerfläche in Dauergrünland als wirksamster Erosionsschutz erforderlich werden. (siehe auch Landschaftsprogramm Saarland, Kapitel 2.4.2)

Die Kleintierzusammensetzung anthropogen beeinflusster Wirtschaftsboeden

Unter den 'Agrobiozoenosen' sind die Felder und Aecker jene Kulturflaechen bei denen der anthropogene Einfluss ausserordentlich nachhaltig ist. Im Zuge der Bearbeitungsmassnahmen erfolgt mehrmals im Jahr ein wiederholter Eingriff Seitens des Menschen in den Strukturaufbau des Bodens. Es ist zu untersuchen, wie die Bodenfauna auf alle Massnahmen reagiert.

The role of soil fauna for plant performance and ecosystem functioning in a plant diversity gradient

The soil fauna affects soil structure, nutrient mineralization, decomposition processes, and the activity and composition of the microbial community in soil. These effects likely also modify plant performance, plant competition and the use of plant tissue by above-ground herbivores. The proposed project investigates effects of earthworms and soil insects on the above-ground system in grassland communities of different diversity. Earthworm and soil insect density is manipulated in experimental plots differing in plant diversity. The manipulations include the combined exclusion of below-ground insects and above-ground herbivores. It is expected that the response of the above-ground plant and animal community to manipulations of soil animal populations depends on plant species, plant diversity and plant functional group. The differential response is expected to propagate into the herbivore system thereby affecting the structure of the above-ground animal community.

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