Das Fachgebiet Bodenkunde und Bodenphysik gilt bei den Studierenden als anspruchsvoll, weil sich in ihm verschiedene Grundlagenwissenschaften inhaltlich und methodisch verflechten. Es besteht eine studentische Nachfrage nach hochwertigen digitalen Lernmaterialien, die momentan nicht durch frei zugängliche Angebote befriedigt wird. Im Projekt „BoDig“ werden digitale Lernmaterialien geschaffen, die in direktem Bezug zum Modul „Pedosphäre II“ im Bachelorstudiengang Umweltnaturwissenschaften stehen. Geplant ist die Erstellung von Screencasts, Lehrvideos und eines interaktiven Infoscreens (Interactive Soil Screen, ISS) zur Verbesserung der Lehre im Modul. Durch die Bereitstellung digitaler Lernmaterialien und die Verwendung der Flipped-Classroom-Methode ergeben sich Verbesserungen im Lernklima, eine Flexibilisierung der Lehre, eine intensivere Interaktion zwischen den Studierenden durch einen Peer-to-Peer-Ansatz und zwischen Lehrenden und Studierenden. Der hierbei entwickelte Ansatz soll mittelfristig auf andere Module in den Studiengängen Umweltnaturwissenschaften (Bachelor und Master) übertragen werden.
Projektleiter: Prof. Dr. Wolfgang Durner, Mitarbeiter: Dr.-Ing. Kai Germer
Träger: BMBF (01PL17043)
Mittel: 49500 Euro
Laufzeit: 01.10.2019 - 30.09.2020
Mit dem Klimaschutzplan 2050 der Bundesregierung wurde festgelegt, dass im Bereich der Landwirtschaft bis zum Jahr 2030 bei den Treibhausgasen 31 bis 34 Prozent eingespart werden sollen. Gleichzeitig sieht die auf EU-Ebene gültige Richtlinie über nationale Emissionshöchstgrenzen eine Minderung der Ammoniakemissionen um 29% bis 2030 gegenüber 2005 vor. Zum Erreichen dieser Vorgaben ist die Erarbeitung von Maßnahmen zur Minderung von Emissionen bei der landwirtschaftlichen Produktion von Rohstoffpflanzen ein wesentlicher Baustein. Ziel des Gesamtvorhabens RekoRT ist es daher, regionalspezifische Maßnahmen als praxisrelevante Handlungsempfehlungen für eine kosteneffiziente Reduktion von THG-Emissionen unter Berücksichtigung anderer gekoppelter Umweltwirkungen wie beispielsweise Gewässer- und Bodenschutz bei der Bereitstellung von Rohstoffpflanzen zu erarbeiten.
Die TU Braunschweig kooperiert mit dem Institut für Agrartechnologie des Johann Heinrich von Thünen-Instituts bei der Modellierung relevanter Stickstoffspezies beim Anbau von nachwachsenden Rohstoffen. In diesem Arbeitspaket sollen verschiedene Modelle zur Quantifizierung von Lachgas-, Ammoniak- und Nitrat-Emissionen in Bezug auf Datenanforderungen, Regionalisierbarkeit, Nutzerfreundlichkeit und Robustheit der Ergebnisse verglichen werden.
Im Rahmen dieses Teilprojektes soll auch versucht werden, Emissionsfaktoren basierend auf einer Technologie-Fruchtart-Matrix aus Literatur- und Projektdaten abzuleiten, welche es erlauben, die Ammoniakfreisetzung in Abhängigkeit von der verwendeten Applikationstechnik und der N-Düngerform genauer zu quantifizieren als bei Verwendung der globalen IPCC- Emissionsfaktoren.
Projektleiter: Prof. Dr. Rolf Nieder, Mitarbeiter: M.Sc. Stefan Prinz
Kooperationen: Kooperationspartner im Teilvorhaben 4: Institut für Agrartechnologie des Johann Heinrich von Thünen-Instituts, Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei, Braunschweig (Dr. Heinz Stichnothe)
Projektpartner: (1) Technologie- und Förderzentrum im Kompetenzzentrum für Nachwachsende Rohstoffe, Straubing (Dr. D. Dressler: Leiterin des Gesamtvorhabens) (2) Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft e.V., Energie, Emissionen und Klimaschutz, Darmstadt (Dr. Sebastian Wulf)
Träger: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V., Gülzow-Prüzen
Mittel: 59800 Euro
Laufzeit: 01.06.2019 - 31.05.2022
Gesamtziel des Projekts ist es, die Einflussfaktoren auf gasförmige Stickstoff- (N-) verluste nach Ausbringung flüssiger Wirtschaftsdünger zu maisbasierten Systemen in der Nordchinesischen Tiefebene (NCP) zu ermitteln, um die N-Ausnutzungsraten zu erhöhen und die Umweltbelastung zu verringern.
Besonderer Schwerpunkt wird hierbei auf mögliche gegenläufige Effekte bei der gasförmigen Freisetzung verschiedener Stickstoff-Spezies auf der Grundlage von Untersuchungen im Feld ebenso wie im Labor gelegt. Grundsätzlich sind die Verluste von Stickstoff in Form von Ammoniak (NH3) nach Ausbringung von Harnstoff und Ammonium- (NH4+-) basierten N-Düngern (einschließlich Gärresten und Gülle) auf die größtenteils alkalischen Böden der NCP sehr hoch. Diese NH3-Verluste lassen sich jedoch bei Einarbeitung der N-Dünger in den Oberboden oder mit Bewässerung unmittelbar nach Ausbringung aufgrund der Verringerung der NH4+-Konzentration an der Bodenoberfläche bzw. Verlagerung in tiefere Bodenschichten, reduzieren. Jüngere Untersuchungen weisen jedoch darauf hin, dass gleichzeitig infolge teilweiser anaerober Verhältnisse im Boden höhere Verluste an direkt klimarelevantem Lachgas (N2O) auftreten. Diese möglichen “Wechselwirkungen” und deren Einflussfaktoren sollen in diesem Vorhaben systematisch untersucht werden.
Projektleiter: Prof. Dr. Rolf Nieder, Prof. Dr. Wenqi Ma, Mitarbeiter: Dr. Zhiling Gao, Dr. Marco Roelcke
Kooperationen: College of Resources and Environmental Science, Hebei Agricultural University (AUH), Baoding, P.R. CHINA, College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University (CAU), Beijing, P.R. CHINA
Träger: Deutscher Akademischer Austausch Dienst (DAAD) - China Scholarship Council (CSC) (Project-ID: 57446699)
Mittel: 18000 Euro
Laufzeit: 01.01.2019 - 31.12.2020
Eine zutreffende Einschätzung des Wassertransports im System Boden-Pflanze-Atmosphäre ist für viele Fragestellungen in den Umwelt- und Agrarwissenschaften von großer Bedeutung. Für die Modellierung des Wassertransportes auf Grundlage der Richardsgleichung müssen die hydraulischen Eigenschaften in Form der Wasserretentions- und der Leitfähigkeitsfunktion bekannt sein. Hierfür sind i.d.R. aufwändige Messungen und anschließende Anpassung geeigneter Modelle an die Daten erforderlich. Wenn diese Informationen nicht vorliegen und nicht erhoben werden können, wird häufig auf sogenannte Pedotransferfunktionen (PTF) zurückgegriffen. Diese PTF leiten über Regressionsansätze aus einfacher zu messenden und im besten Fall flächig verfügbaren Basisdaten wie Textur, Lagerungsdichte oder Gehalt an organischer Substanz, Parameter der hydraulischen Funktionen ab. Das ist besonders vorteilhaft, wenn eine detaillierte Modellierung auf größeren Flächen, etwa der Ebene von Einzugsgebieten oder noch größerer Regionen, vorgenommen werden soll, wie dies in hydrologischen oder meteorologischen Modellen erforderlich ist.
In der Vergangenheit wurden in einer Vielzahl von Studien PTF entwickelt und verglichen, wobei als Muster festgestellt werden kann, dass lokale Studien stets fanden, dass generell hergeleitete PTF ungenau wären und für lokale oder regionale Anwendungen eigenständige Kalibrierungen nötig wären. In unserem Forschungsvorhaben gehen wir (i) von der Hypothese aus, dass alle bisher entwickelten PTF wesentliche Eigenschaften hydraulischer Funktionen, wie etwa die Leitfähigkeit in Wasserfilmen, vernachlässigen, und somit zu systematischen Fehlern und Fehleinschätzungen bei abgeleiteten Parametern führen. Darüber hinaus (ii) bestehen die zugrundeliegenden Daten häufig aus ungenügend genau aufgelösten Messdaten in einem limitierten Feuchtebereich. Aufgrund der Verfügbarkeit neuer bodenphysikalischer Messtechnik wurde in jüngerer Zeit jedoch eine Vielzahl hochaufgelöster Messungen in einem erweiterten Feuchtebereich erhoben. Auf Basis der damit verbundenen Erkenntnisse wurden neue erweiterte konsistente Modelle für die hydraulischen Funktionen entwickelt. Diese neuen Modelle sollen in diesem Vorhaben mit den neuen Daten zu neuen PTF verknüpft werden. Ein Vergleich mit klassischen PTF soll aufzeigen, ob und wie stark sich dadurch Verbesserungen ergeben und bisherige Widersprüche auflösen lassen.
Mitarbeiter: Prof. Dr. Wolfgang Durner, Dr. Tobias Hohenbrink, Dr. Andre Peters
Träger: DFG (PE 1912/4-1)
Mittel: 201300 Euro
Laufzeit: 4/2018-03/2020
The particle-size distribution (PSD) is a key property of soils. The reference method for determining the PSD is based on gravitational sedimentation of particles in an initially homogeneous suspension. Traditional methods measure manually (i) the uplift of a floating body in the suspension at different times (Hydrometer method) or (ii) the mass of solids in extracted suspension aliquots at predefined sampling depths and times (Pipette method). Both methods lead to a disturbance of the sedimentation process and provide only discrete data of the PSD.
Durner et al. (2017) recently developed a new automated method to determine particle-size distributions of soils and sediments from gravitational sedimentation (Durner, W., S.C. Iden, and G. von Unold: The integral suspension pressure method (ISP) for precise particle-size analysis by gravitational sedimentation, Water Resources Research, doi:10.1002/2016WR019830, 2017). The so-called integral suspension method (ISP) method estimates continuous PSD’s from sedimentation experiments by recording the temporal evolution of the suspension pressure at a certain measurement depth in a sedimentation cylinder.
The required technology to perform these experiments was developed by the UMS company, Munich and is now available as an instrument called PARIO, traded by the METER Group. It requires no manual interaction after start and thus no specialized training of the lab personnel and avoids any disturbance of the sedimentation process. In this project, we test the accuracy and reliability of PARIO measurements, investigate the effect of disturbances, and seek for improvements to obtain an optimal practical data evaluation in practice.
Mitarbeiter: Prof. Dr. Wolfgang Durner, Dr. Sascha Iden
Kooperartionen: METER Group AG, Mettlacherstraße 8, 81379 München
Laufzeit: 01.01.2017 - 31.12.2019