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Climate effects on woody debris on and in Alpine soils

Fische wandern im Modell

Seit Jahrhunderten werden Stauanlagen zur Energieerzeugung, zur Schiffbarmachung von Flüssen, zur Verbesserung des Schutzes vor Hochwasser und zum Zweck der Speicherung von Trink- und Betriebswasser errichtet. Dies führte im Zusammenspiel mit der Zerstörung von Laichgewässern sowie Überfischung und Wasserverschmutzung zu einem dramatischen Rückgang der Fischbestände. Bei der Errichtung der meisten Stauanlagen an den Bundeswasserstraßen Main, Neckar und Mosel wurden Fischtreppen angelegt, um eine Wanderung flussaufwärts zu ermöglichen. Diese waren jedoch oftmals zu steil, zu klein oder zu weit von natürlichen Wanderrouten entfernt und wurden zudem nicht ausreichend gewartet, um einen bestandserhaltenden Fischaufstieg zu gewährleisten. Die Entwicklungen des internationalen und nationalen Umweltrechts, die einem breiten gesellschaftlichen Bewusstseinswandel Rechnung trugen, führten ab den 1970er-Jahren sukzessive zu einer Verbesserung der Wasserqualität. Ein umweltpolitischer Meilenstein war die Verabschiedung der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) durch das Europäische Parlament im Jahr 2000. Diese fordert die EU-Mitgliedstaaten auf, Maßnahmen zur Verbesserung der ökologischen Bedingungen in heimischen Fließgewässern zu ergreifen. Ziel ist es, einen 'guten ökologischen Zustand' oder bei erheblich veränderten Gewässern ein sogenanntes 'gutes ökologisches Potenzial' zu erreichen. Um die Ziele der WRRL in Bezug auf die ökologische Durchgängigkeit zu erfüllen, muss die Durchgängigkeit an den Bundeswasserstraßen an ca. 250 Stauanlagen sichergestellt werden. Dies erfordert in den meisten Fällen den Bau einer neuen Fischaufstiegsanlage. Deren Funktionsfähigkeit und Effizienz soll für mehr als 60 heimische Fischarten gewährleistet werden, obwohl sich Eigenschaften wie Leistungsfähigkeit, Migrationsverhalten und Schwarmverhalten von Art zu Art stark unterscheiden können. Feldstudien zur Gewinnung der notwendigen Daten werden durch die natürliche Variabilität der Fischbestände und weiterer variabler Einflussgrößen erschwert. Laboruntersuchungen sind in ihren Dimensionen begrenzt und werden durch die künstliche Umgebung beeinflusst. Eine alternative Möglichkeit für die Bewertung der Effizienz von Fischtreppen sind numerische Simulationsmethoden für die Hydraulik und das Verhalten von Fischen. Sie zielen auf eine quantitative Bewertung von baulichen Alternativen ab, wie sie in der Planungspraxis häufig benötigt wird. 2015 wurde in der BAW in enger Kooperation mit der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) ein Forschungsprojekt begonnen, um einen neuen Ansatz auf der Basis individuenbasierter Modellierung zu entwickeln.

Erforschung des atmosphärischen Ursprungs von Aminen innerhalb der marinen Grenzschicht: Ein kombinierter Feld-Modellierungsansatz (ORIGAMY)

Amine sind wichtige, aber wenig untersuchte organische Bestandteile in der marinen Atmosphäre. Es gibt deutliche Hinweise, dass innerhalb der marinen Grenzschicht die Bildung neuer Aerosolpartikel und die Zunahme der Partikelmasse durch Amine beeinflusst wird. Allerdings existieren noch sehr hohe Unsicherheiten in Bezug auf die Quellen, die weiteren chemischen Reaktionen innerhalb des chemischen Mehrphasensystems der marinen Atmosphäre und der Beitrag zur marinen Aerosolmasse. Ein tieferes Verständnis der durch die Amine initialisierten Bildung des organischen Stickstoffes in marinen Aerosolpartikeln, sowie der potentiell oxidationsgesteuerten Emission von Aminen aus den Ozeanen in die Atmosphäre, erfordert grundlegende mechanistische Modellierungsstudien der Mehrphasenoxidation von Aminen in Kombination mit speziellen Feldmessungen. Solche Ansätze sind derzeit nicht vorhanden, da noch keine detaillierten Mechanismen- oder Modellierungsstudien zur Mehrphasenoxidation der Amine durchgeführt wurden.Das Ziel von ORIGAMY ist es, die Faktoren zu ermitteln, die die Emission von Aminen aus dem Ozean in die Atmosphäre beeinflussen und deren Auswirkungen auf die organische Aerosolmasse, den Aerosolsäuregehalt und die Bildung neuer Aerosolpartikel. Wir wollen die großen Wissenslücken bezüglich Quellen, Phasenverteilung und Oxidationsprozessen von Aminen in der marinen Grenzschicht schließen, indem wir spezielle neue Feldmessungen in Kombination mit neuartigen Modellierungsansätzen der Mehrphasenchemie anwenden. Die Kombination aus Feldmessungen, Emissionsmodellierung und Modellierung der chemischen Alterung der Amine zum Verständnis der Feldergebnisse ist dabei eine neue große innovative Leistung, die aus dieser Studie resultieren wird.Die Ergebnisse von ORIGAMY werden eine wichtige Grundlage schaffen, um die Bedeutung der Amine und deren weiteren chemischen Reaktionen in der marinen Grenzschicht zu erfassen. Weiterhin tragen diese Ergebnisse dazu bei, relevante atmosphärischen Prozesse der Amine zu identifizieren, die in höher-skalige Modellen implementiert werden müssen.

Kompostduengungsversuch

Versuchsfrage: a) Wie wirkt die Anwendung von Gruengut- und Bioabfallkompost in Wechselwirkung mit einer mineralischen N-Ergaenzungsduengung auf Ertrag und Qualitaet der Ernte sowie Bodenfruchtbarkeitsparameter in einem Dauerfeldversuch? - Fruchtfolge betriebsueblich- 12 Duengungsstufen, davon 8 durch Kompost-Duengung in 2 verschieden Arten, 4-fache Wiederholung.

Entwicklung von Konzepten zur langfristigen naturnahen agroforstlichen Bewirtschaftung von Araucarienwaelder und Erschliessung kurzfristiger Nutzungsmoeglichkeiten in Wiederaufforstungszonen 'pro-mata/pro-araucaria'

Entwicklung eines nachhaltigen Nutzungskonzeptes - im Sinne des Begriffs 'sustainable use', Wiederherstellung und Bewahrung naturnaher Waldbestaende und ihrer Oekosysteme, Verbesserung der Lebensbedingungen in der Region durch Schaffung nachhaltiger Existenzgrundlagen fuer die oertliche Bevoelkerung. Zur Erreichung der gesteckten Oberziele sieht das Projekt der Fachhochschule Rottenburg in der ersten Phase folgende Massnahmen vor: Inventur des aktuellen Zustandes der Wald- und Freiflaechen durch: Luftbildbefliegung und -kartierung des Gebietes, zweite terrestrische Inventurstufe (Stichproben): Boden- bzw. Standortskartierung, Anlage von Versuchs- und Kontrollflaechen zur Ermittlung der Standortseignung, der Wuchsdynamik, der Verjuengungsdynamik und der natuerlichen Sukzession, geeigneter Pflanzverfahren, Mitwirkung an der Nutzungsplanung fuer das gesamte Projektgebiet.

Forschergruppe (FOR) 918: Carbon flow on belowground food webs assessed by isotope tracers, Nematodes as link between microbial and faunal food web

The proposed project examines the nematode fauna at the two field experiments 'Long-term recalcitrant C input' and 'Carbon flow via the herbivore and detrital food chain'. A gradient from resource rich to deeper oligotrophe habitats, i.e. from high to low diverse food webs, is investigated. The impact of resource availability and quality (recalcitrant versus labile) and presence or absence of living plants (rhizosphere versus detritusphere) on the nematode population are assessed. Insight into micro-food web structure is gained by application of the nematode faunal analysis concept, based on the enrichment, structure and channel index. In laboratory model systems carbon flux rates for food web links are determined between bacteria/fungi and their nematode grazers for dominant taxa in the arable field. Further, carbon leakage from plant roots induced by herbivore nematode is studied as link between root and bacterial energy channels. By using 13C/12C stable isotope probing (FA-SIP) fatty acids serve as major carbon currency. Coupling qualitative and quantitative data on nematode field populations, with carbon flow via biomarker fatty acids in microorganisms and grazers will allow to connect microbial and faunal food web, and to directly link nematode functional groups with specific processes in the soil carbon cycle.

Zur jungpleistozänen Vergletscherung im Hochgebirge von Taiwan

Taiwan besteht im östlichen Teil aus einem Gebirge mit mehr als 20 über 3000 m hohen Gebirgsstöcken, gipfelnd am Wendekreis im Yu Shan (3952 m). TANAKO und KANO (1934) und PANZER (1935) beschrieben glazigene Formen: u.a. Kare am Nanhuta Shan, Kritzungen, Rundhöcker und einen glazialen Talschluß am Hsueh Shan, eine Seitenmoräne am Yu Shan. Interpretationen von Luftbildern, luftbildgestützten Karten und topographischen Karten dienten der Auswahl dreier Untersuchungsgebiete, in denen die aktuelle hydrologische Situation den Erhalt glazialer Formen und Sedimente ermöglicht. Glazigene Ablagerungen und deren maximale Ausdehnung sind bisher nicht durch Feldarbeiten untersucht. Die geplanten Geländearbeiten dienen Erkundung und Kartierung von glazialen und glaziafluvialen Sedimenten, fossilen Böden sowie von gletschergeformten Gesteinsoberflächen. Die Feldbefunde und dabei gewonnene Proben sollen Aufschluß über die Ergiebigkeit der Untersuchungsgebiete im Hinblick auf Datierungsmöglichkeiten geben. Das Projekt ist ein Pilotprojekt für mögliche weitere, gezielte Arbeiten, die der Rekonstruktion der jungpleistozänen Schneegrenze und der Zeitstellung der Talgletscherbildung dienen. Der Beitrag bildet einen Mosaikstein in der Forschung über die Klimaentwicklung im monsunalen System Ostasiens.

Bodenversiegelung auf der ‚Baumeinzugsgebietebene‘: Einfluss der Bodenversiegelung auf die Wasserverfügbarkeit für Stadtbäume

Das übergeordnete Ziel des Forschungsprojektes ist die Analyse der Einflüsse von urbaner Bodenversiegelung auf die Wasserverfügbarkeit für Stadtbäume in ariden Städten und Städten im Klimawandel. Dafür soll zunächst das neue räumliche Konzept des ‘Baumeinzugsgebiets’ entwickelt und genutzt werden um den gegenwärtigen Zustand der Bodenversiegelung auf der lokalen Baumebene in zwei Städten; Sacramento, USA und Berlin, Deutschland; zu kartieren und zu quantifizieren. Als Grundlage für diese Analyse dienen hoch aufgelöste räumliche Datensätze, sogenannte digitale Abbilde des öffentlichen Straßenraums. Die neuen Bodenversiegelungsdatensätze werden genutzt um ausgewachsene Baumindividuen für eine Feldstudie in Sacramento, USA zu lokalisieren und deren Wachstum in Abhängigkeit von der Bodenversiegelung im Baumeinzugsgebiet, aber auch ihrer Lage in der urbanen Wärmeinsel zu untersuchen. Zusätzlich, wird ein urbanes prozessbasiertes numerisches Boden-Pflanzen-Atmosphären-Modell entwickelt, das sowohl die anthropogene Grenzfläche der Bodenversiegelung, als auch erstmals die darunterliegende Wurzelwasseraufnahme integriert. Die Modellierung des Bodenwasserhaushalts unter verschiedenen Versiegelungsmaterialien wird durch einen vorhandenen einzigartigen Bodenfeuchtedatensatz, der unter zahlreichen Versiegelungsmaterialien erhoben wurde, ermöglicht. Die Erweiterung des numerischen Modells um die Wurzelwasseraufnahme wird anhand eines Feldexperiments mit Bäumen, mit und ohne Versiegelung, kalibriert und validiert. Die Rolle der klimatischen Randbedingungen für die Auswirkungen von Bodenversiegelung auf die Wasserverfügbarkeit für Stadtbäume soll in Simulationsstudien erforscht werden. Das Projekt ist bedeutsam für den Erhalt von ausgewachsenen Stadtbäumen, die einen wichtigen Beitrag für die Anpassung des Stadtraums an den Klimawandel leisten und besonders zur Vermeidung von Gesundheitsrisiken der vulnerablen Bevölkerung während Hitzeperioden dienen. Die Projektergebnisse liefern neues Wissen, das einen wesentlichen Bestandteil für die Umsetzung einer ressourcenschonenden Wasserversorgung von Stadtbäumen darstellt.

Teilprojekt MIKRO: Räumliche Verteilung und Aktivität von mikrobiellen Lebensgemeinschaften in urbanen Böden

In Böden spielen Biofilme und bakterielle Aggregate eine große Rolle für die Struktur und die physiko-chemischen Eigenschaften der Bodenmatrix. Hierfür sind vor allem makromolekulare Substanzen verantwortlich, die von Mikroorganismen und Bodentieren produziert werden. Im vorliegenden Projekt soll das Vorkommen, die Struktur und Dichte, sowie die Bedeutung von mikrobiellen Biofilmen für die Wasser- und Stofflüsse in urbanen Böden untersucht werden, die im Hinblick auf Trockenheit, Schadstoff- und Salzeintrag häufig Extremstandorte darstellen. Bei den Untersuchungen an Feldproben soll mit mikroskopischen Methoden, in Verbindung mit molekularen Methoden (FISH), die Struktur und räumliche Verteilung der detektierbaren Bakteriengruppen ermittelt werden. Außerdem soll an suspendierten Bakterien aus der Bodenprobe mittels FISH die phylogenetische Diversität der vorhandenen Population bestimmt werden. Daneben werden aus den untersuchten Böden relevante Bakterienarten isoliert. Proben aus den experimentellen Bodensäulen sollen hinsichtlich der gleichen Parameter wie die Freilandproben untersucht werden, um in Kooperation mit den anderen Teilprojekten die kombinierten Effekte von Huminstoffen, Mikroorganismen und Bodentieren zu ermitteln. Ursächliche Zusammenhänge, die aufgrund der verschiedenen Untersuchungen an den Bodenproben vermutet werden, sollen dann in definierten Systemen (Biofilmreaktoren) weiter überprüft werden.

Optimierung urbaner Baumstandorte

Stadtbäume tragen wesentlich zur Lebensqualität in urbanen Räumen bei, sind jedoch häufig ungünstigen Bedingungen wie Bodenverdichtung und Wassermangel ausgesetzt. Ihre Lebenserwartung und Vitalität sind daher in der Stadt deutlich reduziert. Ein entscheidender Faktor für ihre Vitalität ist die Bodenbeschaffenheit. Das Forschungsprojekt „OptUrBaum“ verfolgt das Ziel, die Bodenbedingungen für Stadtbäume nachhaltig zu verbessern, um deren Vitalität und Lebensdauer zu erhöhen. Im Mittelpunkt stehen dabei die Weiterentwicklung der Bodensanierung mit Druckluftlanzen sowie die Optimierung von Baumsubstraten mit Pflanzenkohle, insbesondere im Hinblick auf Wasserspeicherung und Kapillarwirkung. Aufbauend auf den Ergebnissen des Projektes SanUrBaum werden Untersuchungen zur Druckluftlanzensanierung mit neuen Varianten durchgeführt. Darüber hinaus ist die Entwicklung einer digitalen Plattform geplant, die den Erfahrungsaustausch zwischen den Anwendern zum Einsatz der Druckluftlanze ermöglicht und langfristige Auswirkungen dokumentiert. Zur Optimierung von Baumsubstraten werden Labor- und Feldstudien hinsichtlich der Wasserspeicherfähigkeit und dem kapillaren Aufstieg durchgeführt. Ziel ist es, durch die Entwicklung standardisierter Verfahren bei der Druckluftlanzensanierung und die gezielte Anpassung der Substratmischungen die Widerstandsfähigkeit von Stadtbäumen gegenüber den Herausforderungen des urbaner Lebensräume zu erhöhen. Das Projekt leistet damit einen wichtigen Beitrag zur Erhaltung und Förderung grüner, lebenswerter Städte.

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