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Development of a modelling system for prediction and regulation of livestock waste pollution in the humid tropics

Introduction: In Malaysia, excessive nutrients from livestock waste management systems are currently released to the environment. Particularly, large amounts of manure from intensive pig production areas are being excreted daily and are not being fully utilised. Alternatively, the excess manure can be applied as an organic fertiliser source in neighbouring cropping systems on the small landholdings of the pig farms to improve soil fertility so that its nutrients will be available for crop uptake instead of being discharged into water streams. Thus, there is a need for better tools to analyse the present situation, to evaluate and monitor alternative livestock production systems and manure management scenarios, and to support farmers in the proper management of manure and fertiliser application. Such tools are essential to quantify, and assess nutrient fluxes, manure quality and content, manure storage and application rate to the land as well as its environmental effects. Several computer models of animal waste management systems to assist producers and authorities are now available. However, it is felt that more development is needed to adopt such models to the humid tropics and conditions of Malaysia and other developing countries in the region. Objectives: The aim is to develop a novel model to evaluate nutrient emission scenarios and the impact of livestock waste at the landscape or regional level in humid tropics. The study will link and improve existing models to evaluate emission of N to the atmosphere, and leaching of nutrients to groundwater and surface water. The simulation outputs of the models will be integrated with a GIS spatial analysis to model the distribution of nutrient emission, leaching and appropriate manure application on neighbouring crop lands and as an information and decision support tool for the relevant users.

Native plants and mycorrhizal fungi in wind erosion control in the Kailash-Manasarovar region (Tibet, China)

We study the effects of plants and root-associated fungi on wind erosion within the alpine environment of Tibet. China is one of the countries most affected by desertification processes and Tibet, in particular, a key region in desertification combat. The presented project focuses on the Barkha Plain surrounded by Mount Kailash and the Lake of Manasarovar (Ngari Prefecture). This Western Tibet region experienced little scientific attention but, nowadays, faces rapidly increasing touristic activities and expanding local settlements associated with socio-economic changes that are serious threats to the delicate ecological balance and potential triggers of desertification. It exists almost unanimous agreement that revegetation is the most efficient and promising strategy to combat wind erosion and desertification in the long term. However, re-colonising success is often poor, mainly under extreme environmental conditions. Compared to conventional practices, the approach of the presented project attains better accordance with natural succession processes and promises acceleration of both plant and soil development and, conclusively, more efficient desertification control. The project assesses the potential of native plants and symbiotic fungi to control wind erosion and desertification processes. It aims to identify key plants and fungi that increase soil aggregate stability and efficiently drive succession into a natural and self-maintaining cycle of the ecosystem. Furthermore, it provides crucial information for implementing environmentally compatible and cost-effective measures to protect high-elevation ecosystems against desertification. Within three successional stages (early, intermediate, late), field investigations are performed on the basis of Modified-Whittaker plots. Classic methods of vegetation analysis and myco-sociology are combined with analysis of distribution patterns at different scales (patchiness, connectivity). Comprehensive soil analysis is performed comprising grain size distribution, aggregate stability, pH as well as water and nutrient contents. Additionally, important parameters of wind erosion are measured concurrently and continuously to assess their magnitude and variability with respect to vegetation and soil at different levels of development. The parameters addressed, include sediment transport, air temperature, radiation, precipitation, relative humidity as well as speed and direction of wind. Surface moisture is recorded periodically and roughness described. Species and environmental parameters are checked for spatial correlation. Cutting edge technologies are applied in laboratory work, comprising molecular methods for fungal species identification and micro-tomography to analyse soil structure. Furthermore, successfully cultivated fungi and plants are subject of synthesis experiments and industrial propagation in view of practical implementation in restoration measures.

AsFeP0 - A model concept for in situ investigation or arsenic and phosphate adsorption to predefined iron minerals and to characterize transformation processes of iron minerals

Shallow groundwater of the huge deltaic systems of Asia like the Red River Delta in Vietnam is often enriched in inorganic arsenic (As), threatening the health of millions of residents. The massive abstraction of groundwater in these areas locally causes an irreversible mixing of arsenic-free groundwater resources with arsenic-rich groundwater. Increased concentrations of competitive anions, especially phosphate (PO43-), decrease the immobilization capacity of the sediments. During transport, the mobility of dissolved As in local aquifers is strongly influenced by adsorption to sedimentary and ubiquitously occurring iron(oxyhydr)oxides. Additionally, arsenic-rich groundwater is often enriched in reduced iron (Fe2+) as well, which is capable to react with iron(oxyhydr)oxides, thereby inducing mineral transformations. Such transformations permanently affect the arsenic adsorption and immobilization capacity of the sediments.Within the scope of this research project, the underlying mechanisms related to As transport and the resulting threat to arsenic-free groundwater resources will be characterized in cooperation with the Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology (Eawag). The research concept aims at assessing the complex interactions within the arsenic-iron-phosphate-system under field conditions at a study site next to the Red River. First, filtration experiments using local groundwater enriched in As and PO43- will be used to determine the As adsorption capacity of different and previously geochemically characterized iron(oxyhydr)oxides. In a second step, sample carrier containing As loaded iron(oxyhydr)oxides will be introduced into surface near aquifer parts of the study site (via existing groundwater monitoring wells). These samples will be exposed to local groundwater characterized by increased As, Fe2+ and PO43- concentrations for the following nine months. Using the in situ exposition of predefined iron(oxyhydr)oxides, it will be possible to distinguish potential mineral transformations and their influences on the As immobilization capacity of the respective iron(oxyhydr)oxides. By combining the results and outcomes of the field experiments, new and important conclusions regarding the mobility of As can be drawn. The data can be used to create a hydrochemical transport model describing reactive As transport within the investigation area. In addition, the results of the in situ exposition experiments will allow to draw conclusions in respective to the long term As immobilization capacity of different iron(oxyhydr)oxides, which is an essential information regarding in situ decontamination techniques.

Eine systematische Übersicht über Fragebögen aus Lärmwirkungsstudien

In Fragebogen-Untersuchungen zur Lärmwirkung wurden bisher sehr unterschiedliche Operationalisierungen von Wirkungsvariablen (wie z.B. Belästigung, Störung von Aktivitäten) und außer-akustischen Faktoren (sog. Moderatoren wie z.B. Lärmempfindlichkeit, misfeasance) verwendet. Deshalb hat sich die Arbeitsgruppe community response der International Commission on the Biological Effects of Noise (ICBEN, Team No. 6) als langfristiges Ziel die Entwicklung von Fragebogen-Guidelines und die Formulierung eines Muster-Fragebogens für die Lärmwirkungsforschung gesetzt. D.h. es soll ein Vorschlag erarbeitet werden, in welcher Form globale und spezifische Lärmwirkungen in Befragungen erhoben werden sollten. Um dieses Vorhaben zu unterstützen, hat der Arbeitskreis Ökologische Lärmforschung die Erstellung einer systematischen Übersicht über vorhandene Fragebögen aus Lärmwirkungsstudien auf internationaler Ebene in Angriff genommen. Diese Übersicht soll es u.a. ermöglichen, die Struktur von verschiedenen Fragebögen sowie die in ihnen verwendeten Operationalisierungen für Lärmwirkungs- und Moderatorvariablen (hinsichtlich Art der Frageformulierung sowie der Antwortformate) zu vergleichen. Für den/die einzelne/n Lärmforscher/in bietet diese Übersicht die Möglichkeit, sich auf sehr effiziente Art und Weise darüber zu informieren, wie bestimmte Konstrukte in bisherigen Untersuchungen operationalisiert worden sind bzw. welche Alternativen zu den bereits selbst angewandten Operationalisierungen bestehen. Nach einer systematischen Ermittlung von Namen und Adressen einschlägiger Lärmforscher/innen, wurden diese um die Zusendung von Fragebögen sowie ergänzender Materialien aus eigenen Lärmwirkungsstudien gebeten. Die zugesandten Fragebögen werden gegebenenfalls übersetzt und mit der Methode der qualitativen Inhaltsanalyse ausgewertet. Hierbei werden die Fragebögen im Hinblick auf formelle Aspekte (z.B. Jahr der Erhebung, Sprache, Art der Befragungsmethode) wie auch im Hinblick auf strukturelle Aspekte (z.B. Umfang des Fragebogens, abgefragte Variablengruppen, Antwortformate) ausgewertet. Hauptgegenstand der Auswertung ist aber insbesondere die Auswertung der Lärmwirkungsvariablen (z.B. die Abfrage der globalen Lärmbelästigung, Aktivitätenstörungen, Kommunikationsstörungen) sowie der Moderatorvariablen (z.B. Lärmempfindlichkeit, Lärmbewältigungsvermögen, misfeasance). Parallel dazu wurde eine Datenbank entwickelt, in der die Ergebnisse der Analysen dargestellt und verwaltet werden. Diese Datenbank wird ab November 2001 im Internet unter http://www.eco.psy.ruhr-uni-bochum.de/nqd für jede/n interessierte/n Forscher/in zugänglich und nutzbar sein. Langfristig ist darüber hinaus geplant, ein Archiv mit den Original-Fragebögen aufzubauen, in dem einzelne Fragebögen auf Wunsch eingesehen werden können.

Nationale und internationale Hochwasserschutzpolitik am Rhein. Eine Mehrebenen-Politikfeldanalyse

Die Hochwasserereignisse im Dezember 1993 und Januar 1995 am Rhein, Juli/August 1997 an der Oder sowie im August 2002 an der Elbe und die hervorgerufenen Schäden haben in Deutschland zu der Erkenntnis geführt, dass baulich-technische Hochwasserschutzmaßnahmen nicht ausreichen, sondern dass ein vorsorgeorientiertes, die Ziele einer dauerhaft umweltgerechten Entwicklung verfolgendes Hochwassermanagement erforderlich ist. Dazu zählen der technische Hochwasserschutz, die weitergehende Hochwasservorsorge und die Flächenvorsorge zum natürlichen Rückhalt als vorbeugender Hochwasserschutz. Allerdings treten Defizite bei der Operationalisierung dieser politischen Ziele und Strategien auf der Umsetzungsebene auf. Es bleibt bisher die Frage unbeantwortet, ob es sich dabei um Regelungs- oder Vollzugsdefizite handelt. Das Forschungsvorhaben am Institut für Forst- und Umweltpolitik verfolgt das Ziel, die Bedingungen für die Implementation von existierenden politischen Initiativen zum vorbeugenden Hochwasserschutz zu untersuchen. Bedeutsam für die Untersuchung ist dabei die Betrachtung von Akteuren der verschiedenen politischen Ebenen und Sektoren im Durchführungsprozess, deren Kommunikations- und Machtstrukturen sowie der eingesetzten Instrumente, um hieraus Erkenntnisse über die politische Steuerung und deren Wirkung gewinnen zu können. Die Politikfeldanalyse sieht den Vergleich der Hochwasserschutzpolitik der Bundesländer Nordrhein-Westfalen, Rheinland-Pfalz und Baden-Württemberg vor und wird unter Verwendung von Methoden der qualitativen Sozialforschung durchgeführt. Im Ergebnis sollen Effizienzfaktoren ermittelt und schließlich Handlungsempfehlungen für die Implementation von ressort- und grenzübergreifenden Planungsprozessen in komplexen politischen Systemen abgeleitet werden.

Technical Support for the revision of ecolabel and green public procurement GPP Criteria Lot 1

The project's objective is to support JRC IPTS in revising the existing Ecolabel and GPP criteria of personal computers and notebook computers. The priority in this revision process is to first analyse which of the existing criteria and the supporting evidence are still valid and to identify the additional research that should be carried out. Potential additional criteria can be developed, if identified as necessary in the course of the study. The study starts with a definition of the scope; the necessarity for new or revised Ecolabel and GPP criteria is based on a market analysis and a technical analysis with research on the most significant environmental impacts during the whole life cycle of the products. This also includes the application of a consistent methodological approach regarding the hazardous substances criteria. Based on these findings, the improvement potential will be derived resulting in a proposal for a revised Ecolabel and GPP criteria set for desktop and notebook computers which will be discussed in a European stakeholder process.

3R-Studie - Reduce, Reuse, Recycle für die G8-Staaten

bifa hat ein Vorhaben für die G8- Staaten bearbeitet, in dem die Entwicklungen in Deutschland innerhalb der neun Handlungsfelder ( Actions ) des Kobe 3R Action Plan dargestellt werden. Mit der 3R-Initiative beabsichtigen die G8-Staaten seit 2004 eine bessere Verankerung der Nachhaltigkeit im Umgang mit Rohstoffen durch die stärkere Förderung der drei Prinzipien Reduce, Reuse, Recycle , abgekürzt 3R , in den nationalen Abfallwirtschaftspolitiken. Im Rahmen der Beauftragung untersuchte bifa, welche Punkte aus dem Kobe 3R Action Plan bereits hinreichend durch bestehende Entwicklungen bzw. ergriffene Maßnahmen abgedeckt sind, bei welchen Aktionen noch Lücken bestehen und wie diese Lücken gefüllt werden können. Legt man die drei Zielsetzungen des Kobe 3R Action Plan und die ihnen zugeordneten Handlungsfelder als Prüfraster über die deutsche Abfallwirtschaftspolitik, lässt sich ein sehr hoher Erfüllungsgrad feststellen. Ein erheblicher Teil der vorgeschlagenen Handlungsoptionen war in Deutschland bereits vor 2008 durch konkrete Maßnahmen umgesetzt worden. Für einen anderen Teil wiederum lässt sich der Ursprung, z. B. in Form eines ersten Gesetzentwurfs, auf die Zeit vor 2008 zurückdatieren, die Umsetzung durch die Veröffentlichung im Bundesgesetzblatt aber fand 2008-2011 statt. Einige Regelungen setzen Richtlinien oder Verordnungen der EU, die ihrerseits zum Teil auf Bestrebungen Deutschlands hin zustande kamen, in nationales Recht um. Mit dem in einer fortgeschrittenen Version vorliegenden Entwurf eines novellierten Kreislaufwirtschaftsgesetzes vollzieht Deutschland einen weiteren wichtigen Schritt hin zu einer Abfallwirtschaft, deren Markenzeichen insbesondere eine hohe Ressourceneffizienz ist. Dennoch verbleiben Optimierungspotenziale, zu deren Ausschöpfung bifa Vorschläge für das Bundesumweltministerium erarbeitet hat. Im Zuge des Projekts analysierte bifa u. a. die Importe und Exporte notifizierungspflichtiger Abfälle. Der Saldo hat sich den bifa-Analysen zufolge seit 1998 umgekehrt: Wurden 1998 noch etwa doppelt so viel notifizierungspflichtige Abfälle exportiert wie importiert, hat sich der Import seitdem vervierfacht und die Exporte sind sogar leicht gesunken. Ein wichtiger Grund ist die Verfügbarkeit von Behandlungs- und Verwertungskapazitäten von hoher Leistungsfähigkeit in Deutschland. Die Schadstoffentfrachtung von Abfällen aus Ländern mit einer wenig entwickelten Entsorgungsinfrastruktur führt jedoch innerhalb der deutschen Öffentlichkeit immer wieder zu Kontroversen. Methoden: Analyse und Moderation sozialer Prozesse.

Forschergruppe (FOR) 1525: INUIT - Ice Nuclei research UnIT, Umfassende Prozessuntersuchungen zur heterogenen Eisnukleation: von einzelnen Wolkentropfen zu Wolkensimulationen

Verlässliche Vorhersagen von Wetter und Klimawandel erfordern ein gutes Verständnis der Eisbildung in troposphärischen Wolken. Von besonderer Bedeutung ist dabei die sogenannte heterogene Eisnukleation durch atmosphärische Aerosolpartikel. Das hier beantragte Projekt beinhaltet eine umfassende Untersuchung der heterogenen Eisnukleation in Zirruswolken und Mischphasenwolken, gemeinsam mit 8 weiteren Projekten der Forschergruppe INUIT. Eisbildung durch Kontaktgefrieren wird für einzelne Tröpfchen in einem elektrodynamischen Levitator (Paulfalle) untersucht. Experimente zum Einfluss von Aerosolen auf Immersionsgefrieren, Kontaktgefrieren und Depositionsnukleation werden in der AIDA-Wolkenkammer und einer neuen dynamischen Wolkenkammer durchgeführt, falls diese wie geplant bis Anfang 2016 zur Verfügung stehen wird. Hauptziele und Arbeitspakete des Projekts sind (a) Untersuchungen zum Immersionsgefrieren, Kontaktgefrieren und zur Depositionsnukleation von INUIT-2 Referenzaerosolen in enger Zusammenarbeit mit allen anderen lNUlT-2-Partnern, (b) AIDA-Wolkensimulationsexperimente mit redispergierten atmosphärischen Aerosolen die auf Filtern gesammelt wurden (in Zusammenarbeit mit RP8), (c) AIDA-Experimente mit porösen Partikeln zur Untersuchung des Einflusses von Kapillarkondensation und Prä-aktivierung auf Eisnukleationsprozesse, (d) EDB-Experimente zur Kontaktnukleation mit atmosphärisch relevanten und komplexen Aerosolen, (e) Untersuchungen zu den grundlegenden Mechanismen des Kontaktgefrierens, (f) die Entwicklung einer umfassenden und einheitlichen Parametrisierung heterogener Eisnukleation in enger Zusammenarbeit mit RP3 und RP5, (g) erste Experimente zur Kontaktnukleation in einer neuen Wolkenkammer unter Nutzung der Expertise aus langjährigen Experimenten zum Kontaktgefrieren und mit der Wolkensimulationskammer, (h) die Durchführung von zwei AIDA-Messkampagnen, eine nur für die INUIT-2- Partner und eine mit internationaler Beteiligung, bei denen Labormethoden und Feld Instrumente für die Messung von Aerosolen und eisbildenden Partikeln getestet und miteinander verglichen werden um hohe internationale Standards in der Eisnukleationsforschung zu entwickeln und zu erhalten. Die Aktivitäten an der AIDA-Wolkenkammer bieten auch eine gute Verknüpfung der Labor-, Feld und Modellieraktivitäten innerhalb der Forschergruppe INUIT und mit externen Partnern. In Ergänzung der laufenden INUIT-Arbeiten möchten wir in weiteren drei Jahren der Forschergruppe folgende neue Schwerpunkte setzen: die Eisnukleationseigenschaften von porösen Partikeln, Immersionsgefrieren und Depositionsnukleation von größenselektierten Partikeln mit Durchmessern bis zu einigen Mikrometern, die Quantifizierung von Kontaktgefrierraten von atmosphärisch relevanten komplexen Aerosolpartikeln, und erste Wolkenkammerexperimente zum Kontaktgefrieren. Außerdem werden wir die Erstellung und Pflege einer neuen Datenbank für Laborergebnisse zur heterogenen Eisnukleation unterstützen.

Einfluss von Ionen auf das atmosphärische Partikelwachstum - Studien an einem Flussreaktor und einer Aerosolkammer

Sekundäre Partikelneubildung ist eine Hauptquelle für atmosphärische Partikel mit wichtigen Folgen für das Klima und die menschliche Gesundheit. Dieses Vorhaben untersucht die Rolle von Luft Ionen bei der sekundären Partikelneubildung in Flussreaktor- und Aerosolkammer-Experimenten unter kontrollierten Laborbedingungen. Trotz beträchtlicher Fortschritte in der Messtechnik zur Untersuchung der atmosphärischen Nukleation und des Partikelwachstums bestehen weiterhin Verständnislücken hinsichtlich der grundlegenden physikalischen und chemischen Prozesse. Insbesondere die möglichen Effekte von Ionen-Partikel-Wechselwirkungen und von Ionenchemie auf die Partikelneubildung werden kontrovers diskutiert. In Ergänzung zu bestehenden Forschungsprogrammen hinsichtlich der Rolle von Ionen im initialen Nukleationsschritt wird vorgeschlagen, Ionen-Partikel-Wechselwirkungen während des anschließenden Partikelwachstums zu untersuchen und sich dabei auf direkte Messungen des Ladungszustands, der Wachstumsraten und der chemischen Zusammensetzung von sekundärem organischem Aerosol zu konzentrieren. Hierzu werden der Ladungszustand und die Wachstumsraten von Partikelpopulationen mit einem modifizierten Mobilitätspartikelspektrometer unter wohldefinierten Randbedingungen in Laborexperimenten quantifiziert. In einem nächsten Schritt werden die neuartigen Messmöglichkeiten unseres Aerosol-Massenspektrometers CAChUP voll ausgeschöpft, um den Beitrag verschiedener organischer Vorläufergase zur chemischen Zusammensetzung von sekundärem organischen Aerosol bei variierenden Ladungszuständen zu quantifizieren. Schließlich werden die Ergebnisse dieser Experimente durch Messungen zur sekundären organischen Partikelbildung bei wohldefinierten Ionenkonzentrationen an einer Aerosolkammer überprüft. Die vorgeschlagene Forschungsagenda ist somit darauf abgestimmt, mögliche ladungs-katalysierte chemische Mechanismen bei der sekundären Aerosolbildung besser einzuordnen.

Improving the Livelihood of the Rural Population through the Production of Bushmeat in Ghana

Background: Ghanas transition forests, neighbouring savannahs and timber plantations in the Ashanti region face a constant degradation due to the increased occurrence of fires. In most cases the fires are deliberately set by rural people for hunting purposes. Main target is a cane rat, here called grasscutter (Thryonomys swinderianus), whose bushmeat is highly esteemed throughout the country. The animal is a wild herbivorous rodent of subhumid areas in Africa south of the Sahara. The grasscutter meat is an important source of animal protein. Existing high-value timber plantations (mainly Teak, Tectona grandis) are affected by fires for hunting purposes. Thus resulting in growth reduction, loss of biomass or even complete destruction of the forest stands. It became obvious that solutions had to be sought for the reduction of the fire risk. Objectives: Since 2004 the Institute for World Forestry of the Federal Research Centre for Forestry and Forest Products, Hamburg, Germany is cooperating with a Ghanaian timber plantation company (DuPaul Wood Treatment Ltd.) the German Foundation for Forest Conservation in Africa (Stiftung Walderhaltung in Afrika) and the Center for International Migration with the purpose to improve the livelihood of the rural population in the surroundings of the forest plantation sites and simultaneously to safeguard and improve the timber plantations. The introduction of grasscutter rearing systems to local farmers accompanied by permanent agricultural and agroforestry practices appeared to be a promising approach for the prevention of fires in the susceptible areas. Additionally a functioning grasscutter breeding system could contribute to the improvement of food security, development of income sources and the alleviation of poverty. The following measures are implemented: - Identification of farmers interested in grasscutter captive breeding, - Implementation of training courses for farmers on grasscutter rearing, - Delivery of breeding animals, - Supervision of rearing conditions by project staff, - Development of a local extension service for monitoring activities, - Evaluation of structures for grasscutter meat marketing. Results: After identification of key persons for animal rearing training courses were successfully passed and animals were delivered subsequently. Further investigations will evaluate the effects of the grasscutter rearing in the project region. This will be assessed through the - Acceptance of grasscutter rearing by farmers, - Success of the animal caging, - Reproduction rate, - Meat quality, - Marketing success of meat, - Reduction of fire in the vicinity of the timber plantations, - Improvement of peoples livelihood.

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