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Untersuchungen mit oben offenen Experimentierkammern zur Auswirkung bestimmter Luftschadstoffe auf Gesundheitszustand und Wachtstum von Forstpflanzen

Seit Beginn der 80er Jahre wird in der Ursachenforschung der Waldschaeden bestimmten Luftschadstoffen eine entscheidende Rolle beigemessen. Aus diesem Grund wurde von der Forstlichen Versuchs- und Forschungsanstalt Baden-Wuerttemberg ein Pilotprojekt begonnen. Ziel dieses Vorprojektes war die Entwicklung und Erprobung einer Grosskammer zur Untersuchung von Filterwirkung, Wintertauglichkeit und Kammerklima. Solche 'oben offenen Experimentierkammern' bieten die Moeglichkeit, Luftschadstoffe der Umgebungsluft auszuschliessen. Aus den Kontrollen mit den jeweiligen Freiluftbaeumen lassen sich dann Rueckschluesse auf die Auswirkungen der verschiedenen Schadstoffe ziehen. Dieses Pilotprojekt wurde im Muenstertal im Suedschwarzwald in 850 m ue NN durchgefuehrt. Die praktische Erprobung waehrend zweier Betriebsjahre zeigte einen weitgehend stoerungsfreien Kammerbetrieb. Die hoelzerne Konstruktion und die Folienbespannung widerstanden allen Belastungen durch Wind und Schnee. Lueftungs- und Filterungssystem arbeiteten befriedigend. Im Gegensatz zum technischen Kammerbetrieb bleiben die qualitativen Kammerbedingungen hinter den Erfordernissen zurueck. Eine wesentliche Abweichung von den Freilandbedingungen stellten die fehlenden Nebel- und Tauereignisse dar. Aus immissionsoekologischer Sicht entfielen hierdurch Depositionen, die fuer das aktuelle Schadensphaenomen der montanen Nadelvergilbung von besonderer Bedeutung sein koennten. Die nahezu lueckenlosen Messreihen der Klimawerte belegten ferner, dass die grundlegende Forderung nach einem freilandaehnlichen Kammerklima in den getesteten Kammern nur bedingt erfuellt werden konnte. Dies traf insbesondere fuer Luft- und Bodentemperaturen, fuer die relative Luftfeuchtigkeit und die Strahlungsverhaeltnisse zu. Aufgrund der beobachteten Klimaeffekte sowie des Fehlens wesentlicher immissionsoekologischer Feuchtefaktoren lassen die Testpflanzen sowohl kurz- als auch langfristig Wuchs- und Symptomreaktionen erwarten, die nicht mit denen des Freilandes vergleichbar sind. Unter diesen Bedingungen ist nur der Vergleich von Kammer zu Kammer statthaft. Die Durchfuehrung spezieller Kurzzeitexperimente (zB waehrend einer Vegetationsperiode) mit den Behandlungsvarianten Rein- und Umgebungsluft scheiterte an der relativ geringen Luftschadstoffbelastung des Projektstandortes. Gegen Langzeit-Experimente sprachen die nicht vergleichbaren Wachstumgsbedingungen innerhalb und ausserhalb der Kammern. Um uebertragbare Kammerergebnisse zu erzielen, muessten kostenintensive Optimierungsmassnahmen vorgenommen werden. Vorrangige Verbesserungen waeren im Bereich der Lichtbedingungen und der Temperaturreduktion angezeigt. Die Steuerungsgruppe kam zu dem abschliessenden Ergebnis, dass das Projekt im Vorprojektstadium abgeschlossen und am Standort 'Muenstertal' nicht in ein langfristiges Abschlussprojekt uebergeleitet werden sollte.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1374: Biodiversitäts-Exploratorien; Exploratories for Long-Term and Large-Scale Biodiversity Research (Biodiversity Exploratories), Teilprojekt: Biodiversität Nitrate-Reduzierender Mikroben in Grünlandböden erfasst durch Hochdurchsatz-Kultivierung und Genomik (Akronym: BE-Cult)

Das Projekt BE-Cult wird sich mit der Biodiversität von nitratammonifizierenden (syn. Dissimilatorischen Nitrat-zu-Ammoniumreduzierenden, DNRA) Bakterien in Böden von wenig und intensiv genutzten Grünländern der Biodiversitätsexploratorien (BEs) an allen Grünland-VIPs (very intensively studied plots) beschäftigen. Die Funktion Stickstoff (N) durch DNRA-Bakterien im Boden zu halten, wurde lange Zeit nur wenig wahrgenommen und die quantitative Rolle bei der Lachgas-Freisetzung aus Böden nicht untersucht. Aus diesem Grund gibt es umfassende Informationen zur Biodiversität und Ökophysiologie von denitrifizierenden aber nicht zu DNRA-Boden- Mikroorganismen. Die Konsequenz dieser historischen Entwicklung ist, dass heute wenig über die Ökophysiologie und Bedeutung der DNRA Bakterien im N-Kreislauf terrestrischer Ökosysteme bekannt ist. Im Gegensatz zu den DNRA-Bakterien, bilden Dentrifikanten N-haltige Gase als Endprodukt ihres Stoffwechsels, die substantiell zum N-Verlust in Böden beitragen. Dahingegen reduzieren DNRA Bakterien Nitrat hauptsächlich zu Ammonium, das im Boden verbleibt und als wichtiger Pflanzennährstoff dient. Beide Bakteriengrupppen bilden das potente Treibhausgas Lachgas und tragen damit zur globalen Erwärmung bei. Das Hauptanliegen des Projektes BE-Cult ist es den Einfluss der Landnutzungsintensität auf diese wichtigen Mikroorganismen im N-Kreislauf von Böden zu untersuchen. In einem Hochdurchsatz-Kultivierungs-Ansatz (einschl. MALDI TOF MS für eine schnelle Stammidentifikation und verschiedene Tests zur physiologischen Charakterisierung des Nitrat- Stoffwechsels) werden über 10.000 Reinkulturen charakterisiert und entsprechend ihrer Phylogenie und Nitrat-Physiologie gruppiert. Aus dieser Stammsammlung werden 100 Isolate genom-sequenziert. Basierend auf den genomischen Informationen werden PCR-Primer funktioneller Genmarker entwickelt und verbessert um dann die funktionellen Genmarker in DNA-Extrakten der Grünland-VIPs zu quantifizieren. Zusammen mit Partnern in den BEs wird die relative Bedeutung der DNRA-Bakterien (insbesondere ihrer relativen Aktivität im Vergleich zu Denitrifikanten) in Meta-Transkriptom Datensätzen evaluiert. Letztendlich werden die so gewonnen Daten in multivariaten Analysen bestehend aus funktionellen Genmarker-Abundanzen, physiologischen 'traits' und auch abiotischen wie biotischen Parametern verwendet um die Verteilungsmuster von DNRA Bakterien in Böden zu erklären und ihre ökologischen Nischen besser definieren zu können.

Klimakammer (Phytotron)

Die beantragte Klimakammer wird im Rahmen des vom MWFK Brandenburg seit 2009 geförderten Verbund-Forschungsvorhabens BIOBRA und zukünftiger Forschungsvorhaben eingesetzt. In BIOBRA arbeitet eine interdisziplinäre Forschergruppe von grundlagenorientierten Nachwuchswissenschaftlern/lnnen des MPI für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam (Prof. Dr. M. Antonietti) und angewandten Wissenschaftlern/Innen der FH Eberswalde (Prof. Dr. Murach) zusammen. Durch die Verschneidung der innovativen Forschungsbereiche der hydrothermalen Karbonisierung (HTC-Forschung des Prof. Antonietti 2008 ausgezeichnet mit dem 'ERC Advanced Grant' der EU) und der Agrarholzproduktion (BMBF-Verbund-Forschungsvorhaben DENDROM des Prof. Murach 2007 in die BMBF-Hightechstrategie aufgenommen) soll der Einsatz der durch hydrothermale Karbonisierung aus Abfallstoffen gewonnenen 'Biokohle' zur Bodenverbesserung (Nährstoff- und Wasserspeicherung) degradierter Standorte und zur C-Sequestrierung am Beispiel der Agrarholzproduktion (Anbau schnellwachsender Baumarten im Kurzumtrieb) untersucht werden.Durch dieses Projekt wird die Agrarholzforschung der FH Eberswalde um einen experimentellen Ansatz erweitert, mit dem sie einen Beitrag zu den neuen, internationalen Forschungsschwerpunkten 'Biochar' / 'Black Carbon' / 'Terra Preta' leisten kann.Die Klimakammer soll Schnelltests zur Optimierung der verschiedenen Biokohlen als Bodenzusatzstoff für Pappel- und Weidenstecklingen unter standardisierten Umweltbedingungen ermöglichen.

Laborschiff zur Analyse der Gewaesserqualitaet in Fluessen, dazu Entwicklung von Schnelltests

Konzeptionen der Schadstoffmessung, einschliesslich und Strahlen.

Entwicklung von Aufbereitungsverfahren und chemisch-physikalischen Schnellerkennungsmethoden fuer die Eingangskontrolle auf abfalltechnischen Behandlungsanlagen - PROTECTA, Entwicklung eines Abfalldeponie-Probenehmers mit Schnelltests (PROBS)

Fuer den Deponie-Eingangsbereich soll ein Probenahmesystem entwickelt werden, das aus heterogenen Abfallfrachten eine Mischprobe im Sinne einer gezielten Stichprobe nehmen soll. Aus dieser Mischprobe soll nach Probenaufbereitung der Gluehverlust, die Fluegelscherfestigkeit, elektrische Leitfaehigkeit und der pH-Wert bestimmt werden,um die Deponie-Zuordnungskriterien zu ueberpruefen. Der Zeitraum fuer Probenahme, -aufbereitung und -analytik soll im Sinne einer Schnellanalyse 15 Minuten nicht ueberschreiten.

Die Lagerungsfaehigkeit von Frischgemuese in Abhaengigkeit von oekologischen Faktoren und unter besonderer Beruecksichtigung physiologischer und mikrobieller Aspekte

Es wird die Lagerungsfaehigkeit in Abhaengigkeit von oekologischen Faktoren (insbesondere Duengung, Boden, Klima) in Parallele mit physiologischen und mikrobiologischen Parametern untersucht. Im Einzelnen stehen in der Pruefung - Atmungsumsatz - Enzymaktivitaet - Dichte der Epiphyten-Mikroflora verschiedener physiologischer Gruppen - Verpilzungstest. Ziel der Arbeit ist das Auffinden von Faktoren, die die Lagerungsfaehigkeit beeinflussen, und die Ausarbeitung von Schnelltestverfahren zur Vorherbestimmung der Lagerungsfaehigkeit.

Frueherkennung und Vermeidung von Gefaehrdungspotentialen bei abfallwirtschaftlichen Massnahmen

Entwicklung eines Frueherkennungssystems, anhand dessen das Risikopotential bei Vermeidung, Verminderung, Verwertung und Beseitigung von Abfaellen ermittelt werden kann. Identifizierung von Schwelgasen, getrennte Erfassung von halogenierten Kohlenwasserstoffen. Multisensorkopf zur Erfassung von krebserregenden Loesungsmitteln (Benzol etc.) in geringen Konzentrationen in Gemischen mit Ketonen, Alkoholen, Aldehyden etc. (Schnelltest, Verwendung neuronaler Netze).

Entwicklung und Bau eines integrierten Messsystems zur schnellen Erfassung wichtiger umweltrelevanter Schadstoffe in der Atmosphaere

Langzeit-Schwermetallmobilisierung aus Muellverbrennungsschlacken

Zur Abklaerung des Gefaehrdungspotentials bei der Verwendung von schwermetallhaltigen Muellverbrennungsschlacken im Strassenbau sollen die fuer die Mobilisierung relevanten Desorptions- und Sorptionsvorgaenge an definierten Eisen-Hydroxid-Oxid-Phasen modellmaessig untersucht werden. Dazu werden zunaechst geeignete Sorbentien synthetisiert und charakterisiert. Durch Untersuchung des Sorptionsverhaltens wichtiger Metallionen an diesen Modellsubstanzen werden die Grundlagen fuer die Untersuchung und Beurteilung realer Systeme geschaffen. Durch die Verknuepfung der an Modellsystemen gewonnenen Erkenntnisse mit Untersuchungen an unter Zeitrafferbedingungen verwitterten Schlacken soll eine Basis fuer die Vorhersage des Verhaltens realer Systeme und fuer die Entwicklung von aussagefaehigen Schnelltests erarbeitet werden.

Evaluierung der Thermolumineszenz als ein sensitives Nachweisinstrument für Herbizide im Wasser

In Zusammenarbeit mit einem französischen Institut in Thonon wird untersucht, ob sich die Thermolumineszenz als ein neues Instrumentarium für die Wasserqualitätsüberwachung einsetzen läßt. Im Vordergrund steht der schnelle und spezifische Nachweis von Herbiziden.

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