Das Projekt "Long Term Observations of Urban Atmospheric Radical Chemistry (Turban)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Heidelberg, Institut für Umweltphysik durchgeführt. The nitrate radical (NO3) is a key component of night time chemistry in the troposphere and is responsible for the non-photochemical production of peroxy radicals and the transformation of important species such as nitrogen oxides, VOCs, and ozone. It can be comparable to the OH radical as a sink for nitrogen oxides and VOCs. The only two studies to provide long term night time measurements of NO3 in the boundary layer were conducted in Germany at a rural coastal site and a rural suburban site. One short-term study has reported daytime measurements of NO3. More research is necessary to obtain a complete picture of seasonal variations in NO3 chemistry. Our objectives are to describe seasonal and spatial patterns in the chemistry of NO3 in an arid urban location, and to evaluate its contribution to the transformation and removal of atmospheric compounds. Two years of continuous Differential Optical Absorbance Spectrometry (DOAS) measurements in Jerusalem will provide concentrations of NO3, NO2, NO, O3, HONO, and HCHO, in addition to meteorology and other ancillary parameters. A month-long field project using high-end DOAS equipment will be conducted in parallel in order to assess spatial variations in NO3 chemistry in the region. The proposed research will be the first to conduct continuous long-term measurements of NO3 in an urban area, and the first in an arid region such as Israel. No long-term measurements of NO3 in the daytime have yet been reported. The resulting data will improve our understanding of NO3 chemistry in the urban boundary layer.
Das Projekt "Vorhersage und Erklaerung des Verhaltens und der Belastbarkeit von Oekosystemen unter veraenderten Umweltbedingungen - Teilprojekt N9: Einfluss des Stammablaufs und des durch Stammablauf beeinflussten Bodens auf den Stoffumsatz in Buchenbestaenden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Bayreuther Institut für Terrestrische Ökosystemforschung, Lehrstuhl für Ökologische Mikrobiologie (ÖMIK) durchgeführt. In Buchenwaeldern kann der Stammabfluss einen betraechtlichen Teil des Bestandesniederschlags darstellen und bedeutenden Einfluss auf Umsetzungsprozesse (zB N-Umsatz) in stammnahen Bodenbereichen haben. Der mikrobiologische Schwerpunkt dieses Projektes lag in der Untersuchung der N2O-Emissionen mittels der Haubenmethode, der mikrobiellen N-Umsetzungspotentiale in Mikrokosmen und der Charakterisierung der saeuretoleranten, fuer die N2O-Emissionen verantwortlichen Mikroflora in stammnahen und stammfernen Bodenbereichen von sauren Waldbestaenden durch Anreicherungen und Bodensuspensionen in Naehrmedien mit verschiedenen pH-Werten. Sowohl im Fichtenbestand am Waldstein als auch im Buchenbestand im Steigerwald waren die in situ N2O-Emissionen minimal. Individuelle N2O-Emissionsraten am Waldstein lagen im Bereich von 0,04-2,9 mg N2O-N h-1 m-2; im Steigerwald konnte keine signifikante N2O-Emission beobachtet oder Unterschiede zwischen stammnahen und stammfernen Bereichen festgestellt werden. Im Gegensatz dazu waren im Buchenbestand am Steigerwald Nitrifikationspotentiale und Wassergehalte deutlich im stammnahen Bereich erhoeht. Nitratkonzentrationen in der Bodenloesung waren im stammfernen Bereich erhoeht (Chang und Matzner 1997a). Obwohl der saure Fichtenbestand am Waldstein kein sehr aktiver N2O-emittierender Standort zu sein scheint, haben die sauren Boeden ein Denitrifikationspotential mit N2O als Endprodukt der Nitratreduktion. Versuche, N2O-bildende Mikroorganismen aus diesen Boeden beim Boden-pH (pH 3) anzureichern und zu isolieren, waren nicht erfolgreich. Experimente mit Bodensuspensionen in einem weiten pH-Bereich weisen daraufhin, dass N2O-Bildung und Denitrifikation nicht bei pH 3 sondern bei einem hoeheren pH (5 bis 6) stattfindet. Anreicherungen bei pH 5.3 deuten daraufhin, dass fakultativ anaerobe Bakterien fuer die N2O-Bildung verantwortlich sein koennten. Da erste Messungen der N2O-Emission im Buchenbestand im Steigerwald andeuteten, dass die N2O-Emission ebenfalls sehr gering ist, wurde das Projekt in eine neue Richtung - die Untersuchung des mikrobiologischen Mechanismus der N2O-Emission durch Regenwuermer aus Buchenwaldboeden, wo Regenwuermer eine bedeutende Rolle bei N-Umsaetzen haben koennten (Karsten and Drake 1997) - gefuehrt. Die N2O-Emission durch Regenwuermer der Art Lumbricus rubellus, die in mit antibakteriellen Antibiotika versehenen Boeden inkubiert wurden, war zu 78 Prozent gehemmt. Die in vivo-Emission von N2O durch L. rubellus (0,06 n mol h-1 g-1 Frischgewicht) wurde durch Nitrat oder Nitrit stark (50- bzw. 200-fach) stimuliert. In Gegenwart von Acetylen wurden die N2O-Emissionsraten um ca 70 Prozent erhoeht. N2O-Emissionsraten von praeparierten Regenwurmdarmabschnitten waren bedeutend hoeher als Raten von darmlosen Wuermern. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Denitrifikation der vorwiegende N2O-bildende Prozess zu sein scheint und Darmbakterien die in vivo-Emission von N2O bei Lumbricus rubellus vermitteln.
Das Projekt "Kinetische und mechanistische Untersuchungen der chemischen Transformation saeurebildender Stickoxide in der Atmosphaere" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Göttingen, Institut für Physikalische Chemie durchgeführt. Die atmosphaerische Oxidation von Stickoxiden (NOx) ist eine der Ursachen der Entstehung saurer Niederschlaege. Die Modellierung der chemischen Transformation NO (NO,NO2) zu anderen Stickstoffverbindungen (NO3, N2O5, HNO2, HNO3, HNO4, PAN) erfordert daher eine moeglichst genaue Kenntnis der beteiligten Elementarprozesse. Nach neueren Untersuchungen kommt dem NO3-Radikal eine bedeutende Rolle als Nachtspeicher von NOY und als reaktives Spurengas waehrend der Nacht zu. Direkte Messungen von NO3 in der Troposphaere und in der Stratosphaere sind aber nicht vollstaendig im Einklang mit der bekannten NO3-Chemie. Die hier vorgeschlagenen Untersuchungen zur Photochemie und Kinetik des NO3-Radikals dienen der Quantifizierung seiner Rolle im Gesamt-NOY-Budget, sowie seiner Kopplung mit anderen Spurenstoffklassen (NOx, Ox, Kohlenwasserstoffe).
Das Projekt "Vorhersage und Erklaerung des Verhaltens und der Belastbarkeit von Oekosystemen unter veraenderten Umweltbedingungen - Teilprojekt N4: Oberirdische Stickstoffaufnahme" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Bayreuther Institut für Terrestrische Ökosystemforschung, Lehrstuhl für Pflanzenökologie durchgeführt. Baeume in anthropogen beeinflussten Zentraleuropa koennen Stickstoff aus verschiedenen Quellen nutzen: a) aus der Bodenloesung und b) aus der Atmosphaere. Es liegen oxidierte (NO, NO2, HNO3, NO3-) und reduzierte stickstoffhaltige Verbindungen vor (NH3, NH4+). Oxidierten Spezies werden ueberwiegend bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen freigesetzt. Reduzierten Spezies stammen zu mehr als 90 Prozent aus der Landwirtschaft. Die Aufnahme von stickstoffhaltigen Spezies aus der Atmosphaere kann durch eine Veraenderung der natuerlichen Stickstoffisotopenzusammensetzung im Pflanzengewebe in Abhaengigkeit von der Expositionsdauer, der Konzentration und der Stickstoffiosotopenzusammensetzung der zur Deposition beitragenden Spezies quantifiziert werden. Die Stickstoffisotopenzusammensetzung in Pflanzengeweben, bodenbuertigem Stickstoff und von NH3 in der Atmosphaere des Fichtelgebirges ist bekannt. Eine schnelle und zuverlaessige on-line Methodik zur Stickstoffisotopenbestimmung im Bereich natuerlicher Anreicherungen von NH3, NO und NO2 muss entwickelt werden. Um einer Messung mittels IR-MS zugaenglich zu werden, muessen die Spurengase quantitativ zu N2 umgesetzt werden. Die folgenden Umsetzungstechniken wurden entwickelt: (1) Oxidation von NH3 zu N2 an einer NiO Oberflaeche bei 1150 Grad Celsius und Reoxidation mit O2 vor jeder Analyse (11,7 bis 58,8 nmol NH3, plus/minus 0.20 Promille). (2) Reduktion von NO zu N2 an einer Ni Oberflaeche (16,7 bis 133,3 nmol NO, plus/minus 0,30 Promille. (3) NO2 wurde an einer Mo Oberflaeche zu NO reduziert und danach behandelt wie NO (26,0 bis 129,9 nmol NO2, plus/minus 1,15 Promille). Fuer eine Stickstoffisotopenbestimmung im Bereich natuerlicher Isotopenzusammensetzungen von NH3, NO and NO2 aus Umgebungsluft werden ca 100 l Luft benoetigt. Fixierungstechniken dieser Gase auf Molekularsieben und mittels Kuehlfallen befinden sich in der Entwicklungsphase. Die Adsorptionseigenschaften aus Umweltluft und die Charakteristika der thermischen Desorption von NH3, NO und NO2 muessen ermittelt werden. Spaeter folgt eine Analyse der Stickstoffiosotopenzusammensetzung von NH3, NO und NO2 in Umgebungsluft am Waldstein (Fichtelgebirge).
Das Projekt "Vorhersage und Erklaerung des Verhaltens und der Belastbarkeit von Oekosystemen unter veraenderten Umweltbedingungen - Teilprojekt N5: Ammonium und Nitrataufnahme bei Waldbaeumen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Bayreuther Institut für Terrestrische Ökosystemforschung, Lehrstuhl für Pflanzenökologie durchgeführt. Im Mai 1996 wurde in fuenf Buchenbestaenden (Fagus sylvatica L.) im Alter zwischen 10 und 140 Jahren ein 15N-Tracer-Puls-Experiment begonnen, um die Auswirkungen kontinuierlicher atmosphaerischer Eintraege von Stickstoff (N) auf Laubwaldoekosysteme zu untersuchen. Ziel dieses Projektes ist es, aufbauend auf entsprechenden Untersuchungen im Rahmen frueherer BITOeK-Projekte an Fichtenbestaenden bzw aufbauend auf einem Vorversuch in einem 30 jaehrigen Buchen/Eichen-Mischbestand, (1) die Aufnahme von Mineral-N durch Buchen und Begleitvegetation; (2) die Fluesse und Umsetzungen von N im Buchenwaldoekosystem; (3) den saisonalen Effekt auf N-Aufnahme und Verteilungsmuster und (4) den Einfluss des Bestandesalters auf N-Aufnahme und Verteilungsmuster sowohl qualitativ als auch quantitativ zu klaeren. Die bisherigen Ergebnisse zeigen: (1) Buche nutzt Ammonium und Nitrat ueber die ganze Wachstumsperiode hinweg. Dies steht im Einklang mit den Ergebnissen aus Untersuchungen an Nadelwaeldern. Die untersuchten Buchenbestaende zeigen eine sehr geringe Deckung durch Bodenvegetation. In Fichtenwaeldern stellt die Begleitvegetation einen starken Konkurrenten um Mineral-N, insbesondere fuer Nitrat dar. Die Bodenvegetation spielt daher eine bedeutende Rolle in der Kompensation von N-Eintraegen in Fichtenwaelder. Eine spaerliche Bodenbedeckung in den Buchenbestaenden koennte daher Auswirkungen auf die Nitrataustraege haben. Im Gegensatz zu Fichte nutzt Buche mehr Nitrat als Ammonium. Es gibt gute Hinweise darauf, dass die N-Nutzung von Buchen insgesamt hoeher ist als die von Fichten. Eine hoehere N-Nutzung in Verbindung mit bevorzugter Nutzung von Nitrat koennte, zumindest zum Teil, hoehere Nitrifikationsraten in Laubwaldboeden sowie geringere Beitraege der Begleitvegetation an der N-Aufnahme kompensieren, verglichen mit Nadelwaldoekosystemen. Ein bedeutender Faktor fuer eine effektive Kompensation von N-Eintraegen auf Bestandesebene ist die Bestandesdichte, dh die lebende Biomasse pro Flaeche sein. Daher koennte den Laubbaeumen im Hinblick auf nachhaltiges Forstmanagement in Zukunft eine wichtige Rolle zukommen. (Forschungsbericht 1998).