Das Projekt "Immobilisation of arsenic in paddy soil by iron(II)-oxidizing bacteria" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Tübingen, Institut für Geowissenschaften, Zentrum für Angewandte Geowissenschaften durchgeführt. Arsenic-contaminated ground- and drinking water is a global environmental problem with about 1-2Prozent of the world's population being affected. The upper drinking water limit for arsenic (10 Micro g/l) recommended by the WHO is often exceeded, even in industrial nations in Europe and the USA. Chronic intake of arsenic causes severe health problems like skin diseases (e.g. blackfoot disease) and cancer. In addition to drinking water, seafood and rice are the main reservoirs for arsenic uptake. Arsenic is oftentimes of geogenic origin and in the environment it is mainly bound to iron(III) minerals. Iron(III)-reducing bacteria are able to dissolve these iron minerals and therefore release the arsenic to the environment. In turn, iron(II)-oxidizing bacteria have the potential to co-precipitate or sorb arsenic during iron(II)- oxidation at neutral pH followed by iron(III) mineral precipitation. This process may reduce arsenic concentrations in the environment drastically, lowering the potential risk for humans dramatically.The main goal of this study therefore is to quantify, identify and isolate anaerobic and aerobic Fe(II)-oxidizing microorganisms in arsenic-containing paddy soil. The co-precipitation and thus removal of arsenic by iron mineral producing bacteria will be determined in batch and microcosm experiments. Finally the influence of rhizosphere redox status on microbial Fe oxidation and arsenic uptake into rice plants will be evaluated in microcosm experiments. The long-term goal of this research is to better understand arsenic-co-precipitation and thus arsenic-immobilization by iron(II)-oxidizing bacteria in rice paddy soil. Potentially these results can lead to an improvement of living conditions in affected countries, e.g. in China or Bangladesh.
Das Projekt "The fate of phosphorus in forest and treeline ecosystems in Ecuador" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Tübingen, Fachbereich Geowissenschaften, Forschungsbereich Geographie durchgeführt. Even remote areas such as tropical montane forests suffer from continuously high atmospheric nitrogen (N) and phosphorus (P) deposition. In studies on ecosystem responses to atmospheric nutrient deposition, P cycling has played an underrated role compared to N, although P is thought to limit organism growth in main parts of the Tropics. Furthermore, the responses of tropical montane forests to atmospheric nutrient deposition might depend on the predicted climate change i.e., shifts in temperature and precipitation. Altitudinal gradients represent an ideal means to study environmental changes in tropical montane forests in southern Ecuador, because climate scenarios and unpublished trends in longer-term climate data predict increasing temperatures and decreased moisture which parallels the altitudinal gradient from 4000 m to 1000 m asl.Previous experiments, including the NUMEX experiment in Ecuador, showed that the main proportion of P added to forests to simulate atmospheric deposition was retained in soil. While total P pools in soil respond slowly to low P addition rates, the biological and geochemical processes underlying retention in the organic layer or in soil are expected to react faster. Our overarching objective is to assess the fate of fertilized P in the organic layer and in mineral soil and to elucidate the processes involved in P cycling in soil (immobilization and release rates by microorganisms, sorption/desorption, precipitation/dissolution) along the NUMEX-X altitudinal gradient (1000, 2000, 3000, 4000m; the latter including a Polylepis and a Páramo ecosystem). We will assess P fractions in soil and use a combination of 33P tracer studies and incubation experiments to disentangle biological and geochemical processes controlling P retention. The mechanistic understanding gathered by this proposal is crucial for predictions of ecosystems responses to the continuously high atmospheric N (and P) deposition, because single mechanisms might respond differently (and oppositionally) in the long run. Because the processes involved in P cycling are expected to respond faster to environmental changes than e.g., P pools in soil, these different responses are an essential basis to evaluate effects of environmental change and finally, to develop early-warning ecosystem indicators for environmental change.
Das Projekt "Beitrag zur Analyse der Nordrügenschen und Hiddenseer Boddengewässer im Sinne der EU-Wasserrahmenrichtlinie (BASE)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Greifswald, Institut für Ökologie durchgeführt. Am 23.10.2000 trat die EU-Wasserrahmenrichtlinie (EG 2000) in Kraft. Daraus entsteht die Verpflichtung, bis zum Jahr 2015 den so genannten 'guten ökologischen Zustand' für die Küstengewässer Mecklenburg-Vorpommerns zu erreichen. Dazu ist bis zum Jahr 2004 eine Analyse von Gewässersystemen (Flussgebietseinheiten) vorzunehmen. Zu dieser Analyse, die eine Definierung von Gewässertypen mit typspezifischen Referenzbedingungen und die Prüfung der Auswirkungen menschlicher Belastungen auf die Gewässer beinhaltet, soll das Projekt BASE einen Beitrag leisten. Der Schwerpunkt lag dabei auf der Abschätzung der Bedeutung der Sedimente für den Stoffhaushalt der Nordrügenschen Boddengewässer. Besonders durch Untersuchungen in den Darß-Zingster Boddengewässern (Zusammenfassung in Schlungbaum und Baudler 2000) ist die Bedeutung der langjährigen Akkumulation von Nährstoffen in den Sedimenten für den Stoffhaushalt der mecklenburg-vorpommerschen Küstengewässer in das Blickfeld gerückt worden. Für die Nährstofffreisetzung aus den Sedimenten ist der Terminus 'interne Belastung' in Gebrauch. Sie erfolgt zusätzlich zur Belastung aus dem Einzugsgebiet und der Atmosphäre (externe Belastung). Obwohl für die Nordrügenschen und Hiddenseer Bodden eine lange Tradition der ökologischen Forschung besteht, wurden hier im Gegensatz zu den Darß-Zingster Bodden, dem Greifswalder Bodden und dem westlichen Oderästuar bisher keine flächendeckenden Untersuchungen zur Sedimentbeschaffenheit durchgeführt. Diese bilden jedoch eine wesentliche Grundlage zur Beantwortung der oben implizierten Frage nach der Bedeutung der Sedimente für den Stoffhaushalt dieser Gewässer. Die im Rahmen des vorliegenden Projektes durchgeführten Untersuchungen sollten diese Lücke schließen und damit einen Beitrag zur Analyse der Belastung der Nordrügenschen Boddengewässer liefern.
Das Projekt "Gehalte und Emissionen von Terpenen von Nadeln mit verschiedener Schadstoffbelastung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Institut für Botanik und Mikrobiologie durchgeführt. Terpene sind eine charakteristische Stoffgruppe fuer Nadelbaeume. Im Rahmen des Vorhabens sollen das Spektrum sowie die Menge der in den Nadeln deponierten und in die Atmosphaere abgegebenen Terpene erfasst werden in Abhaengigkeit von endogenen (Alter, Entwicklungszustand) und exogenen Faktoren (Temperatur, Licht usw.). Ziel ist es zu eruieren, ob unter dem Einfluss von Schadfaktoren reproduzierbare Aenderungen im Spektrum der deponierten und emittierten Terpene auftreten. Weiterhin soll geklaert werden, ob die im Baumbereich aus Terpenen gebildeten Umsetzungsprodukte ihrerseits wieder Schadstoffe darstellen und die Baeume in einer Art Rueckkopplungseffekt beeinflussen.
Das Projekt "Release of hexavalent chromium from ore processing residues and the potential of biochar for chromium immobilization in polluted soils" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Köln, Fachgruppe Geowissenschaften, Geographisches Institut durchgeführt. Chromium (Cr) is introduced into the environment by several anthropogenic activities. A striking ex-ample is the area around Kanpur in the Indian state of Uttar Pradesh, where large amounts of Cr-containing wastes have been recently illegally deposited. Hexavalent Cr, a highly toxic and mobile contaminant, is present in significant amounts in these wastes, severely affecting the quality of sur-roundings soils, sediments, and ground waters. The first major goal of this study is to clarify the solid phase speciation of Cr in these wastes and to examine its leaching behavior. X-ray diffraction and synchrotron-based X-ray absorption spectroscopy techniques will be employed for quantitative solid phase speciation of Cr. Its leaching behavior will be studied in column experiments performed at un-saturated moisture conditions with flow interruptions simulating monsoon rain events. Combined with geochemical modeling, the results will allow the evaluation of the leaching potential and release kinetics of Cr from the waste materials. The second major goal is to investigate the spatial distribution, speciation, and solubility of Cr in the rooting zone of chromate-contaminated soils surrounding the landfills, and to study the suitability of biochar as novel soil amendment for mitigating the deleterious effects of chromate pollution. Detailed field samplings and laboratory soil incubation studies will be carried out with two agricultural soils and biochar from the Kanpur region.
Das Projekt "Remobilisierung von Phosphor in maerkischen Seen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Cottbus, Institut für Boden, Wasser, Luft, Lehrstuhl für Gewässerschutz, Forschungsstelle Bad Saarow durchgeführt.
Das Projekt "Microbial P mobilization and immobilization in the rhizosphere and root-free soil (SPP: P Nutrition & recycling)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Fachgruppe Geowissenschaften, Bayreuther Zentrum für Ökologie und Umweltforschung (BayCEER), Lehrstuhl für Bodenökologie durchgeführt. Soil microorganisms can mobilize and immobilize phosphorus (P), and therefore strongly affect the availability of P to plants. In this project we hypothesize that the ratio of labile P to microbial P increases during the transition from acquiring to recycling ecosystems. Microbial and plant P uptake will be studied with 33P that will be quantified in microbial and plant biomass as well as in lipids. To what extent microorganisms immobilize and mobilize P during decomposition of soil organic matter will be explored with a 14C/33P labeled monoester. Seasonal dynamics of actual and potential P mineralization (33P dilution and phosphatase activity), and microbial P immobilization will be studied with soils of the transition from acquiring to recycling ecosystems. The contribution of litter-derived P will be explored in a litter exclusion experiment in the field. Spatial patterns of microbial and plant P mineralization in the rhizosphere will be explored by analyses of areas of high acid and alkaline (=microbial-derived) phosphatase activity by soil zymography, and their relations with areas of high rhizodeposition (14C imaging). In conclusion, we will analyse mechanisms of actual and potential microbial P mineralization and immobilization, localization, and consequences for P uptake by plants.
Das Projekt "Einfluss der autochthonen Mikroflora auf die Sorption und Remobilisierung des Technetiums und Selens" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Berlin, Fakultät III Prozesswissenschaften, Institut für Technischen Umweltschutz, Fachgebiet Umweltmikrobiologie und Technische Hygiene durchgeführt. Von zahlreichen Radionukliden ist eine Wechselwirkung mit Mikroorganismen bekannt. Sie kann zu einer Beeinflussung des Transportes durch die Grundwasserleiter fuehren, wobei zwei generelle Arten der Mobilitaetsveraenderung (Beschleunigung und Verzoegerung) zu unterscheiden sind. In Voruntersuchungen wurde nachgewiesen, dass in steril betriebenen nach 80 Tagen keine signifikante Festlegung von Tc und Se zu beobachten war. In den unsterilen Saeulen hingegen wurde, bei vergleichbaren eh- und pH-Werten, schon bei der ersten Probenahme eine hohe Festlegung gemessen. Diese Ergebnisse belegen, dass die Immobilisierung von Technetium und Selen wesentlich durch die Anwesenheit mikrobiologischer Aktivitaet im Untersuchungsmaterial bestimmt wird. Die in den unsterilen Umlaufsaeulen ermittelten Mikroorganismen sind vermutlich ueberwiegend allochthon (standortfremd). Um die Beeinflussung des Sorptionseffekts durch mikrobielle Aktivitaet im Boden quantifizieren zu koennen, ist es notwendig, Laborversuche mit unbeeinflusstem Material durchzufuehren, da in den bisherigen Versuchen nicht differenziert werden konnte, ob die Festlegung von Radionukliden auf der Aktivitaet eingeschleppter Mikroorganismen beruht, oder ob autochthone, bodeneigene Organismen eine gleichartige Immobilisierung bewirken. Diese Mikroorganismen sollen quantifiziert und identifiziert werden und deren genaue Rolle bei der Mobilitaet von Radionukliden in kurz- und Langzeitversuchen bestimmt werden.
Das Projekt "Development and risk assessment of transgenic environmentally-friendly insect pest control methods for fruit flies and mosquitoes" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Gießen, Institut für Phytopathologie und Angewandte Zoologie, Abteilung Angewandte Entomologie durchgeführt. Various species of pest insects cause substantial damage to agriculture every year, or transmit deadly diseases to animals and humans. A successful strategy to control pest insect populations is based on the Sterile Insect Technique (SIT), which uses the release of mass-reared, radiation sterilized male insects to cause infertile matings and thus reduce the pest population level. However, irradiation is not applicable to every insect species. Thus, new strategies based on genetic modifications of pest insects have been developed or are currently under investigation.The goal of the proposed research is to improve the development and ecological safety of genetically engineered (GE) insects created for enhanced biological control programs, including the SIT and new strategies based on conditional lethality. A major concern for GE insect release programs is transgene stability, and maintenance of their consistent expression. Transgene loss or intra-genomic movement could result in loss of strain attributes, and may ultimately lead to interspecies movement resulting in ecological risks. To address potential transgene instability, a new transposon vector that allows post-integration immobilization will be tested in the Mediterranean, Mexican and Oriental fruit fly tephritid pest species. In addition, the system will be established in the mosquito species Aedes and Anopheles - carriers of dengue and malaria.Random genomic insertion is also problematic for GE strain development due to genomic position effects that suppress transgene expression, and insertional mutations that negatively affect host fitness and viability. Diminished transgene expression could result in the unintended survival of conditional lethal individuals, or the inability to identify them. To target transgene vectors to defined genomic insertion sites having minimal negative effects on gene expression and host fitness, a recombinase-mediated cassette exchange (RMCE) strategy will be developed that. RMCE will also allow for stabilization of the target site, will be tested in tephritid and mosquito species, and will aid to the development of stabilized target-site strains for conditional lethal biocontrol. This will include a molecular and organismal evaluation of an RNAi-based lethality approach. Lethality based on an RNAi mechanism in the proposed insects would increase the species specificity and having multiple targets for lethality versus one target in existing systems. By seeking to improve transgene expressivity and stabilization of transposon-based vector systems, this proposal specifically addresses issues related to new GE insects by reducing their unintended spread after field release, and by limiting the possibilities for transgene introgression.
Das Projekt "Australisch-deutsches Kooperationsprojekt - Teilvorhaben A: Untersuchung und Modellierung der Transportvorgaenge durch geschichtete aktive Barrieren-Systeme (ABS)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Karlsruhe GmbH Technik und Umwelt, Institut für Technische Chemie, Bereich Wasser- und Geotechnologie, Technische Mineralogie durchgeführt. Ziel der gemeinsamen Arbeiten ist die experimentelle Untersuchung von 'aktiven Barrieresystemen' (ABS) zur in-situ-Verminderung der Freisetzung von Schadstoffen aus belasteten Materialien, wie z.B. Ablagerungen von Schlaemmen und Sedimenten. Im Teilprojekt A soll der Aspekt des Transportes von Naehrstoffen (Stickstoff und Phosphor) und Schwermetallen (Zink, Blei, Kupfer, Cadmium, Eisen, Mangan) durch derartige Barrieren untersucht und modellmaessig beschrieben werden. Zunaechst soll die Sediment/Wassergrenzflaeche selbst - sowohl im 'natuerlichen' Zustand als auch nach Abdeckung mit inertem Material (z.B. Sand oder Kies) in einem geschlossenen System untersucht werden. Eine sichere Einstellung und Kontrolle von Temperaturen, pH-Wert und des geloesten Sauerstoffs soll dabei durch eine im Forschungszentrum Karlsruhe entwickelte Apparatur verwirklicht werden. Die weiteren Untersuchungen sollen folgende Aspekte abdecken: - Charakterisierung der eingesetzten Sedimente und die Bedingungen, unter denen die Naehrstoffe und/oder Schwermetalle aus dem Sediment freigesetzt werden. - Die generelle Eignung derartiger Remobilisierungsuntersuchungen, um Qualitaetsrichtlinien fuer Sedimente zu entwerfen. - Voraussagen ueber den Nutzen von geplanten Gegenmassnahmen (z.B. Reduktion der Naehrstoffkonzentration im Zulauf und/oder Belueftung), um die Freisetzung von Naehrstoffen aus Bodensedimenten zu limitieren. Hierunter ist insbesondere eine weitere Rueckloesung von im Sediment gespeicherten Naehrstoffen zu verstehen, die dann, wenn die Zulaufkonzentration im Wasser stark herabgesetzt ist, zum Tragen kommen kann. - Auffinden von Moeglichkeiten, sowohl Naehrstoffe als auch Schwermetalle im Sediment zu fixieren. - Untersuchungen der Effektivitaet der entwickelten aktiven Barriere Systeme (ABS), deren Auswahl im Teilprojekt B (Prof. Foerstner) erfolgt. Es sollen sowohl sorbierende als auch redoxabsenkende Stoffe (wie z.B. Eisenhydroxide, organische Materialien) getestet werden. - Optimierung der raeumlichen Anordnung der einzelnen Barrierekomponenten. - Modellierung der Transportvorgaenge im geschichteten Sediment mit dem Ziel, Prognosemoeglichkeiten fuer derartige System auszuarbeiten.
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