To understand impacts of climate and land use changes on biodiversity and accompanying ecosystem stability and services at the Mt. Kilimanjaro, detailed understanding and description of the current biotic and abiotic controls on ecosystem C and nutrient fluxes are needed. Therefore, cycles of main nutrients and typomorph elements (C, N, P, K, Ca, Mg, S, Si) will be quantitatively described on pedon and stand level scale depending on climate (altitude gradient) and land use (natural vs. agricultural ecosystems). Total and available pools of the elements will be quantified in litter and soils for 6 dominant (agro)ecosystems and related to soil greenhouse gas emissions (CO2, N2O, CH4). 13C and 15N tracers will be used at small plots for exact quantification of C and N fluxes by decomposition of plant residues (SP7), mineralization, nitrification, denitrification and incorporation into soil organic matter pools with various stability. 13C compound-specific isotope analyses in microbial biomarkers (13C-PLFA) will evaluate the changes of key biota as dependent on climate and land use. Greenhouse gas (GHG) emissions and leaching losses of nutrients from the (agro)ecosystems and the increase of the losses by conversion of natural ecosystems to agriculture will be evaluated and linked with changing vegetation diversity (SP4), vegetation biomass (SP2), decomposers community (SP7) and plant functional traits (SP5). Nutrient pools, turnover and fluxes will be linked with water cycle (SP2), CO2 and H2O vegetation exchange (SP2) allowing to describe ecosystem specific nutrient and water characteristics including the derivation of full GHG balances. Based on 60 plots screening stand level scale biogeochemical models will be tested, adapted and applied for simulation of key ecosystem processes along climate (SP1) and land use gradients.
Bio-assays are increasingly used in supplement to classical analyses to determine the effect of contamination of waters with herbicides, some of which have been shown to be able to determine herbicides within the limits in compliance with EC-ordonance for drinking water. Preliminary work carried out at the University of Bonn has demonstrated that contamination of different water systems can be identified using inhibition of the light dependent production of oxygen by chloroplasts. Further experiments at IRMM have shown a potential to transfer membrane systems of chloroplasts into stable powder that can be used to carry out such bio-assays. Results: A method has been developed tor the isolation and breakage ot chloroplasts that allow freeze drying of the thylakoid membranes. The photosynthetic activity of the lyophilized material was maintained to 86 - 95 per cent. This powder can be stored for over five month without loss of activity.
Existing models of soil organic matter (SOM) formation consider plant material as the main source of SOM. Recent results from nuclear magnetic resonance analyses of SOM and from own incubation studies, however, show that microbial residues also contribute to a large extent to SOM formation. Scanning electron microscopy showed that the soil mineral sur-faces are covered by numerous small patchy fragments (100 - 500 nm) deriving from microbial cell wall residues. We will study the formation and fate of these patchy fragments as continuously produced interfaces in artificial soil systems (quartz, montmorillonite, iron oxides, bacteria and carbon sources). We will quantify the relative contributions of different types of soil organisms to patchy fragment formation and elucidate the effect of redox con-ditions and iron mineralogy on the formation and turnover of patchy fragments. The develop-ment of patchy fragments during pedogenesis will be followed by studying soil samples from a chronosequence in the forefield of the retreating Damma glacier. We will characterize chemical and physical properties of the patchy fragments by nanothermal analysis and microscale condensation experiments in an environmental scanning electron microscope. The results will help understanding the processes at and characteristics of biogeochemical interfaces.
Die Entsorgung kommunaler Abfaelle erfordert die Weiterentwicklung des klassischen Muellverbrennungsprozesses mit dem Ziel einer Minderung der Freisetzung von Schadstoffen. Dazu sind umfassende Kenntnisse ueber die Entstehung und das Verhalten einzelner Schadstoffe notwendig. Entsprechende Untersuchungen werden an bestehenden Muellverbrennungsanlagen, insbesondere mit Hilfe der halbtechnischen Testanlage TAMARA des KfK durchgefuehrt. Sie betreffen folgende Problemkreise: 1) Bilanzierung und Verhalten von Schadstoffen mit dem Ziel einer Schadstoffbilanz in Muellverbrennungsanlagen mit unterschiedlichen Gasreinigungssystemen mittels Einsatz moderner Analyseverfahren. 2) Untersuchungen der Verbrennungsvorgaenge im Brennraum und in der Nachbrennkammer von Muellverbrennungsanlagen, insbesondere der Entstehung organischer Schadgase, des chemischen und thermischen Verhaltens von Schwermetallen und der Bildungs-, Emissions- und Zersetzungsmechanismen organischer Schadstoffe einschl. Entwicklung spezieller analytischer Verfahren. 3) Erprobung der Abscheidewirksamkeit verschiedener Entstaubungsverfahren wie Zyklone, Elektro- und Gewebefilter, in Kombination mit nasser Rauchgasbehandlung zur HCl-, Hg- und SO2-Abscheidung. 4) Methodische Entwicklungen zur Schwermetallaugung aus den Filterstaeuben mit der sauren Fluessigphase der Rauchgas-Waesche, zur Abscheidung und Konzentrierung dieser Metalle aus den resultierenden Waessern, mit Hilfe der Testanlagen DORA und KLARA sowie zur Rueckfuehrung der gelaugten Filterstaeube in den Verbrennungsraum, um anhaftende organische Schadstoffe zu zerstoeren (3R-Verfahren).
Es steht im Interesse der Umweltforschung und Umwelterziehung Vorurteile ueber Belastungen durch Emissionen und Rueckstaende aus Braunkohlekraftwerken kritisch zu hintertragen und an einfachen Modell-Systemen Schad- und Nutzwirkungen von Kraftwerksreststoffen (Braunkohlenasche und Rauchgasgips) zu erfassen (Ziel). Es wird davon ausgegangen, dass bei einer richtigen Verwendung (Recycling) durchaus positive Wirkungen auf Umwelt und Gesundheit zu erwarten sind (Hypothese). Als Ergebnis ist festzustellen, dass mit einer Kombination von Braunkohlenasche und Rauchgasgips eine Verbesserung von sauren Boeden und des Pflanzenwachstums, sowie eine Behebung von Mangelsituationen an Spurenelementen (Bor, Selen, Molybdaen, u.a.) bei sachgerechter Anwendung moeglich ist (Ergebnis).
Data generated from high-throughput platforms in plant-biological research are often analysed by linear model procedures. Checking model assumptions and subsequently transforming data or taking other measures to remedy violations poses a formidable task with these kinds of large datasets because of the need to automate the analysis pipeline as much as possible in order to save computing time and overall time needed for analysis. This project will develop procedures for critically inspecting and testing residuals from linear model fits. Moreover, data transformations and parametric link functions will be investigated regarding their suitability for highthroughput data. Particular emphasis will be given to transcriptome sequencing (RNAseq) using the Illumina sequencing technology and metabolite profiling. The proposed procedures will be investigated by simulation as well as by application to empirical datasets provided by our collaborators. A pipeline implementing these procedures will be developed and made available as an R-package. Computationally intensive components such as Monte Carlo simulation modules will be programmed in a low-level programming language.
a) Pflanzeninhaltsstoffe wie Zellulose, Lignin und Protein sind Ausgangsstoffe der organischen Bodensubstanz. Die Kenntnis ihrer Umwandlung zu Huminstoffen ist eine wichtige Grundlage zur Erhaltung der Bodenfruchtbarkeit. Die Untersuchungen werden mit Pflanzenrueckstaenden, aber auch mit einzelnen Bestandteilen von Pflanzen oder Mikroorganismen durchgefuehrt. b) Synthese oder Gewinnung von Inhaltsstoffen und Pflanzen oder Mikroorganismen markiert durch die Isotope 14C, 15N oder 35S. Verfolgung des Abbaues und der Umwandlung im Boden oder durch bestimmte Mikroorganismen. Untersuchung der neugebildeten Huminstoffe hinsichtlich ihrer Isotopen-Verteilung und der weiteren Transformation und Mineralisation der markierten Bestandteile. c) Es handelt sich hierbei um langfristige Untersuchungen, die zum Teil in Zusammenarbeit mit in- und auslaendischen Forschungseinrichtungen durchgefuehrt werden.
1. Zielsetzung: Verbraucherschutz. Die Proben werden von Fleischbeschautieraerzten eingesandt. Die Ergebnisse werden bei der fleischbeschaurechtlichen Beurteilung beruecksichtigt. Auf folgende Stoffe wird untersucht (in Klammern Methode): a) Hemmstoffe (Agar-Diffusionstest) b) Thyreostatika (Histologie) c) Oestrogene (Radioimmuniassay) d) Schwermetalle (Atomadsorptionsspektrometrie) e) Pestizide (Gaschromatographie) f) sonstige Stoffe mit pharmakologischer Wirkung (verschiedene) 2. Zielsetzung: Belastung wild lebender Tiere durch Schwermetalle und Pestizide zu erfassen. Die Proben werden von den Veterinaeraemtern oder Forstaemtern eingesandt. a) Schwermetalle (Atomadsorptionsspektrometrie) b) Pestizide (Gaschromatographie).
Viele Pflanzenschutzmittel bilden nicht extrahierbare Rueckstaende im Boden, die konventionellen analytischen Methoden nicht zugaenglich sind. Untersuchungen dieser Pestizidfraktion deuten darauf hin, dass die Belastung des Bodens mit Pflanzenschutzmitteln bisher moeglicherweise unterschaetzt wurde. Das Herbizid Bentazon wird im Boden ueberwiegend in Huminstoffe eingebaut. Da Regenwuermer grosse Bedeutung fuer die Umsetzung organischer Materialien, insbesondere Huminstoffen, haben, wird in Laborexperimenten der Einfluss dieser Tiergruppe auf die Bindung von radioaktiv markierten Bentazonrueckstaenden untersucht. Ferner werden Veraenderungen des Metabolitspektrums im Boden und die Verteilung von Bentazon in Regenwuermern analytisch und autoradiographisch erfasst.
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