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Environmental parameters, including dissolved organic carbon and molecular indices derived from ultra-high-resolution mass spectrometry (FT-ICR-MS) and infrared spectroscopy (ATR-FTIR)

We studied dissolved organic matter (DOM) dynamics in the sea surface microlayer (SML) during a multidisciplinary mesocosm study at the Sea sURface Facility (SURF) of the Institute for Chemistry and Biology of the Marine Environment (ICBM) in Wilhelmshaven, Germany (53.5148 °N, 8.1463 °E). The study was conducted from 18 May to 16 June 2023 as part of the BASS research unit (Biogeochemical processes and Air-sea exchange in the Sea-Surface microlayer). This dataset contains environmental data, including dissolved organic carbon (DOC), dissolved organic nitrogen (DON) and DOM molecular indices (MLBwL, Ibio, Iphoto, IDEG) calculated from ultrahigh-resolution mass spectrometry data (Fourier-transform ion cyclotron resonance mass spectrometer, FT-ICR-MS). Furthermore, we present attenuated total reflectance Fourier Transform Infrared (ATR-FTIR) data from representative samples for each bloom phase. General metadata from the multidisciplinary mesocosm study, including temperature, salinity and chlorophyll a, are provided in Bibi et al. on PANGAEA at the following link: doi:10.1594/PANGAEA.984101.

Standortdifferenzierte Bewertung und Anrechnung der Nutzung von Nitrifikationsinhibitoren als Klimaschutzmaßnahme im Pflanzenbau

Nitrifikationshemmstoffe werden als robuste und skalierbare THG Reduktionsmaßnahme für den Pflanzenbau vorgeschlagen. Ob dies aber eine effiziente, praxisgerechte und umweltschonende Maßnahme zur Verringerung düngungsinduzierter N2O-Emissionen unter mitteleuropäischen Bedingungen ist, wird von Wissenschaft, Politik und Praxis kontrovers diskutiert. Einerseits bestehen die Potenziale, durch die Hemmung der Nitratbildung sowohl die direkten als auch indirekten N2O-Emissionen deutlich zu mindern und dadurch die Effizienz der Stickstoffdüngung zu verbessern. Andererseits fehlen für eine gesicherte Bewertung in mehreren Punkten wissenschaftlich belastbare und standortdifferenzierende Ergebnisse: i) die standortdifferenzierende Bewertung der Wirkung auf die N2O-Jahresemission und Nitratauswaschung, ii) die ökologischen Langzeitwirkungen einer regelmäßigen Ausbringung der Hemmstoffe und ihre Wirkung auf andere umwelt- und klimawirksamen Emissionen sowie iii) die zusammenführende und standortdifferenzierende Gesamtbewertung als Klimaschutzmaßnahme unter Einbeziehung von Klimaschutzeffekten, ökologischen Risiken, sowie ökonomischen und pflanzenbaulichen Effekten. Ziel dieses Teilprojekts ist die standortabhängige pflanzenbauliche Bewertung des Einsatzes von Nitrifikationsinhibitoren und damit verbundener Düngungsstrategien auf die Qualität und Höhe der Erträge und Stickstoffnutzungseffizienz. Neben bereits verfügbaren Daten aus der Literatur fließen hier insbesondere die pflanzenbaulichen Daten aus den Feldversuchen des Verbundprojektes ein. Zur weiteren Extrapolation der Erkenntnisse werden statistische und pflanzenbauliche Modelle herangezogen.

Standortdifferenzierte Bewertung und Anrechnung der Nutzung von Nitrifikationsinhibitoren als Klimaschutzmaßnahme im Pflanzenbau, Standortdifferenzierte Bewertung und Anrechnung von Nitrifikationsinhibitoren als Klimaschutzmaßnahme im Pflanzenbau

Ziel des interdisziplinären Verbundvorhabens ist die standortdifferenzierte Bewertung des Einsatzes von Nitrifikationsinhibitoren bei der Stickstoffdüngung als Klimaschutzmaßnahme. Das beantragte Projekt der CAU Kiel ist Teil eines Verbundprojektes welches sowohl ein deutschlandweites Netzwerk abgestimmter Feld- (8 Standorte) und Laborversuche (4 Labors) zu den Wirkungen von Nitrifikationsinhibitoren auf die Stickstoffdynamik im Boden, die direkte N2O-Emission, die Nitratauswaschung sowie die Stickstoffeffizienz und die Qualität und Höhe der Erträge als auch integrierte Untersuchungen zu Wirkungen auf das Bodenmikrobiom (Zielorganismen und Nichtzielorganismen), die Verlagerung von Hemmstoffen, die Interaktion mit anderen umwelt- und klimawirksamen Emissionen (Ammoniak, Methan) sowie die ökonomische Bewertung von Nitrifikationshemmstoffen als Klimaschutzmaßnahme umfasst. Das Teilprojekt ist an der Modellierung und Regionalisierung der Wirkungen von Nitrifikationshemmstoffen, die Abbildung möglicher Klimaschutzwirkungen im Treibhausgasemissionsinventar Deutschlands, die zusammenführende Bewertung als mögliche Klimaschutzmaßnahme sowie der Wissenstransfer in die Praxis beteiligt. Es ist federführend bei der Modellierung der Stickstoffauswaschung als Komponente der indirekten THG-Emissionen. Wesentliche Ziele dieses des Projektes sind die standortdifferenzierte Erfassung und Bewertung - des annuellen Effekts von NI auf die direkte N2O Emission, - der Wirkung von NI auf Ammoniakemissionen und auf die Methanaufnahme von Böden, - der Wirkung von NI auf Ertragseffekte (Höhe, Qualität) und die Stickstoffnutzungseffizienz, - der Wirkung von NI auf die annuelle Nitratauswaschung, - der Wirkungen verschiedener Inhibitorprodukte, - der Effektivität von NI nach mehrmaliger und mehrjähriger Anwendung.

Einflüsse auf Auswirkungen hoher Anteile an freien Aminosäuren im Futter für Masthühner

Den Rohproteingehalt des Futters bei bedarfsdeckender Versorgung der Tiere mit Aminosauren (AS) abzusenken ist wünschenswert, da die Nutzungseffizienz des Stickstoffs (N) erhöht und negative Umweltwirkungen der Tierhaltung verringert werden. Der notwendige Anteil freier AS im Futter steigt je geringer der Rohproteingehalt des Futters ist um die Tiere dem Bedarf entsprechend mit AS zu versorgen. Somit werden mehr freie im Verhältnis zu peptidgebundenen AS verfüttert. Neben Unterschieden der Absorption gibt es auch postabsorptiv physiologische Unterschiede, die sich aus der Verfütterung von freien oder peptidgebundenen AS ergeben. Aufbauend auf dem Vorgängerprojekt Si 2258/3-1 eröffneten sich weitere grundlegende Forschungsfragen. Beim Vorgängerprojekt wurde durch Austausch von peptidgebundenen gegen freie AS bei unveränderter Konzentration an verdaulichen AS im Futter eine Obergrenze an freien AS im Futter ermittelt. Anpassungsprozesse nach Umstellung auf Futtermischungen mit hohen Anteilen freier AS wurden untersucht. Ziel des Projekts ist es, bisher weiterhin offene Ursachen für Auswirkungen auf die N-Nutzungseffizienz sowie die Säuren-Basen-Bilanz bei hohen Anteilen freier AS im Futter bei Masthühnern zu untersuchen. Dabei werden Anpassungen des Stoffwechsels an hohe Anteile freier AS im Futter vertieft erforscht. Die wesentlichen zu prüfenden Hypothesen sind: a) Durch eine höhere Versorgung mit Natriumbicarbonat sind Einflüsse auf die Säuren-Basen-Bilanz bei hohen Anteilen freier AS im Futter weniger ausgeprägt. b) Eine Proteomics-Studie des Dünndarmgewebes zeigt einen Einfluss des Anteils freier AS im Futter in erheblichem Ausmaß und gibt Aufschluss über bislang unbekannte Anpassungsprozesse des Darmgewebes an hohe Anteile freier AS im Futter. c) Beim Austausch peptidgebundener gegen freie AS ist die Berücksichtigung von Asparagin bedeutend, während sich eine Relevanz von Glutamin in diesem Zusammenhang nicht erhärtet. d) Beim Austausch peptidgebundener gegen freie AS im Futter ist die fraktionelle Proteinsyntheserate geringer, vor allem wenn Asparagin und Glutamin defizitär verfüttert werden. Das Projekt umfasst drei aufeinander aufbauende Versuche. Zunächst wird die AS-Verdaulichkeit von Futtermischungen ermittelt, um gleiche Konzentrationen an verdaulichen AS für die folgenden Versuche zu ermöglichen. Beim zweiten Versuch wird geprüft, ob sich eine durch den Austausch peptidgebundener gegen frei AS beeinflusste Säuren-Basen-Bilanz sich durch eine erhöhte Natriumbicarbonat-Konzentration im Futter mildern oder sogar ausschalten lässt. Schließlich wird beim dritten Versuch untersucht, welche Auswirkungen die Versorgung mit den AS Glutaminsäure, Glutamin, Asparaginsäure und Asparagin beim Austausch peptidgebundener gegen freie AS hat. Messungen werden in engem zeitlichen Abstand nach der Umstellung von Futter mit üblichen Anteilen freier AS durchgeführt um Anpassungen des Stoffwechsels und Folgen hoher Anteile freier AS zu identifizieren.

Anpassung der N-Düngung an die Variation in Ertragspotential und Nachlieferung in der Teilfläche, Teilprojekt F

Maßnahmen zur Minderung direkt und indirekt klimawirksamer Emissionen, die durch Denitrifikation in landwirtschaftlich genutzten Böden verursacht werden

Das Verbundvorhaben adressiert die Themen der Minderung der Lachgasemission und Verbesserung der Stickstoffeffizienz durch Modellierung, der Bewertung möglicher Minderungsmaßnahmen und der standortdifferenzierenden Bewertung der Denitrifikation. Gasförmige Emissionen aus der Denitrifikation verursachen pflanzenbaulich relevante N-Verluste und verursachen direkte N2O-Emissionen des Pflanzenbaus. Pflanzenbauliche Klimaschutzmaßnahmen im Bereich der Düngung, Bodenbearbeitung, Fruchtfolge sind im Hinblick auf die Rolle der Denitrifikation kaum erforscht. Ein pflanzenbauliches Management welches N-Effizienz optimiert und gleichzeitig N-Emissionen minimiert ist daher bisher nicht verlässlich definiert. Übergeordnetes Ziel des vorliegenden Antrags ist es, pflanzenbaulich praktikable Minderungsmaßnahmen im Hinblick auf N2 und N2O-Emissionen der Denitrifikation für Ackerbausysteme in Deutschland zu identifizieren, indem der Kenntnisstand zu denitrifikativen N-Verlusten durch Feld- und Laborstudien verbessert und zur Parametrisierung, Validierung und Anwendung von Simulationsmodellen eingesetzt wird. Unsere Teilziele sind wie folgt: 1. Regionalisierung der N-Verluste durch Denitrifikation in Deutschland auf Basis vorhandener Modelle 2. Bestimmung der Wirkung von pflanzenbaulichen Klimaschutzmaßnahmen auf N2- und N2OVerluste 3. Prüfung von Minderungsoptionen auf der Modell-, Labor- und Feldskala unter Berücksichtigung des Oberbodens und des durchwurzelten Unterbodens für verschiedene Böden 4. Weiterentwicklung von Denitrifikationsmodellen, um die Abbildung von Minderungsmaßnahmen zu verbessern anhand vorhandener und neuer Messdaten 5. Prüfung der Minderungsoptionen für Deutschland anhand der verbesserten Modelle unter Berücksichtigung von Ertrag, Wirtschaftlichkeit, Technologiebedarf, N2O-Emission, N-Effizienz, Düngerbedarf, NH3-Emisissionen und Nitratauswaschung.

Concentrations of heavy metals and nutrients in agricultural soils

The concentration of heavy metals and nutrients in agriculture soil contains: 1) current and critical metal concentrations and its exceedances in topsoils, as well as data related to the current and critical metal inputs to and outputs from soils (uptake, accumulation and leaching) and the resulting exceedances of critical metal inputs. The metals included in this data set are cadmium (Cd), copper (Cu), lead (Pb) and zinc (Zn). 2) The series contains the current nitrogen (N) and critical phosphorus (P) concentrations and their exceedances of the current and required Nitrogen Use Efficiencies (NUE) in Europe.

Überschuss der Stickstoff-Flächenbilanz der Landwirtschaft in den Kreisen für die Jahre 1995-2023 (3-jährige Mittelwerte) (Datensatz)

Die Stickstoff-Gesamtbilanz (synonym: Hoftorbilanz, Sektorbilanz, Stoffstrombilanz) für die Landwirtschaft umfasst die drei Komponenten: Flächenbilanz (Pflanzen- bzw. Bodenproduktion), Stallbilanz (tierische Erzeugung) und Biogasbilanz (Erzeugung von Biogas). Für regionale Gliederungen unterhalb der Ebene des Bundesgebietes, das heißt für Bundesländer, Kreise oder Gemeinden, können nach wie vor aufgrund der eingeschränkten Datenverfügbarkeit im Regelfall nur Flächenbilanzen ermittelt werden. Grundsätzlich ist an regionalisierte Bilanzierungen die Forderung zu stellen, dass sich mit der jeweiligen Methodik ein annähernd identischer Wert des Flächenbilanzüberschusses berechnet (in der Summe über alle regionalen Einheiten im Bundesgebiet) wie für Deutschland als Ganzes. Die Zeitreihe des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL 2024) für das Bundesgebiet ist dabei als Referenzwert anzusehen. Der N-Überschuss der Flächenbilanz entspricht der Differenz zwischen den N-Zufuhren und den N-Abfuhren auf der landwirtschaftlich genutzten Fläche der Kreise während eines Bilanzjahres. In der vorliegenden Berechnung beinhaltet der Flächenbilanz-Überschuss den Eintrag von Stickstoff in den Boden (i) ohne Abzug der NH3-Verluste, die bei der Ausbringung von Wirtschaftsdünger, Gärresten und Mineraldünger auf der Fläche auftreten, sowie (ii) ohne Abzug von N2-, NOX- und N2O-Emissionen aus dem Boden, die in Folge von Nitrifikation und Denitrifikation entstehen. Weiterhin werden die N-Verluste infolge des Abbaus der organischen Bodensubstanz in anmoorigen und Moor-Böden unter Acker- und Grünland-Nutzung nicht berücksichtigt.

Concentrations of nitrogen and phosphorus in European agricultural soils, Oct. 2020

This data set contains current nitrogen (N) and critical phosphorus (P) concentrations and their exceedances of the current and required Nitrogen Use Efficiencies (NUE) in Europe. This data set has been compiled by the European Topic Centre on Urban, Land and Soil Systems (ETC/ULS) in the context of a study on metal and nutrient dynamics where the fate and dynamics of the most abundant heavy metals and nutrients in agricultural soils were investigated. The purpose of this study was to investigate the impacts of agricultural intensification in Europe, and to understand its environmental impact.

Dissolved organic carbon and solid-phase extracted DOC, and Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry results for bottom water and porewater samples collected from the German Bight, during RV Heincke cruises HE582 and HE595

This dataset presents detailed information on the sampling sites, dissolved organic carbon (DOC) concentrations, and molecular characteristics of solid-phase extracted DOC (SPE-DOC) from bottom water (BW) and porewater (PW) samples collected in the German Bight, North Sea, during RV Heincke cruises HE582 and HE595. The data include average elemental compositions (C, H, O, N, S, P) and relative abundances of major compound classes and structural groups derived from FT-ICR-MS analysis. These molecular-level results provide insights into compositional differences between BW and PW DOM and reveal the selective preservation and transformation processes governing organic matter across the sediment–water interface.

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