Laufende Drittmittel-Projekte - Universität Bayreuth:
8. Steuergrößen der Freisetzung gelöster organischer Substanz, deren Stabilität und Wirkung in methanogenen, überstauten Niedermoorböden
Deutsche Forschungsgemeinschaft
Projektleiter: Dr. Klaus-Holger Knorr
Laufzeit: 3 Jahre ab 01/14
Projektnummer: KN 929/8-1
Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) unterstützt für drei Jahre ein Forschungsvorhaben der AG Hydrologie (Dr. Klaus-Holger Knorr). Durch Moorentwässerung und Grundwasserabsenkungen haben weltweit 20 %, in Europa etwa 50 % und im nordostdeutschen Tiefland nahezu alle Moore ihre ursprünglichen landschaftsökologischen Funktionen verloren und tragen bspw. im Land Mecklenburg-Vorpommern zu ca. 30 % der anthropogenen CO2-Emission bei. National und international werden daher Anstrengungen unternommen, die Funktionen von Mooren durch Wiedervernässung wieder-herzustellen. Der während der Drainage auftretende Torfverlust sowie Schrumpfungs- und Sackungsprozesse haben jedoch dazu geführt, dass Flächen oftmals unter dem Niveau angrenzender Gewässer liegen. Das bedeutet, dass sich wiedervernässte Flächen vielfach als Flachwasserseen (>> 100 ha) mit einer durchschnittlichen Tiefe von meist < 1 m etablieren. Die oftmals polytrophen Flachgewässer, die als neuartiges Ökosystem ('emerging ecosystems') eingestuft werden müssen, sind bezüglich der Besiedlung mit dichten Schilf-, Rohrkolben- und Rohrglanzgrasbeständen mit den Litoralbereichen von Seen bzw. mit Flachgewässern im Verlandungsstadium vergleichbar und zeichnen sich oft durch extreme Methanemissionen aus.
Forschungsdefizite bestehen insbesondere darin, bekannte Gesetzmäßigkeiten und Steuerungs-mechanismen der Respirationsprozesse aus naturnahen Mooren auf ihre Validität bei der Wiedervernässung von stark degradierten Moorböden hin zu überprüfen. Bisherige Kenntnisse reichen nicht aus, den weiteren anaeroben Abbau organischer Substanz in den ohnehin schon stark mineralisierten bzw. vererdeten und kompakten Torfen auf Prozessebene zu erklären. Die Erklärung erhöhter Mineralisierungsraten aufgrund eines hohen Nährstoffangebotes ist bislang hypothetisch und eine klare Identifizierung der für die hohen Umsatzraten verantwortlichen C-Quellen und Mechanismen ist erforderlich.
7. CANDYbog - Carbon, water and nutrient dynamics in vascular plant- vs. Sphagnum-dominated bog ecosystems in southern Patagonia
Deutsche Forschungsgemeinschaft
Projektleiter: Dr. Till Kleinebecker, Prof. Dr. Christian Blodau,
Mitarbeiter: M.Sc. Biologie Wiebke Münchberger,
Laufzeit: 09/2013 - 09/2016
Homepage zum Projekt
Info: Das DFG-geförderte Projekt CANDYbog - Carbon, water and nutrient dynamics in vascular plant- vs. Sphagnum-dominated bog ecosystems in southern Patagonia - beschäftigt sich mit zeitlichen und räumlichen Mustern und steuernden Prozessen von Stoffflüssen in südpatagonischen Mooren. Diese sind im Gegensatz zu den meist stark anthropogen beeinflussten und gut untersuchten Mooren der nördlichen Hemisphäre nahezu unberührt und kaum erforscht. Sie sind daher sehr gut geeignet, Erkenntnisse über die Stoffkreisläufe anthropogen unbeeinflusster Moore zu gewinnen, was auf der Nordhalbkugel kaum mehr möglich ist.
Intaktes Sphagnum-dominiertes Hochmoor. (Foto: Till Kleinebecker)
Neben den auch für die nördliche Hemisphäre typischen Torfmoos-Mooren findet man in Südpatagonien auch solche, die von polsterbildenden Gefäßfplanzen dominiert werden. Bisher weiß man kaum, welche Bedingungen dazu führen, dass entweder Polsterpflanzen-Moore oder Sphagnum-Moore entstehen. Ungestörte Moore stellen aufgrund ihrer Kohlenstoffspeicherfunktion bedeutende Senken im globalen Kohlenstoffkreislauf darstellen. Allerdings ist unklar, wieviel Kohlenstoff südpatagonische Moore, insbesondere die Polsterpflanzen-Moore, binden oder freisetzen. Ziel des Projektes ist es daher, den Kohlenstoff-, Nährstoff- und Wasserhaushalt südpatagonischer Moore zu quantifizieren sowie die zentralen Prozesse, die Nähr- und Kohlenstoffdynamik dieser Moore steuern, besser zu verstehen Weiter....
6. Wurzelumsatz von Gefäßpflanzen in ungestörten Mooren Patagoniens
Bayerische Forschungsallianz
Projektleiter: Klaus-Holger Knorr
Mitarbeiter: Werner Borken, Regina Anzenhofer
Laufzeit: Von 11/2012 bis 12/2013
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5. PPP China - Biogeochemie von Spurenelementen in Feuchtgebieten
Projektleiter: Klaus-Holger Knorr
Mitarbeiter: Harald Biester, Zhiguo Yu,
Laufzeit: Von 02/2013 bis 12/2014
Homepage
4. Redox processes along gradients
Deutsche Forschungsgemeinschaft
Projektleiter: Klaus-Holger Knorr
Mitarbeiter: Zhiguo Yu, Stefan Peiffer
Laufzeit: Von 06/2009 bis ca. 12/2014
Homepage:
FOR 580 PEI/1 Forschergruppe etrap
The relevance of biogeochemical gradients for turnover of organic matter and contaminants is yet poorly understood. This study aims at the identification and quantification of the interaction of different redox processes along gradients. The interaction of iron-, and sulfate reduction and methanogenesis will be studied in controlled batch and column experiments. Factors constraining the accessibility and the energy yield from the use of these electron acceptors will be evaluated, such as passivation of iron oxides, re-oxidation of hydrogen sulfide on iron oxides. The impact of these constraints on the competitiveness of the particular process will then be described. Special focus will be put on the evolution of methanogenic conditions in systems formerly characterized by iron and sulfate reducing condition. As methanogenic conditions mostly evolve from micro-niches, methods to study the existence, evolution and stability of such micro-niches will be established. To this end, a combination of Gibbs’ free energy calculations, isotope fractionation and tracer measurements, and mass balances of metabolic intermediates (small pool sizes) and end products (large pool sizes) will be used. Measurements of these parameters on different scales using microelectrodes (mm scale), micro sampling devices for solutes and gases (cm scale) and mass flow balancing (column/reactor scale) will be compared to characterize unit volumes for organic matter degradation pathways and electron flow. Of particular interest will be the impact of redox active humic substances on the competitiveness of involved terminal electron accepting processes, either acting as electron shuttles or directly providing electron accepting capacity. This will be studied using fluorescence spectroscopy and parallel factor analysis (PARAFAC) of the gained spectra. We expect that the results will provide a basis for improving reactive transport models of anaerobic processes in aquifers and sediments.
3. Bindungsformen und Mobilität von Arsen in Moorböden
Sachbeihilfe der Deutsche Forschungsgemeinschaft
Projektleiter: Egbert Matzner, Christian Blodau
Mitarbeiter: Beate Huhle
Laufzeit: Von 02/2008 bis 07/2012
Zusammenfassung: Moorböden haben eine große Bedeutung für die Chemie des Abflusses in Einzugsgebieten und können als effektive Filter für eingetragenes Arsen wirken. Es bestehen erhebliche Wissensdefizite hinsichtlich der Bindungsformen von As in organischen Böden und der Mechanismen für Akkumulation und Mobilisierung von As in, bzw. aus Moorböden. Diese sind bisher v.a. an terrestrischen Böden untersucht worden. Für die Umsätze von As in Moorböden sind vermutlich reduktive Prozesse und die Bildung organischer As-Spezies durch Methylierung von großer Bedeutung, ebenso wie Bindungen an der organischen Substanz.
Ziele des Vorhabens sind daher:
1. Erfassung von Tiefengradienten der As-Bindungsformen in zwei unterschiedlich belasteten Moorböden durch sequentielle Extraktion.
2. Quantifizierung von Ad/Desorption sowie der Hysterese der Sorption von AsIII und AsV in Moorböden mit unterschiedlichen As-Gehalten.
3. Untersuchungen zum Einfluss von Kationenbrücken durch Fe3+ auf die Sorption.
4. Bestimmung der Raten der As-Methylierung in Moorböden mit unterschiedlichen As-Gehalten.
5. Analyse von As-Mobilisierungsmechanismen unter anaeroben Bedingungen mit Hilfe substratinduzierter Veränderung der dissimilatorischen Respiration.
Die Arbeiten werden an Proben aus zwei unterschiedlichen Mooren durchgeführt. Der Standort „Schlöppnerbrunnen“ im Fichtelgebirge steht für ein gering mit As belastetes Moor, der Standort „Gola die Lago“ in der Süd-Schweiz für ein mit As hoch belastetes Moor. Die geplanten Arbeiten leisten wesentliche Beiträge zur Bewertung von As-Einträgen in Einzugsgebieten und zur Biogeochemie des As in organischen Böden.
2. Wechselwirkungen zwischen Biodiversität und biogeochemischen Kreisläufen von Kohlenstoff und Stickstoff in europäischen Moorökosystemen
Sachbeihilfe des ERANET – BiodiverSa (BMBF/DLR)
Projektleiter: Christian Blodau
Mitarbeiter: Yuanqiao Wu, Kasia Zajac
Homepage: http://www.sste.mmu.ac.uk/peatbog/
Laufzeit: von 05/2009 bis 04/2012
Zusammenfassung: Gesamtziel des biodiversa PEATBOG-Konsortium Antrags ist es (I) die Auswirkung von Stickstoffbelastungen und Klimawechsel auf die Biodiversität und die Funktion von Moorökosysteme zu identifizieren und (II) praxisorientierte Indikatoren für das Ausmaß solcher Auswirkungen zu entwickeln. Das deutsche Teilvorhaben, das hier beantragt wird (PEATBOG work package 3), ist thematisch auf die biogeochemischen Kreisläufe des Stickstoffs und Kohlenstoffs fokussiert. Wir werden primär die Frage untersuchen, ob Stickstoffdeposition und induzierter Verlust an Biodiversität in Mooren zu einer Stickstoffsättigung dieser Ökosysteme beitragen und inwieweit eine solche Entwicklung durch die bereits begonnen Klimaänderungen verstärkt wird. Ein weiteres Ziel ist es, den Zusammenhang zwischen der Stickstoffdeposition und der Sequestration von Kohlenstoff und Stickstoff in Torfmooren im europäischen Maßstab herauszuarbeiten. Die gewonnen Ergebnisse werden einen wichtigen Beitrag zu unserer Kenntnis der Auswirkung multipler Umweltstressoren auf Biodiversität und Stoffkreisläufe in einem bedeutenden Ökosystemtyp leisten. Darüber hinausgehend werden die wissenschaftlichen Ergebnisse genutzt werden um Indikatoren zu entwickeln, die das Risiko eines Verlusts an ökologischer und funktioneller Integrität von europäischen Mooren durch Stickstoffbelastung und Klimaveränderungen beschreiben. Die Voraussetzung für diese Verwertung der Ergebnisse ist die Verzahnung von Grundlagenforschung mit einem breiten Spektrum von Anwendern aus Behörden, Nichtregierungsorganisationen (NGOs) und Gewerbe, die das Projekt im kritischen Dialog und in strukturierter Weise hinsichtlich der Entwicklung solcher Indikatoren begleiten. Diese Voraussetzung ist innerhalb des PEATBOG Konsortiums geschaffen worden. Das Vorhaben bezieht sich auf die förderpolitischen Ziele innerhalb des BiodivERsA Netzwerkes, das als ERA Projekt innerhalb des 6. Rahmenprogramm der Europäischen Forschungsförderung eingerichtet wurde. Insbesondere werden durch das PEATBOG Projekt die Themen (1) „Global Change and biodiversity dynamics“, (2) „Ecosystem functioning“ und (3) „Ecosystem Services“ adressiert und so (1) Wirkungen und (2) Mechanismen herausgearbeitet und (3) der Wissenstransfer zur Anwendergemeinde gewährleistet. Das hier beantragte Vorhaben leistet vor allem zu Teilbereichen (1) und (2) einen wesentliche Beitrag und schafft die inhaltlichen Voraussetzungen um den Wissenstransfer in einem weiteren work package (5, „Policy and Management“) von PEATBOG zu ermöglichen. Die konkreten Arbeitsziele des Vorhabens sind herauszuarbeiten,
• inwieweit die Filterfunktion von Mooren für aus der Luft deponierten Stickstoff durch den induzierten Verlust an Biodiversität, insbesondere von Moosen, verringert wird.
• eine Erhöhung von Luft- und Bodentemperaturen und eine Verringerung der Bodenfeuchte zu gasförmigen N Emissionen und zu einem Verlust der Filterfunktion der Moore für Stickstoff beitragen. •
• eine Beziehung besteht zwischen der atmosphärischen Stickstoffdeposition und der Kohlenstoffsequestration in europäischen Mooren und inwieweit diese Beziehung durch Klimaänderungen und den Verlust an Biodiversität verändert wird.
Kooperationspartner: Nancy Dise and Simon Caporn, Manchester Metropolitan University; Bo Svensson and Per-Eric Lindgren, Linköping University; Jos Verhoeven, Utrecht University; Lucca Bragazza, University of Ferrara
1. Der Einfluss hydrogeologischer Randbedingungen auf biogeochemische Stoffumsätze in Seesedimenten
Sachbeihilfe der Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG BL563/15-1
Projektleiter: Christian Blodau, Stefan Peiffer
Mitarbeiter: Julia Beer
Laufzeit: Von 02/2008 bis 2/2012
Zusammenfassung: Biogeochemische Prozesse in Sedimenten werden überprägt durch die diffusiv-advektive Zufuhr von Stoffen aus Oberflächen- und Grundwässern. So kommt dem advektivem Grundwasserzustrom eine Schlüsselrolle für die Sequestrierung und Mobilisierung von Eisen, Schwefel und Kohlenstoff in Sedimenten zu. Dies ist von besonderer Bedeutung in sauren, eisen- und schwefelreichen Systemen, in denen advektiver Zustrom erhöhte pH-Werte, eine Beschleunigung von Mineralumwandlungen und Veränderungen in der Verteilung von Sulfat- und Eisenreduktion in den betroffenen Sedimenten begünstigt, so dass es sowohl zur sulfidischen Bindung als auch zur Remobilisierung von Eisen und Schwefel kommen kann.Ziel des Forschungsvorhabens ist, die folgenden Hypothesen zu überprüfen:i) Mobilisierung und Immobilisierung der Elemente S und Fe sind eine Funktion advektiver Zustromraten und der Zufuhr an Elektronendonoren,ii) es existieren Schwellenwerte der steuernden Faktoren, an denen Remobilisierungs- oder Immobilisierungseffekte sprunghaft zu dominieren beginnen. Das Prozessgeschehen soll zudem modellhaft nachvollzogen werden. Diese Ziele sollen mit Hilfe von a) Säulenversuchen mit Sedimentkernen, b) der hydrologischen Manipulation eines Sees und c) der frühdiagenetischen Modellierung von Stoffumsetzungen erreicht werden. Hierzu ist die Verknüpfung mit mikrobiologischen und hydrologischen Informationen erforderlich. Von dieser Untersuchung sind grundsätzliche Erkenntnisse über die Steuerung biogeochemischer Prozesse in sauren und eisenreichen Sedimenten und über die biogeochemischen Folgen der Interaktion von Grund- und Oberflächenwasser zu erwarten.