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Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2020-11-01 - 2023-10-31

Zwischenfrüchte stellen eine der wichtigsten Agrarumweltmaßnahmen für den Bodenschutz dar. Sie haben nachweislich zu einer Reduktion von Nitratausträgen in das Grundwasser sowie von Bodenverlusten durch Wassererosion geführt. Künftig wird der Aspekt des Humusaufbaus im Kontext des Klimawandels (CO2-Speicherung im Boden) zunehmend an Bedeutung für Agrarumweltprogramme gewinnen. Entgegen früherer Annahmen eines geringen Beitrags von Zwischenfrüchten zum Humusaufbau (Gründünger als „Nährhumus“), zeigen neuere Studien, dass die Begrünung von Ackerflächen eine wesentliche Rolle für die Reproduktion und Steigerung der organischen Bodensubstanz spielt. Dies weist darauf hin, dass vertiefende Untersuchungen von Zwischenfruchteffekten auf die Humusdynamik notwendig sind, insbesondere im Lichte der neue Humustheorie und nachfolgender Studien über die Mechanismen und wichtigsten Stabilisierungspfade der organischen Substanz im Boden aus pflanzlichen Inputs. Im Rahmen eines dreijährigen Feldversuchs werden verschiedene Varianten von Zwischenfrüchten jeweils mit und ohne Kalkdüngung untesucht. Ziel ist es den Einfluss von Zwischenfruchtvarianten auf Unterschiede in den stabilen Kohlenstoff-Poolgrößen zu quantifizieren, die spezifische Bedeutung des mikrobiellen vs. direkten Sorptionspfades zu untersuchen, sowie den Einfluss von Kalkung in Verbindung mit Zwischenfruchtbau auf die Kohlenstoff-Pools zu bestimmen.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2020-11-01 - 2023-10-31

Hydrophobe organische Chemikalien (HOCs), wie halogenierte aromatische Kohlenwasserstoffe, können in der Umwelt sehr persistent sein und schädliche Auswirkungen auf Menschen und Biota haben. Sie können in relevanten Mengen von Tonmineralen (TM) adsorbiert werden, aber die strukturabhängigen Wechselwirkungen zwischen TM (überschüssige Schichtladung, spezifische Oberfläche, Porosität sowie Kationentyp und -verteilung) und HOCs (Molekülgröße, elektronische Struktur und Hydrophobie) sind nur unzureichend verstanden. Ziel des bilateralen DFG-FWF-Projekts ist es, die Mechanismen der HOC-TM-Wechselwirkungen im Hinblick auf die spezifischen Eigenschaften beider Komponenten aufzuklären. Dieses Ziel soll durch die Kombination von Adsorptionsexperimenten und molekularen Modellierungsmethoden erreicht werden. Die Hauptziele sind experimentell (i) die Quantifizierung der Adsorption von HOCs mit unterschiedlicher Hydrophobie an TM mit unterschiedlicher Schichtladung; (ii) die Bestimmung des Einflusses des Typs des austauschbaren Kations auf die Adsorption von Modell-HOCs an TM; (iii) die Bestimmung der Sorptionshysterese für HOC-CM-Wechselwirkungen in Bezug auf die spezifische Oberfläche und Porosität von TM; und, unter Verwendung molekularer Simulationen, (iv) um die molekularen Mechanismen aufzudecken, die der Bildung von Oberflächenkomplexen und der Interkalation von HOCs mit TM zugrunde liegen; und (v) um HOC-CM-Wechselwirkungen in Bezug auf Kationentyp und Schichtladung zu quantifizieren und um den Einfluss des Lösungsmittels auf die Stabilität von HOC-TM-Komplexen zu bestimmen. HOC-TM-Wechselwirkungen werden in Batch-Adsorptionsexperimenten untersucht, die von fortgeschrittenen experimentellen Techniken begleitet werden (z.B. Röntgenbeugung, XRD; Transmissionselektronenmikroskopie, TEM; Rasterkraftmikroskopie, AFM), um eine komplexe Charakterisierung der Proben zu erhalten. Die Experimente werden mit fünf halogenierten HOCs und zwanzig TM (meist Smektite) mit definierter Schichtladung und chemischer Zusammensetzung, einschließlich der Art des austauschbaren Kations, durchgeführt. Für ausgewählte HOCs und TM werden Adsorptions-/Desorptionsexperimente durchgeführt, um die Sorptionshysterese zu untersuchen. Die HOCs werden durch lösungsmittelfreie, miniaturisierte Festphasenmikroextraktion (SPME) extrahiert. Die Molekularsimulationen werden eine Kombination aus quantenchemischen (QM) Methoden und klassischer (Kraftfeld-) Molekulardynamik (FF-MD) darstellen, wobei Modelle verwendet werden, die auf der Grundlage der experimentellen Charakterisierung festgelegt werden. Molekularsimulationen werden sich darauf konzentrieren, die Mechanismen der HOC-TM-Wechselwirkungen auf molekularer Ebene aufzuklären und die Auswirkungen von Schichtladung, Kationentyp und Lösungsmitteleffekten auf die Stabilität von HOC-TM-Komplexen zu bestimmen. In bestimmten Fällen ist Grand Canonical Monte Carlo (GCMC) für die Vorhersage von Adsorptionsisothermen geplant. Die Zusammenarbeit zwischen der deutschen Gruppe (Experimente) und der österreichischen Gruppe (molekulare Modellierung) wird positive Synergieeffekte hinsichtlich neuer Erkenntnisse über HOC-TM-Wechselwirkungen erbringen. Die Ergebnisse werden zu einem besseren Verständnis des Umweltverhaltens von HOC-Schadstoffen beitragen und die Bewertung des Risikos dieser Verbindungen verbessern.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2020-03-01 - 2024-02-29

Knapp die Hälfte der Landesfläche in Niederösterreich weist landwirtschaftliche Nutzung auf. Besonders im Mostviertel war in den letzten 5-10 Jahren eine Intensivierung der Düngung auch in bachnahen Bereichen zu beobachten. Das führt zu einem verstärkten Eintrag von Phosphor und Stickstoff in die Gewässer, die sich in den Sedimenten ablagern und – vor allem beim Phosphor - durch Rücklösung zu einer chronischen Eutrophierung der Bäche führen können. Besonders deutlich wird das Problem, wenn es wie im Sommer 2018 zu langen Trockenperioden mit niedrigen Wasserständen kommt. Erhöhte Wassertemperaturen und Nährstoffkonzentrationen führen zur mikrobiellen Sauerstoffzehrung im Sediment, die sich bis in die Wassersäule bemerkbar machen kann. Zudem können die Sedimente als Akkumulatoren für fäkalbürtige Krankheitserreger fungieren, die über Abwässer, aber auch über organische Dünger in die Gewässer gelangen.

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