Anton & Petra Ehrmann-Stiftung Graduierten Kolleg "Wasser - Menschen - Landwirtschaft"

Status: laufend

Projektbeginn: 01.09.2013
Projektende: 31.12.2025

Projekt-Homepage: https://water4use.uni-hohenheim.de

Beschreibung

Hintergrund
Die UN Dekade „Water for Life“ hat sowohl die gesellschaftliche als auch ökologische Bedeutung von Wasser im Bewusstsein der Menschen verankert. Wasserknappheit, Zugang zu sanitären Einrichtungen und Gesundheit, Wasser und Frauen, Kapazitätenaufbau, Finanzierung, Bewertung, integriertes Wasserressourcen­management, grenzüberschreitende Fragen, Umwelt und biologische Vielfalt, Katastrophenvorsorge, Ernährung und Landwirtschaft, Wasser­ver­schmutzung und Energieerzeugung sind die Themen, die weltweit diskutiert und bearbeitet werden. Viele Probleme enstehen in diesem Themenfeld durch Nutzungskonflikte. Z.B. landwirtschaftliche Nutzung (z.B. Reisanbau) gegenüber urbaner Nutzung (Trinkwasser und Sanitation), Wasser für Energie – Energie für Wasser, oder Biossphärenschutz und Landwirtschaft. Konflikte um Wasser betreffen immer mehrere gesellschaftliche Gruppen und benötigen vielfältige Ansätze zur Lösung. Daher müssen integrative Lösungsstrategien entwickelt werden, die die unterschied­lichen Ansprüche und Notwendigkeiten angemessen berücksichtigen und zu einer nachhaltigen Nutzung der Ressource Wasser befähigen.

Zielsetzung
Die Anton & Petra Ehrman Stiftung und die Universität Hohenheim streben mit diesem Graduiertenkolleg an hervorragende junge Wissenschaftler auszubilden, international annerkannte Forschung mit Relevanz zu fördern, und nachhaltige Erfolge bei der Entwicklung integrativer Lösungstrategien für Wassernutzungskonflikte zu erzielen. Im Mitelpunkt steht dabei die Qualifizierung überdurschschnittlich qualifizierter, leistungsfähiger Bewerber im Rahmen des thematischen Fokus und eines strukturieten Qualifizierungsprogramms.

Struktur des Graduiertenkollegs
Das Graduiertenkolleg ist auf eine mittlere Anzahl von 8 Stipendiaten auf zwölf Jahre ausgelegt. Forschungsthemen für die Stipendiaten werden von Hohenheimer Professoren vorgeschlagen und einem internen Verfahren ausgewählt. Auswahlkriterien sind dabei internationale Relevanz des Themas, Einbindung des Stipendiaten in bestehende Forschungsprojekte um Synergien zu fördern, Qualität des Forschungsverbundes, und das Karrierepotential für die Stipendiaten. Die Themen werden international ausgeschrieben und die Eignung der Bewerber durch ein  unabhängiges Gremium bewertet. Stipendien werden für zunächst zwei Jahre vergeben und nach positiver Zwischenevaluierung um ein weiteres Jahr verlängert. Die Forschungsvorhaben werden auf begründeten Antrag mit einem begrenzten Budget ausgestattet, welches die Durchführbarkeit der Forschung gewährleisten soll. Von den Promovenden wird erwartet, dass sie die Ergebnisse ihrer Forschungsarbeiten in internationalen Fachzeitschriften veröffentlichen wie es in der Promotionsordnung der Universität Hohenheim für kumulative Promotionen vorgesehen ist.

Qualifizierung im Graduiertenkolleg
Das Graduiertenkolleg wird im Laufe der ersten drei Jahre auf die Stärke von 8 Stipendiaten gebracht und dann auf diesem Niveau gehalten. Dies ermöglicht einen intensiven Austausch zwischen erfahrenen und unerfahrenen Doktoranden im Rahmen von Modulen zum wissenschaftlichen Arbeiten (Methodenkompetenz) sowie zu Sozial- und Persönlichkeits­kompetenz, in denen intersisziplinäre Teamarbeit und Führungsqualitäten im Fordergrund stehen. Darüber hinaus werden die Stipendiaten an fachbezogenen Spezialkursen, die individuell mit den Betreuern ausgewählt werden, sowie an interdisziplinären Sommerschulen, workshops und Tagungen zu den Kernthemen des Graduiertenkollegs teilnehmen. Durch diese Mischung von qualifizierenden Lehrinhalten werden die jungen Wissenschaftler intensiv auf den komplexen Arbeitsmarkt „Wissenschaft“ vorbereitet.

Qualitätssicherung
Zusätzlich zu den harten Auswahlkrierien sowohl für die Themen als auch für die Bewerber, werden die Stipendiaten im Rahmen eines Welt-Wasser-Seminars regelmäßig über den Fortschritt ihrer Arbeiten berichten. Eine Zwischenevaluierung nach 18 Monaten im Graduiertenkolleg mit einer bewertenden Stellungnahme des Betreuers entscheidet über die Weiterführung des Stipendiums und der Forschungsarbeit. Jährlich am Weltwassertag (22. März) wird ein öffentliches Kolloquium durchgeführt, bei dem neben aktuellen Entwicklungen im Themenbereich des Graduiertenkollegs, die Stipendiaten dem Stifter über ihre Arbeiten und deren Fortgang berichten werden. Das Graduiertenkolleg wird von einem Professor der Universität Hohenheim wissenschaftlich und von einem erfahrenen Post Doc administrativ geleitet.

Beteiligte Personen

• Prof. Dr. Folkard Asch
• M.Sc. Alexandra Schappert
• Dr. agr. Marcus Giese
• Prof. Dr. Michael Ahlheim
• Prof. Dr. rer. nat. Thilo Streck

Beteiligte Einrichtungen

• Auswirkungen von Trockenstress
• Bioökonomische Modellierung
• Fg. Wasserstress-Management bei Kulturpflanzen in den Tropen und Subtropen
• Hohenheim Tropen
• Klimaschutz
• Land-Atmosphäre-Rückkopplungen

Förderer

• Anton & Petra Ehrmann-Stiftung

Publikationen im Rahmen des Projekts

• Schappert, A., Messelhäuser, M. H., Saile, M., Peteinatos, G. G., Gerhards, R. (2018)
  Weed Suppressive Ability of Cover Crop Mixtures Compared to Repeated Stubble Tillage and Glyphosate Treatments
• Schappert, A., Schaffert, A., Germer, J., Asch, F. (2017)
  Run-off, Soil Moisture, and Weed Management Strategies to Increase Water Productivity in Rain-fed Crops in Tanzania
• Glatzle, S., Giese, M., Asch, F. (2015)
  Screening for Water Saving Traits of Common Fodder Grasses Used in Integrated Crop-Livestock-Forestry Systems of Central West Brazil

BonaRes-SIGNAL – Nachhaltige Landwirtschaftsintensivierung durch Agroforstsysteme. TP 5: Modelling Agroforestry Systems

Status: laufend

Laufzeit: 1.10.2021-30.9.2024

PIs

Dr. Sebastian Gayler

Prof. Dr. Thilo Streck

Mitarbeiter

Fasil Mequanint

Daniela Bendel

Gesamtprojektleiter

Prof. Dr. Edzo Veldkamp, Universität Göttingen

www.signal.uni-goettingen.de

Ziel des Projekts ist es, durch Simulationen mit der Pflanzenwachstums-/Agroforst-Simulationssoftware XN (Expert-N) den möglichen Mehrwert von Agroforstsystemen in Deutschland im Vergleich zum Einzelfruchtanbau zu analysieren, insbesondere im Hinblick auf Ökosystemleistungen wie Ernteertrag, Wasser- und Luftreinhaltung sowie Kohlenstoffsequestrierung. Nach Kalibrierung des Modells an den Versuchsstandorten von SIGNAL werden Szenario-Simulationen Antworten auf die Frage liefern, wie der potentielle Nutzen der jeweiligen Agroforstsysteme von der Intensität der Bewirtschaftung und der Wasserverfügbarkeit unter den gegebenen Standortbedingungen abhängt. In einem zweiten Schritt werden Simulationen für Ackerflächen in ganz Deutschland durchgeführt, um herauszufinden, welche Boden- und Klimabedingungen am besten für Agroforstsysteme geeignet sind. Im dritten Schritt wird das neue Modell genutzt werden, um in die nahe Zukunft zu projizieren, inwieweit sich die Flächenanteile, auf denen Agroforstwirtschaft Vorteile gegenüber dem Einzelfruchtanbau hat, in den nächsten 50 Jahren verändern werden.

CHARGE: Felduntersuchung zum Einfluss von Hochspannungsgleichstromübertragungserdkabel auf Böden und landwirtschaftliche Kulturpflanzen

Status: laufend

Projektbeginn: 01.01.2021
Projektende: 30.4.2025

Kooperationsprojekt zwischen TransnetBW GmbH und der Universität Hohenheim

Schlagworte: SuedLink, Erdkabel, Wärmeemission

Kurzbeschreibung

Beteiligte Personen

• M.Sc. Alexander Schade
• M.Sc. Jonas Trenz
• Prof. Dr. Thilo Streck
• apl. Prof. Simone Graeff-Hönninger
• Dr. Joachim Ingwersen
• Dr. Andreas Lehmann
• Stefan Pilz (Umwelttechniker)

Beteiligte Einrichtungen

• Institut für Bodenkunde und Standortslehre
• Institut für Kulturpflanzenwissenschaften
• Fg. Biogeophysik
• AG Anbausysteme und Modellierung

Weitere Informationen

•  SuedLink bewegt: Felduntersuchung hat begonnen (Teil 1: Bau und Boden)
•  SuedLink bewegt: Felduntersuchungsflächen eingerichtet (Teil 2: Pflanzenwachstum & Bewirtschaftung)

Förderer

• Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, BW-PLUS – Baden-Württemberg Programm Lebensgrundlage Umwelt und ihre Sicherung

DeepBluSky – Entwicklung eines umfassenden APV-Simulationstools für Landwirtschaft und Stromerzeugung (Agri-Photovoltaik, Agri-PV)

Status: laufend

Laufzeit: 01.12.2022 - 30.11.2024

In Zusammenarbeit mit sbp sonne GmbH

Beteiligte Personen

Dr. Sebastian Gayler (Uni Hohenheim)

Dr. Florian Späth (Uni Hohenheim)

Prof. Dr. Tobias Weber (Uni Kassel)

Förderer

Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus Baden-Württemberg (Invest BW Innovations- und Technologievorhaben)

Kurzbeschreibung

Im Projekt „DeepBluSky“ entwickeln sbp sonne und die Universität Hohenheim ein Modell und implementieren es als Simulationssoftware, um APV (kombinierte Agrarkultur mit PhotoVoltaik, Agri-PV) umfassend zu beschreiben. Die Simulation sagt sowohl den landwirtschaftlichen Ertrag als auch die durch Photovoltaik (PV) erzeugte Strommenge voraus. Mit Hilfe der Software lassen sich außerdem die Investitionskosten für PV abschätzen, sowie die Kosten für die landwirtschaftliche Bewirtschaftung der Flächen berechnen. Dabei berücksichtigt die Software insbesondere die starke Kopplung zwischen PV-Anlage und Pflanzenbestand hinsichtlich Licht-, Wärme- und Wasserhaushalt. Damit kann ein wichtiger Beitrag zur Energiewende und für eine höhere Resilienz der Landwirtschaft bzgl. Klimawandel geleistet werden.

Das Fachgebiet Biogeophysik steuert dazu das Pflanzenwachstumsmodellierumgebung Expert-N bei und untersucht die Auswirkungen der veränderten Licht-, Wärme- und Feuchtebedingungen unter den PV-Modulen und deren Rückkopplungen. Daraus sollen Modellparameter an die veränderten Umgebungsbedingungen angepasst werden.

DFG-FOR 5639 "Land-Atmosphere Feedback Initiative (LAFI)", Projekt P1: Observation and investigation of the land-atmosphere system, atmospheric boundary layer processes, and fluxes

Status: laufend

Laufzeit: 01.2.2024 - 31.1.2028

Projektleitung

Dr. Verena Rajtschan (Uni Hohenheim)

Prof. Dr. Thilo Streck (Uni Hohenheim)

Ko-Antragsteller

Dr. Joachim Ingwersen (Uni Hohenheim)

Weitere Antragsteller

Prof. Dr. Volker Wulfmeyer, IPM, UHOH, Stuttgart (Sprecher der FOR 5639 LAFI)

Dr. Frank Beyrich, MOL-RAO, DWD, Lindenberg

Dr. Thomas Jagdhuber, IG, UA, Augsburg; MRI, DLR, Wessling

Dr. Angelika Kübert, INAR, UH, Helsinki, Finland

Prof. Dr. Matthias Mauder, TUD, Dresden

Dr. Natalie Orlowski, UF, Freiburg

Dr. Stan Schymanski, LIST, Luxembourg

Prof. Dr. Christoph Thomas, UB, Bayreuth

Weitere Ko-Antragsteller

Dr. Oliver Branch, IPM, UHOH, Stuttgart

Dr. Andreas Behrendt, IPM, UHOH, Stuttgart

Förderer

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Kurzbeschreibung

The current observational design of the LAFO site will be extended to realize the following observation targets: (a) Simultaneous profiling of state variables, such as temperature and water content, throughout all compartments, including the subsurface, (b) the investigation of ABL (atmospheric boundary layer) energy and water vapor budgets as well as the surface energy balance closure, (c) profiling of turbulent quantities and fluxes from the land surface to the ABL top, (d) the measurement of ET (evapotranspiration) and its partitioning into E and T, (e) observations of vegetation dynamics, crop growth, transpiration, and stomatal behavior, and (f) the application of distributed sensors, sensor networks, and scanning wind, temperature, and moisture lidar systems to study the impact of land surface heterogeneities, micro-scale circulations, and internal boundary layers on surface fluxes and L-A feedbacks.

The observations will be performed within a General Operations Period (GOP) in 2025 into which a series of five Intensive Observations Periods (IOPs) are embedded

DFG-SPP 2322 SoilSystems: TraiMErgy | Integrated Trait-Based Modeling of Carbon and Energy Flows in Soil Systems

Status: laufend

Laufzeit: 1.10.2021 - 30.9.2024

PI

Prof. Dr. Thilo Streck

PostDoc/ Co-Investigator

Dr. Markus Müller

Partner

Dr. Stefano Manzoni (Stockholm University)
Jun.-Prof. Dr. Anthony Stein (Uni Hohenheim, Künstliche Intelligenz in der Agrartechnik)

DFG PP 2322 SoilSystems: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/441899689

TraiMErgy aims at the complex interplay between the soil microbiome and the carbon and energy flows in soil. Our central hypothesis is that the functional complexity of the soil microbiome and SOM controls matter and energy flows in soil systems. This hypothesis is tested using a novel, complex, data-driven bioenergetic SoilSystems Model: SoSyM-C.  SoSyM-C will integrate biogeochemical, thermodynamic, multi-omics, and isotopic data. The outcome of TraiMErgy will be a deeper understanding of soil organic matter turnover, coded in a mechanistic, robust and predictive biogeochemical-bioenergetic model.

Direkte Umwandlung von Biogas in grünen Wasserstoff und Kohlenstoff durch einen skalierbaren mikrowellenbeheizten katalytischen Reaktor (TITAN)

Status: laufend

Laufzeit: 1.9.2022 - 30.8.2025

Projektleiter

Prof. Dr. Thilo Streck

Dr. Joachim Ingwersen

Bearbeiter

Dr. Hermin Saki

Förderer

Gefördert durch die Europäische Union

Kurzbeschreibung

Bei der direkten katalytischen Konversion von Biogas zu grünem Wasserstoff entsteht Nanokohlenstoff. Ein potentieller Markt für diesen Kohlenstoff ist sein Einsatz als Bodenverbesserungsmaterial. Das Ziel des Teilprojektes ist, die Wirkung des Nanokohlenstoffs auf 1) die bodenhydraulischen Eigenschaften, 2) das Sorptionsverhalten sowie 3) den Transport und Abbau des Nanokohlenstoffs im Boden zu untersuchen und mit Hilfe eines mathematischen Modells zu beschreiben.

Status: laufend

Projektbeginn: 01.09.2016
Projektende: 31.12.2024

Förderkennzeichen: 57316245

Projekt-Homepage: https://fsc.uni-hohenheim.de/en/projectclifood

Schlagworte: climate change, Eastern African region, Ethiopia, Food Security, multidisciplinary research, qualification program, SDG-Graduate School, SDGs, Sub-Saharan Africa, sustainable development

Beschreibung

Background and objectives
Food security is highly sensitive to climate risks in the Eastern African region. Food production, access to markets, and income from agricultural activities are connected inseparably with climate-related events and food security crises. The German-Ethiopian SDG-Graduate School entitled ‘Climate change effects on food security’ (CLIFOOD) aims at empowering young academics of HEIs on the African continent focusing on SDGs: No poverty, Zero hunger, Good health and well-being, Quality education, Climate action, Life on land, Partnerships for the goals.  Main objective of CLIFOOD is the education of African students at the (post) doctorate level to address the threats of climate change to food security in the Eastern African region. Furthermore, CLIFOOD strengthens bilateral partnerships between higher education institutions in Germany and Ethiopia, supports relevant, high-quality educational offerings of structured study courses on research subjects, achieves greatest possible multidisciplinary research, qualifies specialized experts and lecturers at doctorate and postdoc level, and contributes towards the joint development of innovative solutions to higher education and SDG topics. 

Research
Agriculture is the backbone of the Ethiopian economy, but climate change strongly affects food security in Sub-Saharan Africa. Ethiopia is facing severe droughts having impacts on the lives and livelihoods of farmers. Demand-driven research on climate change and food security will be conducted and improved within CLIFOOD with special reference to the Agenda 2030 and its SDGs. Interdisciplinary research on adaptation strategies for agriculture is conducted with respect to weed control, livestock production, food and feed crops, soil health, grain quality, farming households, human nutrition as well as seasonal weather forecasts.

Qualification program
CLIFOOD offers a unique interdisciplinary qualification program for PhD students and Postdocs. According to the research areas, it conveys knowledge and methods from a wide range of disciplines like soil science, physics, meteorology, (agro)ecology, crop science, livestock science, agricultural economics, and nutritional and food sciences.

Beteiligte Personen

• M.Sc. Williams O. Anteyi
• M.Sc. Fasil Mequanint Rettie
• Dr. sc. agr. Nicole Schönleber
• Dr. rer. nat. Thomas Schwitalla
• Prof. Dr. rer. nat. Thilo Streck
• Alemu Tolemariam Ejeta
• M.B.A. Tetyana Tonkoshkur
• Dr. Christian Troost
• Markos Ware
• Dr. rer. nat. Kirsten Warrach-Sagi
• PD Dr. Frank Rasche
• Prof. Dr. Joachim Müller
• M.Sc. Haimanot Ayele
• Prof. Dr. Thomas Berger
• Prof. Dr. sc. agr. Reiner Doluschitz
• PhD Susanne Dreschl-Bogale
• Prof. Dr. Jan Frank
• Mekides Gardi
• Dr. rer. nat. Sebastian Gayler
• apl. Prof. Dr. rer. nat. Petra Högy
• Dr. Sajid Latif
• Prof. Dr. rer. nat. Volker Wulfmeyer

Beteiligte Einrichtungen

• Fg. Agrarökologie der Tropen und Subtropen
• Institut für Physik und Meteorologie
• Institut für Landschafts- und Pflanzenökologie
• Institut für Ernährungswissenschaften
• Institut für Bodenkunde und Standortslehre
• Institut für Agrartechnik
• Food Security Center (FSC)
• Fg. Physik und Meteorologie
• Fg. Pflanzenökologie und Ökotoxikologie
• Fg. Ökonomik der Landnutzung in den Tropen und Subtropen (Josef G. Knoll Professur)
• Fg. Biogeophysik
• Fg. Biofunktionalität der Lebensmittel
• Fg. Agrartechnik in den Tropen und Subtropen
• Institut für Tropische Agrarwissenschaften (Hans-Ruthenberg-Institut)

Weitere Informationen

• Facebook Account - Food Security Center
• Video - Food Security Center

Förderer

• Supported by the DAAD program Bilateral SDG Graduate Schools
• funded by the Federal Ministry for Economic Cooperation and Development (BMZ)

INTEGRA - AP5: Integration von Habitatstrukturen in landwirtschaftlich genutzte Flächen zur Förderung von Bestäuberinsekten

Status: laufend

Laufzeit: 2021 - 2024

Koordinator

Prof. Dr. Thomas Seifert, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg

Projektleiter

Dr. Sebastian Gayler

Bearbeiter

Hossein Zare, M.Sc.

Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines prozessbasierten Computermodells mit dessen Hilfe sowohl das Wachstum der Gehölzelemente als auch die entscheidenden Baum-/Feldfrucht- Interaktionen simuliert und der mögliche Mehrwert von Agroforstsystemen unter verschiedenen Randbedingungen analysiert werden können. Hierfür werden sowohl die Baum- und Strauchkomponenten als auch die Feldfruchtkomponente explizit räumlich dargestellt. Da die Informationen der Bäume und Sträucher als hochaufgelöste dreidimensionale Modelle vorliegen, können diese beliebig in Agroforstmodellen neu kombiniert werden. Dadurch können erstmals die Einflüsse von komplexen Baumreihen, Hecken und Gebüschen in öko- physiologischen Prozessmodellen als Eingangsgrößen berücksichtigt werden. Die Beschattung von Ackerfrüchten sowie die unterirdische Konkurrenz um Nährstoffe und Wasser werden basierend auf Ray-Tracing Algorithmen bzw. expliziten Wurzelstrukturmodellen simuliert. Die Modellentwicklung erfolgt im Agrar- und Forstökosystem Modellpaket Expert-N, in dem verschiedene Module zur Simulation der Wasser-, Stoff- und Energieflüsse im System Boden- Pflanze-Atmosphäre zur Verfügung stehen. In Expert-N bereits vorhandene Ansätze zur Simulation der Interaktion verschiedener Pflanzenarten sollen mit Hilfe von exemplarisch erhobenen Daten (Beschattung, Bodenfeuchte) überprüft und an die besonderen Rahmenbedingungen in den untersuchten AFS weiter angepasst werden. Dadurch können z.B. die Erträge der Ackerfrüchte in Abhängigkeit ihrer ökophysiologischen Eigenschaften (Stichwort „Schattentoleranz“) und der Struktur der im System vorhanden Baumkomponenten modelliert werden. Die Simulationen werden dazu beitragen, geeignete Baum – Ackerfrucht-Kombinationen zu finden.

Klimaangepasste Grundwasserbewirtschaftung durch Echtzeit-Planungs-Tools und modellbasierte Zukunftsszenarien GW 4.0 - Stickstoffumsatz und Nitrataustrag aus der Bodenzone (AP3)

Status: laufend

Laufzeit: 1.4.2022 - 30.3.2025

Projektleiter

Prof. Dr. Thilo Streck

Prof. Dr. Tobias Weber

Bearbeiter

Dr. Jan Görtz

Förderer

Gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Kurzbeschreibung

 Die nachhaltige Bewirtschaftung von Grundwasserressourcen in landwirtschaftlich und urban
intensiv genutzten Regionen erfordert die Analyse möglicher Zukunftsszenarien sowie Echtzeit-Pla-
nungswerkzeuge. Im Projekt werden zur Unterstützung von Wasserversorgern und Behörden Instru-
mente entwickelt, um sowohl den operativen Betrieb als auch die langfristige Planung der Grund-
wasserbewirtschaftung zu optimieren. Ein Schwerpunkt liegt auf den Auswirkungen klimawandelbe-
dingter Änderungen der Landbewirtschaftung auf die Grundwasserressourcen bezüglich Grundwas-
serneubildung und Sickerwasserqualität. Ausgehend von Vorarbeiten der Antragsteller und den Er-
gebnissen des aktuellen Masterplans Wasserversorgung Baden-Württemberg werden Modelle für
die Grundwasserneubildung, Stickstofffracht, Grundwasserstände, Einzugsgebiete von Fassungen
und Fließzeiten entwickelt, mit denen Szenarien des Klima- und Landnutzungswandels berechnet
und Bewirtschaftungsstrategien inklusive Priorisierungen der Grundwassernutzung simuliert wer-
den. Eine Datenassimilation stellt ein stets aktuelles Modell mit Web-Interface für kurzfristige bis
saisonale Planungen bereit. Die Ergebnisse der Szenarienanalysen und das Planungswerkzeug ge-
ben den Versorgern und Behörden erstmals nutzerfreundliche Hilfen an die Hand, um Entscheidun-
gen in einem Umfeld zunehmender Konflikte und Extremwetterlagen auf wissenschaftlich fundierten
Grundlagen zu treffen. Der Untersuchungsraum umfasst das Obere Gäu (Karstgrundwasserleiter im
Muschelkalk) und das Neckartal bei Tübingen (Kiesgrundwasserleiter/Erfurt-Formation), jeweils mit
mehreren Versorgungsunternehmen. Das Vorhaben bildet unterschiedliche Standortverhältnisse
(Geologie/Landnutzung), Bewirtschaftungsfragen und Nutzungskonflikte ab. Nach erfolgreicher De-
monstration kann das entwickelte Vorgehen auf die zukünftige modellbasierte flächenhafte Bewirt-
schaftung anderer Grundwasserkörper in und außerhalb Baden-Württembergs übertragen werden.

Rhizo4Bio: CROP | Combining ROot contrasted Phenotypes for more resilient agro-ecosystem

Status:laufend

Laufzeit: 2020-2024 (Phase I)

Uni Hohenheim

PIs

Holger Pagel (Leitung des Teilprojekts in Hohenheim)
Christian Poll, Ellen Kandeler, Thilo Streck

Doktoranden

Adrian Lattacher, Ahmet Sircan

Forschungszentrum Jülich

PIs

Guillaume Lobet (Koordinator Gesamtprojekt)
Andrea Schnepf, Mathieu Javaux, Youri Rothfuss, Thomas Pütz, Moritz Harings

PhD students
Mona Giraud, Samuel La Gall

2020-2024 (Phase I)

BMBF | Rhizo4Bio: https://www.bonares.de/crop

The objective of our project is to demonstrate that combining plants with ​complementary root system​​ ​architectures​​ (different genotypes) within a single field creates a​ more resilient and durable agro-ecosystem against drought stress​​. We will focus on three main processes: water acquisition, fertilizer valorisation and microbial-root interactions. We will focus on the plant species winter wheat (​Triticum aestivum​) for its economical importance and its susceptibility to future climate modifications.

Sortenwahl für Nachhaltigkeit und Resilienz (SONAR)

Status: laufend

Laufzeit: 1.1.2022 - 28.2.2025

Projektleiter

Prof. Dr. Thilo Streck

Bearbeiter

M. Sc. Sai Kiran Kakarla

Förderer

Europäische Innovationspartnerschaft Landwirtschaftliche Produktivität und Nachhaltigkeit (EIP-Agri)

Kurzbeschreibung

Insbesondere Schadinsekten profitieren vom fortschreitenden Klimawandel, da ihr Lebenszyklus zumeist stark von Temperatursummen abhängt. Für die Zuckerrübe relevant und zunehmend ertragsgefährdend sind hier hauptsächlich Blattläuse als Überträger gefährlicher Vergilbungsviren sowie die Schilf-Glasflügelzikade als Überträger von bakteriellen Erregern, die sich in der SBR-Krankheit (= Syndrome Basses Richesses = Syndrom der niedrigen Zuckergehalte) manifestieren. In beiden Fällen sind erhebliche Zuckerertragseinbußen (bis 45 %) möglich.

Eine passende Sortenwahl stellt nicht nur ein unabkömmliches Instrument des Integrierten Pflanzenschutzes dar; sie trägt ebenfalls zur Resilienz, d.h. auch zur Sicherung des Ertrags unter den sich wandelnden Klimabedingungen, bei und beeinflusst damit auch die Wettbewerbsfähigkeit und letztendlich das Überleben der landwirtschaftlichen Betriebe sowie der vor- und nachgelagerten regionalen Wertschöpfungsketten aus der Zuckerrübe. Dabei ist zu beachten: Erst wenn alle relevanten Aspekte gemeinsam Berücksichtigung finden, ist die Sortenwahl auch nachhaltig.

Die sich ändernden Rahmenbedingungen im Bereich der Ackerbaustrategie, der Anwendungsverordnung im Pflanzenschutz sowie der politischen Zielsetzungen in Bundesländern hinsichtlich der Minderung des Pflanzenschutzmitteleinsatzes (Reduktionsziele) sind ohne eine veränderte Sortenstrategie nicht erreichbar. Das Projekt-Vorhaben SONAR kann hierzu einen entscheidenden Beitrag leisten.

Status: abgeschlossen

Projektbeginn: 01.03.2018
Projektende: 28.02.2021

Projektwebsite: https://water4use.uni-hohenheim.de

Beteiligte Personen

• Dr. rer. nat. Joachim Ingwersen
• Prof. Dr. rer. nat. Thilo Streck

 Beteiligte Einrichtungen

• Fakultät Agrarwissenschaften
• Fg. Biogeophysik
• Institut für Bodenkunde und Standortslehre

BabbA | Biologisch abbaubare Beutel in der Bioabfallverwertung: Potential zur Verdrängung konventioneller Plastikbeutel, Abbau in der Anlage, Umweltrelevanz - TP 2: Abbauverhalten im Boden

Status: laufend

Laufzeit: 2021-2022

PIs

Dr. Holger Pagel, Prof. Dr. Ellen Kandeler

Mitarbeiter

Dr. Sven Marhan, Lion Schöpfer (PhD student)

Koordinator

Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie
Jens Forberger

Partner

Universität Bayreuth, Bioprozesstechnik
Prof. Dr. Ruth Freitag,
Thomas Steiner (PhD student)

Universität Bayreuth, Tierökologie 1
Dr. Martin Löder, Prof. Dr. Christian Laforsch

BEM Umweltservice GmbH
Jörg Bernd, Jürgen Geyer

BWPLUS, Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg
https://www.projekt-babba.de/

Infolge der Ausbringung organischer Düngemittel auf landwirtschaftlichen Nutzflächen können möglicherweise erhebliche Mengen an Kunststoffrückstände in Böden gelangen. Zur Auswirkung der Kunststoffrückstände auf Bodenorganismen und wesentliche Bodenfunktionen existieren keine aussagekräftigen Daten. Dieses Projekt wird Daten zum Abbauverhalten der Rückstände von Kunststoffsammelmedien nach einer biologischen Behandlung durch Kompostierung oder Fermentation erheben.

Status: abgeschlossen

Projektbeginn: 15.12.2015
Projektende: 15.12.2017

Förderkennzeichen: LUBW Nr. 4500439542/23

Beteiligte Personen

• Dr. rer. nat. Sebastian Gayler
• Prof. Dr. Torsten Müller
• Prof. Dr. Hans-Peter Piepho
• Dr. Reiner Ruser
• Prof. Dr. rer. nat. Thilo Streck

Beteiligte Einrichtungen

• Fg. Biogeophysik
• Fg. Biostatistik
• Fg. Düngung und Bodenstoffhaushalt
• Institut für Bodenkunde und Standortslehre
• Institut für Kulturpflanzenwissenschaften

• regioplus, Mainz; Freie Bodenkundler, Stuttgart; HfWU Nürtingen

CFD-Mikro-Sim: Optimierung des Mikroklimas in NOcsPS-Anbausystemen auf der Grundlage von 3D-Strömungssimulationen

Status: laufend

Laufzeit: 1.10.2020 - 30.9.2023

Projektleiter

Prof. Dr. Thilo Streck

Dr. Joachim Ingwersen

Bearbeiter

Dr. Shehan Morandage

Förderer

Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Kurzbeschreibung

In dem Teilprojekt wird der Einfluss des Bestandesklimas auf das Befallsrisiko mit Pathogenen untersucht. Bislang verwendete Prognosemodelle berücksichtigen nicht explizit den Einfluss der Bestands‐ und Pflanzenarchitektur auf die Pathogenetablierung. Wie stark der Bestand sich erwärmt oder wie schnell er nach einem Niederschlag wieder abtrocknet, hängt allerdings wesentlich von bestimmten aero‐dynamischen Eigenschaften (Verschiebungshöhe, Rauhigkeitslänge etc.) ab. Diese sind wiederum das Resultat von Faktoren wie Aussaatdichte, Aussaatgeometrie, Blattfläche, Blattbreite, Blattinklination oder der Variabilität der Wuchshöhe. In 3D‐Simulationen werden diese Einflussfaktoren anhand der Systemversuche unter besonderer Berücksichtigung der Gleichstandsaat abgebildet. Damit wird ein besseres Bild der Pathogenentwicklung im Bestand für Prognosemodelle ermöglicht.

Status: abgeschlossen

Projektbeginn: 01.02.2012
Projektende: 31.12.2019

Förderkennzeichen: DFG: FOR 1695

Projekt-Homepage: https://klimawandel.uni-hohenheim.de

Schlagworte: Agrarlandschaften, Klimaänderung, Landwirtschaft und Umwelt, Modellierung, Nachhaltigkeit, Regionalmodell

Beschreibung

Aufbauend auf dem DFG-Verbundprojekt PAK 346 (2008-2011) untersucht die DFG-Forschergruppe 1695 seit 2012 in zehn Teilprojekten die Folgen des globalen Klimawandels für die Struktur und die Funktionen von Agrarlandschaften auf regionaler Skala. Gemeinsames Ziel der Arbeitsgruppen aus Hohenheim, München und Gießen ist es, durch eine Kombination aus integrierter Modellierung, intensiven Feldmessungen und kontrollierten Experimenten zu einem verbesserten Prozessverständnis und einer besseren Kenntnis der Wechselwirkungen zwischen Landoberfläche und Atmosphäre beizutragen, um so Projektionen der Landschaftsentwicklung und möglicher Anpassungsstrategien bis 2030 ableiten zu können. Dazu werden hochaufgelöste regionale Klima-, Landnutzungs- und Pflanzenwachstumsmodelle mit sozio-ökonomischen Modellen gekoppelt und so ein neuartiges Landsystemmodell entwickelt. Mit speziellen Messgeräten und Fernerkundungsverfahren werden in den zwei Modellregionen Kraichgau und Mittlere Schwäbische Alb Daten zu Energie- und Stoffflüssen zwischen dem Boden-Pflanze-System und der Atmosphäre erhoben. In Klimakammern werden künftige CO2- und Klimabedingungen simuliert, um die Auswirkungen auf den Ertrag von Kulturpflanzen und die Qualität der erzeugten Nahrungsmittel zu untersuchen. Die in Feld- und Klimakammeruntersuchungen sowie in Betriebsbefragungen in den Modellregionen gewonnenen Daten dienen wiederum zur Verbesserung von Modellkomponenten und zur Validierung des neuen Landsystemmodells.

Nach einer positiven Begutachtung durch die DFG beginnt im Februar 2015 die zweite Phase der Projektförderung, in der die Forschergruppe 8 Teilprojekte hat. Die zweite Phase endet im September 2018.

Beteiligte Personen

• M.Sc. Rana Shahbaz Ali
• Dr. agr. Christian Poll
• Hon.-Prof. Eckart Priesack
• Prof. Dr. rer. nat. Volker Wulfmeyer
• Prof. Dr. Ellen Kandeler
• Dr. rer. nat. Sebastian Gayler
• Dr. rer. nat. Joachim Ingwersen
• PD Dr. Frank Rasche
• Priv. Doz. Dr. rer. nat. Hans-Dieter Wizemann
• Dr. rer. nat. Josipa Milovac
• Dr. rer. nat. Hans-Stefan Bauer
• Dr. rer. nat. Andreas Behrendt
• Prof. Dr. rer. nat. Andreas Fangmeier
• Prof. Dr. sc. agr. Stephan Dabbert
• Prof. Dr. Georg Cadisch
• M.Sc. Ravshan Eshonkulov
• M.Sc. Moritz Laub
• M.Sc. Kristina Imukova
• Dr. Christian Troost
• apl. Prof. Dr. rer. nat. Petra Högy
• Dr. rer. nat. Kirsten Warrach-Sagi
• Dr. rer. nat. Andreas Klumpp
• Dipl.-Geographin Sibylle Schulz
• Prof. Dr. rer. nat. Thilo Streck
• Prof. Dr. Thomas Berger
• Dr. Zorica Kauf
• Prof. Dr. Torsten Müller

• Prof. Dr. Eckart Priesack, Dr. Florian Heinlein, Helmholtz Zentrum München; Prof. Dr. Joachim Aurbacher, M. Sc. Aileen Jänecke, Justus-Liebig-Universität Gießen

Beteiligte Einrichtungen

• Auswirkungen von Trockenstress
• Klimaschutz
• Klimaanpassung
• Institut für Tropische Agrarwissenschaften (Hans-Ruthenberg-Institut)
• Institut für Landwirtschaftliche Betriebslehre
• Institut für Landschafts- und Pflanzenökologie
• Institut für Bodenkunde und Standortslehre
• Fg. Produktionstheorie und Ressourcenökonomik im Agrarbereich
• Fg. Pflanzenökologie und Ökotoxikologie
• Fg. Pflanzenbau in den Tropen und Subtropen
• Fg. Ökonomik der Landnutzung in den Tropen und Subtropen (Josef G. Knoll Professur)
• Fg. Bodenbiologie
• Fg. Biogeophysik
• DFG-Forschergruppe 1695: Regional Climate Change
• Bioökonomische Modellierung
• Land-Atmosphäre-Rückkopplungen

• Helmholtz Zentrum München, Institut für Bodenökologie; Institut für Betriebslehre der Agrar- und Ernährungswirtschaft, Justus-Liebig-Universität Gießen

Fördeder

• Deutsche Forschungsgemeinschaft

Publikationen im Rahmen des Projekts

• Poltoradnev, M., Ingwersen, J., Streck, T. (2015):
  Calibration and application of Aquaflex TDT soil water probes to measure the soil water dynamics of agricultural topsoil in Southwest Germany
• Warrach-Sagi, K., Goergen, K., Vautard, R. (2014)
  Experiences with WRF in EURO-CORDEX
• Milovac, J., Ingwersen, J., Warrach-Sagi, K. (2014)
  Soil texture forcing data for the whole world for the Weather Research and Forecasting (WRF) Model of the University of Hohenheim (UHOH) based on the Harmonized World Soil Database (HWSD) at 30 arc-second horizontal resolution.
• Milovac, J., Ingwersen, J., Warrach-Sagi, K. (2014)
  Top soil texture forcing data for the area of Germany for the Weather Research and Forecasting (WRF) Model based on the Bodenubersichtskarte (BUK) at a scale 1:1000000 (BUK1000) and provided by the University of Hohenheim (UHOH)
• Greve, P., Warrach-Sagi, K., Wulfmeyer, V. (2013)
  Evaluating soil water content in a WRF-NOAH downscaling experiment
• Warrach-Sagi, K., Schwitalla, T., Wulfmeyer, V., Bauer, H.-S. (2013)
  Evaluation of a climate simulation in Europe based on the WRF-NOAH Model System: precipitation in Germany
• Vautard, R., Gobiet, A., Jacob, D., Belda, M., Colette, A., Deque, M., Fernandez, J., Garcia-Diez, M., Goergen, K., Guettler, I., Halenka, T., Keuler, K., Kotlarski, S., Nikulin, G., Patarcic, M., Suklitsch, M., Teichmann, C., Warrach-Sagi, K., Wulfmeyer (2013)
  The simulation of European heat waves from an ensemble of regional climate models within the EURO-CORDEX project
• Gayler, S., Ingwersen, J., Priesack, E., Wöhling, T., Wulfmeyer, V., Streck, T. ( 2013)
  Assessing the relevance of subsurface processes for the simulation of evapotranspiration and soil moisture dynamics with CLM3.5: Comparison with field data and crop model simulations
• Wöhling,T., Gayler, S., Priesack, E., Ingwersen, J., Wizemann, H.-D., Högy, P., Cuntz, M., Attinger, S., Wulfmeyer, V., Streck, T. (2013)
  Multiresponse, multiobjective calibration as a diagnostic tool to compare accuracy and structural limitations of five coupled soil-plant models and CLM3.5
• Warrach-Sagi, K., Milovac, J., Bauer, H.-S., Behrendt, A., Schwitalla, T., Späth, F., Wulfmeyer, V. (2014):
  High-resolution climate predictions and short-range forecasts
• Kunlanit, B., Vityakon, P., Puttaso, A., Cadisch, G., Rasche, F. (2014)
  Mechanisms controlling soil organic carbon composition pertaining to microbial decomposition of biochemically contrasting organic residues: Evidence from midDRIFTS peak area analysis
• Gayler, S., Wöhling,T., Grzeschik, M., Ingwersen, J., Wizemann, H.-D., Warrach-Sagi, K., Högy, P., Attinger, S., Streck, T., Wulfmeyer, V. (2014)
  Incorporating dynamic root growth enhances the performance of Noah-MP at two contrasting winter wheat field sites
• Makowski, D., Asseng, S., Ewert, F., Bassu, S. et al. (2015)
  Statistical analysis of large simulated yield datasets for studying climate effects
• Wulfmeyer, V., Hardesty, R. M., Turner, D. D., Behrendt, A., Cadeddu, M. P., Di Girolamo, P., Schlüssel, P., Van Baelen, J., Zus, F. (2015)
  A review of the remote sensing of lower tropospheric thermodynamic profiles and its indispensable role for the understanding and the simulation of water and energy cycles
• Troost, C., Berger, T., (2015)
  Process-based simulation of regional supply functions using farm-level and agent-based models
• Kotlarski, S., Keuler, K., Christensen, O. B., Colette, A., Déqué, M., Gobiet, A., Goergen, K., Jacob, D., Lüthi, D., van Meijgaard, E., Nikulin, G., Schär, C., Teichmann, C., Vautard, R., Warrachagi, K., Wulfmeyer, V. (2014)
  Regional climate modeling on European scales: a joint standard evaluation of the EURO-CORDEX RCM ensemble
  
• Berger, T., Troost, C. (2014)
  Agent-based Modelling of Climate Adaptation and Mitigation Options in Agriculture
• Smirnova N., Demyan S., Rasche F., Cadisch G., Müller T. (2014)
  Calibration of CO2 trapping in alkaline solutions during soil incubation at varying temperatures using a Respicond VI
• Fon L. (2014)
  Quantifying different stabilities of soil organic matter in cropland at the regional scale: Integrating size/density separation and chemical oxidation
• Mirzaeitalarposhti R. (2014)
  Development of MidDRIFTS methodologies to support mapping of physico-chemical soil properties at the regional scale
• Rasche, F., Marhan, S., Berner, D., Keil, D., Kandeler, E., Cadisch, G. (2013)
  midDRIFTS-based partial least square regression analysis allows predicting microbial biomass, enzyme activities and 16S rRNA gene abundance in soils of temperate grasslands
• Demyan, M.S., Rasche, F., Schütt, M., Smirnova, N., Schulz, E., and Cadisch, G. (2013)
  Combining a coupled FTIR-EGA system and in situ DRIFTS for studying soil organic matter in arable soils
• Warrach-Sagi, K., Bauer, H.-S., Branch, O., Milovac, J., Schwitalla, T., Wulfmeyer, V. (2013)
  High-resolution climate predictions and short-range forecasts to improve the process understanding and the representation of land-surface interactions in the WRF model in Southwest Germany (WRFCLIM)
• Wöhling, T., Geiges, A., Nowak, W., Gayler, S., Högy, P., Wizemann, H.-D. (2013)
  Towards optimizing experiments for maximum-confidence model selection between different soil-plant models
• Aurbacher, J., Reinmuth, E., Parker, P., Calberto, G., Steinbach, J., Ingwersen, J., Dabbert, S. (2013)
  The Influence of Climate Change on Short-term Farm Management – an Interdisciplinary Modelling Approach
• Wöhling, T., Gayler, S., Ingwersen, J., Streck, T., Vrugt, J., Priesack, E. (2012)
  Multiobjective calibration of coupled soil-vegetation-atmosphere models
• Berger, T., Troost, C. (2012)
  Agent-based Modelling in the Agricultural Economics Tradition of Recursive Farm Modelling and Adaptive Micro-Systems
• Demyan, M.S., Rasche, F., Schulz, E., Breulmann, M., Müller, T., Cadisch, G. (2012)
  Use of specific peaks obtained by diffuse reflectance Fourier transform mid-infrared spectroscopy to study the composition of organic matter in a Haplic Chernozem
• Hoffmann, N., Keck, M., Neuweger, H., Wilhelm, M., Högy, P., Niehaus, K., Stoye, J. (2012)
  Combining peak- and chromatogram-based retention time alignment algorithms for multiple chromatography-mass spectrometry datasets
• Warrach-Sagi, K., Schwitalla, T., Bauer, H.-S., Wulfmeyer, V. (2013)
  A regional climate model simulation for EURO-CORDEX with the WRF model
• Högy, P., Fangmeier, A. (2013)
  Yield and yield quality of major cereals under climate change. In: Wake up before it is too late - Make agriculture truly sustainable now for food security in a changing climate. Chapter 1. Key development challenges of a fundamental transformation
• Oehme, V., Högy, P., Zebitz, C.P.W., Fangmeier, A. (2013)
  Effects of elevated atmospheric CO2 concentrations on phloem sap composition of spring crops and aphid performance
• Aurbacher, J., Parker, P. S., Calberto Sánchez, G. A., Steinbach, J., Reinmuth, E., Ingwersen, J., Dabbert, S. (2013)
  Influence of climate change on short term management of field crops – A modelling approach
• Asseng, S., Ewert, F., Rosenzweig, C., et al. (2013)
  Uncertainty in simulating wheat yields under climate change
• Biernath, C.J., Bittner, S., Klein, C., Gayler, S., Hentschel, R., Hoffmann, P., Högy, P., Fangmeier, A., Priesack, E. (2013)
  Modeling acclimation of leaf photosynthesis to atmospheric CO2 enrichment
• Giacometti, C., Demyan, M.S., Cavani, L., Marzadori, C., Ciavatta, C., Kandeler, E. (2013)
  Chemical and microbiological soil quality indicators and their potential to differentiate fertilization regimes in temperate agroecosystems
• Högy, P., Brunnbauer, M., Koehler, P., Schwadorf, K., Breuer, J., Franzaring, J., Zhunusbayeva, D., Fangmeier, A. (2013)
  Grain quality characteristics of spring wheat (Triticum aestivum) as affected by free-air CO2 enrichment
• Oehme, V., Högy, P., Franzaring, J., Zebitz, C.P.W., Fangmeier, A. (2013)
  Pest and disease abundance and dynamics in wheat and oilseed rape as affected by elevated atmospheric CO2 concentrations
• Troost, C., Calberto, G., Berger, T., Ingwersen, J., Priesack, E., Warrach-Sagi, K., Walter, T. (2012)
  Agent-based modeling of agricultural adaptation to climate change in a mountainous area of Southwest Germany
• Mirzaeitalarposhti, R., Demyan, M.S., Rasche, F., Poltoradnev, M., Cadisch, G., Müller, T. (2015)
  MidDRIFTS-PLSR-based quantification of physico-chemical soil properties across two agroecological zones in Southwest Germany: generic independent validation surpasses region specific cross-validation
• Ivanov, M., Warrach-Sagi, K., Wulfmeyer, V. (2018)
  Field significance of performance measures in the context of regional climate model evaluation. Part 2: precipitation.
• Reinmuth, E., Parker, P., Aurbacher, J., Högy, P., Dabbert, S. (2017)
  Modeling perceptions of climatic risk in crop production
• Heinlein, F., Biernath, C., Klein, C., Thieme, C., Priesack, E. (2017)
  Evaluation of simulated transpiration from maize plants on lysimeters
• Imukova, K., Ingwersen, J., Hevart, M., Streck, T. (2016)
  Energy balance closure on a winter wheat stand: comparing the eddy covariance technique with the soil water balance method
• Parker, P., Ingwersen, J., Högy, P., Priesack, E., Aurbacher, J. (2016)
  Simulating regional climate-adaptive field cropping with fuzzy logic management rules and genetic advance
• Demyan, M.S., Ingwersen, J., Nkwain Funkuin, Y., Ali, R.S., Mirzaeitalarposhti, R., Rasche, F., Poll, C., Müller, T., Streck, T., Kandeler, E., Cadisch, G. (2016):
  Partitioning of ecosystem respiration in winter wheat and silage maize—modeling seasonal temperature effects
• Troost, C. (2016):
  Mikrosimulation landwirtschaftlicher Produktion auf der Schwäbischen Alb - Klimaanpassungsforschung mit detaillierten Daten aus der Agrarstatistik
• Milovac, J., Warrach-Sagi, K., Behrendt, A., Späth, F., Ingwersen, J., Wulfmeyer, V. (2016):
  Investigation of PBL schemes combining the WRF model simulations with scanning water vapor differential absorption lidar measurements
• Wulfmeyer, V., Muppa, S. K., Behrendt, A., Hammann, E., Späth, F., Sorbjan, Z., Turner, D. D., Hardesty, R. M. (2016):
  Determination of convective boundary layer entrainment fluxes, dissipation rates, and the molecular destruction of variances: Theoretical description and a strategy for Its confirmation with a novel lidar system synergy
• Reinmuth, E., Dabbert, S. (2017):
  Toward more efficient model development for farming systems research – an integrative review
• Broberg, M., Högy, P., Pleijel, H. (2017)
  CO2-induced changes in wheat grain composition: meta-analysis and response functions
• Rasche, F., Kramer, S., Enowashua, E., Mackie, M., Högy, P., Marhan, S. (2017)
  Contrasting effect of elevated atmospheric CO2 on the C/N ratio of faba bean and spring wheat residues exert only minor changes in the abundance and enzyme activities of soil proteolytic bacteria
• Ivanov, M., Warrach-Sagi, K., Wulfmeyer, V. (2018)
  Field significance of performance measures in the context of regional climate model evaluation. Part 1: temperature.
• Poltoradnev, M., Ingwersen, J., Imukova, K., Högy, P., Wizemann, H.-D., Streck, T. (2018)
  How well does Noah-MP simulate the regional mean and spatial variability of topsoil water content in two agricultural landscapes in southwest Germany?
• Ali, R. S., Kandeler, E., Marhan, S., Demyan, M. S., Ingwersen, J., Mirzaeitalarposhti, R., Rasche, F., Cadisch, G., Poll, C. (2018)
  Controls on microbially regulated soil organic carbon decomposition at the regional scale
• Baroni, G., Scheiffele, L. M., Schrön, M., Ingwersen, J., Oswald, S. E. (2018)
  Uncertainty, sensitivity and improvements in soil moisture estimation with cosmic-ray neutron sensing
• Ali, R. S., Poll, C., Kandeler, E. (2018)
  Dynamics of soil respiration and microbial communities: Interactive controls of temperature and substrate quality
• Zhang, X., Högy, P., Wu, X., Schmid, I., Wang, X., Schulze, W.X., Jiang, D., Fangmeier, A. (2018)
  Physiological and proteomic evidence for the interactive effects of post-anthesis heat stress and elevated CO2 on wheat
• Mirzaeitalarposhti R., Demyan M.S., Rasche F., Cadisch G., Müller T. (2017)
  Mid-infrared spectroscopy to support regional-scale digital soil mapping on selected croplands of South-West Germany
• Knist, S., Goergen, K., Buonomo, E., Christensen, O. B., ...Warrach-Sagi, K., Wulfmeyer, V., Simmer, C. (2017)
  Land-atmosphere coupling in EURO-CORDEX evaluation experiments
• Späth, F., Behrendt, A., Muppa, S. K., Metzendorf, S., Riede, A., Wulfmeyer, V. (2016)
  3D water vapor field in the atmospheric boundary layer observed with scanning differential absorption lidar
• Mirzaeitalarposhti, R., Demyan, M.S., Rasche, F., Cadisch, G., Müller, T. (2016):
  Overcoming carbonate interference on labile soil organic matter peaks for midDRIFTS analysis
• Troost, C., Berger, T. (2015)
  Dealing with uncertainty in agent-based simulation: Farm-level modeling of adaptation to climate change in Southwest Germany
• Ali, R. S., Ingwersen, J., Demyan, M. S., Funkuin, Y. N., Wizemann, H.-D., Kandeler, E., Poll, C. (2015):
  Modelling in situ activities of enzymes as a tool to explain seasonal variation of soil respiration from agro-ecosystems
• Parker, P., Reinmuth, E., Ingwersen, J., Högy, P., Priesack, E., Wizemann, H.-D., Aurbacher, J. (2015):
  Simulation-based projections of crop management and gross margin variance in contrasting regions of Southwest Germany
• Troost, C., Walter, T., Berger, T. (2015):
  Climate, energy and environmental policies in agriculture: Simulating likely farmer responses in Southwest Germany
• Arnold, R. T., Troost, C., Berger, T. (2015):
  Quantifying the economic importance of irrigation water reuse in a Chilean watershed using an integrated agent-based model
• Islam T. (2015):
  Development of a continuous density gradient method for soil organic matter fractionation for studying decomposition and turnover under different tillage systems in arable soils
• Imukova, K., Ingwersen, J., Streck, T. (2015):
  Determining the spatial and temporal dynamics of the green vegetation fraction of croplands using high-resolution RapidEye satellite images
• Martre, P., Wallach, D., Asseng, S. et al. (2015):
  Multimodel ensembles of wheat growth: Many models are better than one
• Pleijel, H., Högy, P. (2015):
  CO2 dose-response functions for wheat grain, protein and mineral yield based on FACE and open-top chamber experiments
• Wizemann, H.-D., Ingwersen, J., Högy, P., Warrach-Sagi, K., Streck, T., Wulfmeyer, V. (2015):
  Three year observations of water vapor and energy fluxes over agricultural crops in two regional climates of Southwest Germany
• Fangmeier, A., Torres-Toledo, V., Franzaring, J., Damsohn, W. (2016):
  Design and performance of a new FACE (free air carbon dioxide enrichment) system for crop and short vegetation exposure
• Poltoradnev, M., Ingwersen, J., Streck, T. (2016):
  Spatial and temporal variability of soil water content in two regions of Southwest Germany during a three-year observation period
• Troost, C., Berger, T., (2016)
  Simulating structural change in agriculture: Modelling farming households and farm succession
• Eisele, M., Troost, C., Berger, T. (2016):
  Experimental measurement of stakeholder expectation formation and risk taking behavior for integrated regional agricultural land use modeling
• Jänecke, A., Eisele, M., Reinmuth, E., Steinbach, J., Aurbacher, J. (2016):
  German Farmers' Perception of Climate Change Effects and Determinants influencing their Climate Awareness
• Troost, C., Berger, T., (2016):
  Advances in probabilistic and parallel agent‐based simulation: Modelling climate change adaptation in agriculture
• Hoffmann, H., Zhao, G., Asseng, S., Bindi, M., Biernath, C.,...Heinlein, F.,...Priesack, E., et al. (2016):
  Impact of spatial soil and climate input data aggregation on regional yield simulations
• van Bussel, L.G.J., Ewert, F., Zhao, G., Hoffmann, H., Enders, A., Wallach, D., Constantin, J., Raynal, H., Klein, C., Biernath, C., Heinlein, F., Priesack, F., Tao, F., et al. (2016):
  Spatial sampling of weather data for regional crop yield simulations
• Ingwersen, J., Imukova, K., Högy, P., Streck, T. (2015)
  On the use of the post-closure methods uncertainty band to evaluate the performance of land surface models against eddy covariance flux data

Status: abgeschlossen

Projektbeginn: 01.02.2012
Projektende: 31.08.2018

Förderkennzeichen: DFG: STR 481/9-1,2 & FOR 1695

Projekt-Homepage: https://klimawandel.uni-hohenheim.de

Schlagworte: Agrarlandschaften, Bodenwassermodellierung, Pflanzenwachstumsmodelle

Beschreibung

Gekoppelte Atmosphären-Landoberflächen-Modelle sind wichtige Werkzeuge, um die Auswirkungen des Klimawandels auf der regionalen Skala abzuschätzen. Die Qualität regionaler Klimasimulationen hängt wesentlich von einer guten Beschreibung der Landoberflächen­austauschprozesse ab. Hier spielen die Wechselwirkungen zwischen Böden, Pflanzen und der Atmosphäre eine Schlüsselrolle. In der ersten Phase haben wir das Pflanzenwachstumsmodell GECROS mit dem Landoberflächenmodell NOAHMP gekoppelt. In der zweiten Phase werden wir die Leistungsfähigkeit und Robustheit von NOAHMP-GECROS im Hinblick darauf testen, wie gut Bodenwasserhaushalt, Pflanzenwachstum und Landoberflächenaustausch vom Modell abgebildet werden. Die Überprüfung und nötigenfalls Weiterentwicklung wird anhand der Langzeitdaten von unseren Eddy-Kovarianz-Stationen und regionalen Bodenwassermessnetzen erfolgen. Über das Atmosphären-Landoberflächen-Pflanzenwachstums-Modell ALCM (NOAHMP-GECROS gekoppelt mit WRF) ist NOAHMP-GECROS ein wesentlicher Bestandteil des zu entwickelnden Integrierten Landsystem-Modellsystems (ILMS). In enger Zusammenarbeit mit den anderen Projekten der Forschergruppe werden wir mit ILMS Rückkopplungen in Landsystemen (Kraichgau und Schwäbische Alb) unter dem Klimawandel untersuchen. Innerhalb dieser Zusammenarbeit werden wir unter anderem klären, bis zu welchem Detail Prozesse im Bereich Boden-Pflanze abgebildet werden müssen, um Landschaftsfunktionen wie Pflan­zen­produktion und Wasser­haus­halt ausreichend genau zu simulieren.

Teilprojekt P2 der DFG-Forschergruppe 1695 "Agricultural Landscapes under Global Climate Change – Processes and Feedbacks on a Regional Scale"

Beteiligte Personen

• M.Sc. Ravshan Eshonkulov
• Prof. Dr. rer. nat. Thilo Streck
• Dr. rer. nat. Sebastian Gayler
• Dr. rer. nat. Joachim Ingwersen

Beteiligte Einrichtungen

• DFG-Forschergruppe 1695: Regional Climate Change
• Fg. Biogeophysik
• Institut für Bodenkunde und Standortslehre

Förderer

• Deutsche Forschungsgemeinschaft

Publikationen im Rahmen des Projekts

• Poltoradnev, M., Ingwersen, J., Imukova, K., Högy, P., Wizemann, H.-D., Streck, T. (2018)
  How well does Noah-MP simulate the regional mean and spatial variability of topsoil water content in two agricultural landscapes in southwest Germany?
• Ingwersen, J., Imukova, K., Högy, P., Streck, T. (2015)
  On the use of the post-closure methods uncertainty band to evaluate the performance of land surface models against eddy covariance flux data
• Mirzaeitalarposhti, R., Demyan, M.S., Rasche, F., Poltoradnev, M., Cadisch, G., Müller, T. (2015)
  MidDRIFTS-PLSR-based quantification of physico-chemical soil properties across two agroecological zones in Southwest Germany: generic independent validation surpasses region specific cross-validation
• Poltoradnev, M., Ingwersen, J., Streck, T. (2015)
  Calibration and application of Aquaflex TDT soil water probes to measure the soil water dynamics of agricultural topsoil in Southwest Germany
• Makowski, D., Asseng, S., Ewert, F., Bassu, S. et al. (2015)
  Statistical analysis of large simulated yield datasets for studying climate effects
• Gayler, S., Wöhling,T., Grzeschik, M., Ingwersen, J., Wizemann, H.-D., Warrach-Sagi, K., Högy, P., Attinger, S., Streck, T., Wulfmeyer, V. (2014)
  Incorporating dynamic root growth enhances the performance of Noah-MP at two contrasting winter wheat field sites
• Wöhling,T., Gayler, S., Priesack, E., Ingwersen, J., Wizemann, H.-D., Högy, P., Cuntz, M., Attinger, S., Wulfmeyer, V., Streck, T. (2013)
  Multiresponse, multiobjective calibration as a diagnostic tool to compare accuracy and structural limitations of five coupled soil-plant models and CLM3.5
• Asseng, S., Ewert, F., Rosenzweig, C., et al. (2013)
  Uncertainty in simulating wheat yields under climate change
• Aurbacher, J., Parker, P. S., Calberto Sánchez, G. A., Steinbach, J., Reinmuth, E., Ingwersen, J., Dabbert, S. (2013)
  Influence of climate change on short term management of field crops – A modelling approach
• Gayler, S., Ingwersen, J., Priesack, E., Wöhling, T., Wulfmeyer, V., Streck, T. (2013)
  Assessing the relevance of subsurface processes for the simulation of evapotranspiration and soil moisture dynamics with CLM3.5: Comparison with field data and crop model simulations
• Aurbacher, J., Reinmuth, E., Parker, P., Calberto, G., Steinbach, J., Ingwersen, J., Dabbert, S. (2013)
  The Influence of Climate Change on Short-term Farm Management – an Interdisciplinary Modelling Approach
• Wöhling, T., Gayler, S., Ingwersen, J., Streck, T., Vrugt, J., Priesack, E. (2012)
  Multiobjective calibration of coupled soil-vegetation-atmosphere models
• Imukova, K., Ingwersen, J., Streck, T. (2015)
  Determining the spatial and temporal dynamics of the green vegetation fraction of croplands using high-resolution RapidEye satellite images
• Ali, R. S., Ingwersen, J., Demyan, M. S., Funkuin, Y. N., Wizemann, H.-D., Kandeler, E., Poll, C. (2015)
  Modelling in situ activities of enzymes as a tool to explain seasonal variation of soil respiration from agro-ecosystems
• Ali, R. S., Kandeler, E., Marhan, S., Demyan, M. S., Ingwersen, J., Mirzaeitalarposhti, R., Rasche, F., Cadisch, G., Poll, C. (2018)
  Controls on microbially regulated soil organic carbon decomposition at the regional scale
• Ingwersen, J., Högy, P., Wizemann, H.D., Warrach-Sagi, K., Streck, T. (2018)
  Coupling the land surface model Noah-MP with the generic crop growth model Gecros: Model description, calibration and validation
• Baroni, G., Scheiffele, L. M., Schrön, M., Ingwersen, J., Oswald, S. E. (2018)
  Uncertainty, sensitivity and improvements in soil moisture estimation with cosmic-ray neutron sensing
• Imukova, K., Ingwersen, J., Hevart, M., Streck, T. (2016)
  Energy balance closure on a winter wheat stand: comparing the eddy covariance technique with the soil water balance method
• Parker, P., Ingwersen, J., Högy, P., Priesack, E., Aurbacher, J. (2016)
  Simulating regional climate-adaptive field cropping with fuzzy logic management rules and genetic advance
• Demyan, M.S., Ingwersen, J., Nkwain Funkuin, Y., Ali, R.S., Mirzaeitalarposhti, R., Rasche, F., Poll, C., Müller, T., Streck, T., Kandeler, E., Cadisch, G. (2016)
  Partitioning of ecosystem respiration in winter wheat and silage maize—modeling seasonal temperature effects
• Milovac, J., Warrach-Sagi, K., Behrendt, A., Späth, F., Ingwersen, J., Wulfmeyer, V. (2016)
  Investigation of PBL schemes combining the WRF model simulations with scanning water vapor differential absorption lidar measurements
• Poltoradnev, M., Ingwersen, J., Streck, T. (2016)
  Spatial and temporal variability of soil water content in two regions of Southwest Germany during a three-year observation period
• Wizemann, H.-D., Ingwersen, J., Högy, P., Warrach-Sagi, K., Streck, T., Wulfmeyer, V. (2015)
  Three year observations of water vapor and energy fluxes over agricultural crops in two regional climates of Southwest Germany
• Martre, P., Wallach, D., Asseng, S. et al. (2015)
  Multimodel ensembles of wheat growth: Many models are better than one
• Parker, P., Reinmuth, E., Ingwersen, J., Högy, P., Priesack, E., Wizemann, H.-D., Aurbacher, J. (2015)
  Simulation-based projections of crop management and gross margin variance in contrasting regions of Southwest Germany
• Ingwersen, J., Steffens, K., Högy, P., Warrach-Sagi, K., Wizemann, H.-D., Zhunusbayeva, D., Poltoradnev, M., Gäbler, R., Fangmeier, A., Wulfmeyer, V., Streck, T. (2011)
  Comparison of Noah simulations with Eddy covariance and soil water measurements at a winter wheat stand

Status: abgeschlossen

Projektbeginn: 01.01.2017
Projektende: 30.9.2021

Beschreibung

Diffuse pollution of soils, surface waters, and ground-water by a multitude of anthropogenic organic and inorganic compounds is a growing global concern. Despite decades of pollutant research, serious knowledge gaps exist concerning the fate and behavior of these pollutants on the landscape scale and their impact on water quality, ecology, and human health. In eight collaborative projects the project intends to close the gap between relevant processes identified in the laboratory and mechanisms of mass transfer and metabolic trans-formations on the landscape scale.

Beteiligte Personen

• Prof. Dr. rer. nat. Thilo Streck

Beteiligte Einrichtungen

• Auswirkungen von Trockenstress
• Bioökonomische Modellierung
• Fg. Biogeophysik
• Fg. Bodenbiologie
• Institut für Bodenkunde und Standortslehre
• Klimaanpassung
• Klimaschutz
• Land-Atmosphäre-Rückkopplungen

• Universität Tübingen
• Universität Stuttgart
• Helmholtz Zentrum für Umweltforschung Leipzig (UFZ)
• Helmholtz Zentrum für Gesundheit und Umwelt München (HMGU)

Status:  current

Project begin: 01.01.2017
Project end: 31.12.2020

Project-Homepage: https://www.uni-tuebingen.de/forschung/forschungsschwerpunkte/sonderforschungsbereiche/sfb-1253/projects/s2-basic-modeling-and-data-services.html

Involved persons

•  Prof. Dr. rer. nat. Thilo Streck

• Prof. Dr. Olaf Cirpka, Dr. Michael Finkel, Tübingen

Involved institutions

• Biogeophysics
• Institute of Soil Science and Land Evaluation

• University of Tübingen

Status: current

Project begin: 01.01.2017
Project end : 31.12.2020

Project-Homepage : https://www.uni-tuebingen.de/forschung/forschungsschwerpunkte/sonderforschungsbereiche/sfb-1253/projects/p6-soils.html

Involved persons

• M.Sc. Luciana Chavez Rodriguez
• Dr. Holger Pagel
• Dr. agr. Christian Poll
• Prof. Dr. rer. nat. Thilo Streck
• Prof. Dr. Ellen Kandeler
• M.Sc. Johannes Wirsching

• Prof. Dr. Peter Grathwohl, Universität Tübingen

Involved institutions

• Biogeophysics
• Soil Biology
• Institute of Soil Science and Land Evaluation

• Universitäten Tübingen, Stuttgart, Helmholtz-Zentrum München, UFZ Leipzig u.v.m.

Status:  current

Project begin: 01.01.2017
Project end: 31.12.2020

Project-Homepage : https://www.uni-tuebingen.de/forschung/forschungsschwerpunkte/sonderforschungsbereiche/sfb-1253/projects/p7-stochastic-modeling-framework.html

Involved persons

• Dr. rer. nat. Tobias K.D. Weber
• Prof. Dr. rer. nat. Thilo Streck

• Prof. Dr. Olaf Cirpka, Tübingen
• Prof. Dr. Wolfgang Nowak, Stuttgart

Involved persons

• Biogeophysics
• Institute of Soil Science and Land Evaluation
  

• University of Tübingen
• University of Stuttgart

Status: laufend

Projektbeginn: 01.09.2016
Projektende: 31.12.2020

Förderkennzeichen: 57316245

Projekt-Homepage: https://fsc.uni-hohenheim.de/en/projectclifood

Schlagworte: climate impacts, crop model, maize, model structural errors, multi-model simulation, predictive uncertainty, sorghum, wheat, yield prediction

Beschreibung

Crop models are the most common tools for assessing the threat of climate change to local and re­gional crop productivity. However, numerous studies have shown that models used to predict crop yields are highly uncertain when predicting how crops respond to changes in temperature, annual precipitation amounts and distribution, and increasing carbon dioxide concentrations. It was also shown that simulations differ across crop models and that a significant proportion of the uncertainty in climate change impact projections is due to differences in the structure of these models. Hence, applications of multi-model ensembles have been suggested to reduce uncertainty in simulation of crop response to future climate.

The aim of this project is to reduce uncertainty in predictions of climate change impacts on productivity of wheat, maize and sorghum in Ethiopia. The agro-ecosystem simulation tool box Expert-N is used to setup a multi-model ensem­ble composed of four different crop growth models combined with different water regime and nitrogen turnover models. The single ensemble members are run for different locations in Ethiopia taking into account the country-specific management strategies and climate inputs. Simulation results are tested against recent and historic yield data. Uncertainties in model predictions due to the dif­ferent model structures are quantified. Bayesian techniques are applied to calculate model weights accounting for the predictive power of each model combination. Only models with relevant predictive power (relevant weights) will finally be used for predicting crop productivity in Ethiopia during the next 20-30 years resulting in more reliable estimations of future yields, which may aid developing practicable mitigation strategies.

This subproject is part of the CLIFOOD project which is part of the Food Security Center.

Beteiligte Personen

• Dr. rer. nat. Sebastian Gayler
• M.Sc. Fasil Mequanint Rettie
• Prof. Dr. rer. nat. Thilo Streck

Beteiligte Einrichtungen

• Fg. Biogeophysik
• Food Security Center (FSC)
• Institut für Bodenkunde und Standortslehre

Förderer

• Supported by the DAAD program Bilateral SDG Graduate Schools
• funded by the Federal Ministry for Economic Cooperation and Development (BMZ)

Status: laufend

Projektbeginn: 01.01.2017
Projektende: 31.12.2020

Projekt-Homepage: https://lafo.uni-hohenheim.de

Beteiligte Personen

• Dr. rer. nat. Florian Späth
• Prof. Dr. rer. nat. Volker Wulfmeyer
• Prof. Dr. rer. nat. Thilo Streck
• Dr. rer. nat. Andrea Riede
• Dr. rer. nat. Shravan Muppa
• Prof. Dr. Joachim Müller
• M.Sc. Simon Metzendorf
• Dr. rer. nat. Diego Lange
• Alicia Kolmans
• Prof. Dr. agr. Simone Graeff-Hönninger
• Prof. Dr. rer. nat. Andreas Fangmeier
• Prof. Dr. Wilhelm Claupein
• Carolin Callenius
• Dr. rer. nat. Andreas Behrendt
• apl. Prof. Dr. rer. nat. Tobias Würschum

Beteiligte Einrichtungen

• Arbeitsgruppe Anbausysteme und Modellierung
• Land-Atmosphäre-Rückkopplungen
• Klimaschutz
• Institut für Physik und Meteorologie
• Forschungszentrum für Globale Ernährungssicherung und Ökosysteme
• Fg. Pflanzenökologie und Ökotoxikologie
• Fg. Biogeophysik
• Fg. Allgemeiner Pflanzenbau
• Fg. Agrartechnik in den Tropen und Subtropen
• Bioökonomische Modellierung
• Auswirkungen von Trockenstress
• Landessaatzuchtanstalt

LOWPESTS | Low-cost observations for water-air-soil of pesticides in Ethiopian soils using time-integrated samplers

Status: laufend

Laufzeit: 2021-2022

PIs

Dr. Holger Pagel
Dr. Alexander Haluska (Uni Tübingen)

Partner

Prof. Dr. Thilo Streck, Dr. Sebastian Gayler, and Mr. Fasil Mequanint (Uni Hohenheim)
Dr. Wolf-Anno Bischoff, Mr. Andreas Schwarz (TerrAquat GmbH)
Prof. Dr. Carolin Huhn (Uni Tübingen)
Dr. Ana González-Nicolás (University of Stuttgart)
Assistant Prof. Dr. Sintayehu Mersha, (Hawassa University, Ethiopia, CLIFOOD Graduate School)

Fast-start funding for joint projects on topics related to Africa by the Universities of Hohenheim and Tübingen

The leaching and volatilization of pesticides from Ethiopian agricultural soils pose a long-term risk to drinking water resources and public health. Several diffusive passive samplers have been developed over the years that could be used for long-term monitoring of pesticides in soils and groundwater. However, these samplers rely on the use of highly specialized sorbents and sophisticated analytical equipment (e.g., LC-MS/MS). The goal of this project is to develop an affordable, time-integrated, passive sampling method using local materials that are easily available in Ethiopia and simplified analytical techniques to quantify pesticides in agricultural soils. Time-integrated pesticide leaching losses will be studied for site-specific parameterization of models for predicting the release of contaminants from soils and the risk they pose to human health.

Status: abgeschlossen

Projektbeginn: 01.06.2017
Projektende: 31.05.2020

Förderkennzeichen: DFG HO4536/4

Projekt-Homepage: http://www.biologie.uni-konstanz.de/uphys-HilmarHofmann/?page_id=399

Beteiligte Personen

• Dr. rer. nat. Joachim Ingwersen
• Prof. Dr. rer. nat. Thilo Streck

• Dr. Hilmar Hofmann, Uni Konstanz (Projektleiter)
• Prof. Dr. Jens Greinert (Uni Kiel, GEOMAR)
• Prof. Dr. Frank Peeters, Prof. Dr. Bernhard Schink (Uni Konstanz)
• Dr. Thomas Wolf, Dr. Martin Wessels (Inst. Seenforschung, LUBW) u.a.

Beteiligte Einrichtungen

• Fg. Biogeophysik
• Institut für Bodenkunde und Standortslehre
• Universität Hohenheim

• Universitäten Konstanz, Kiel, LUBW

Status: current

Project begin: 01.02.2015
Project end: 31.01.2019

Description

Soil functions control ecosystem services and perils such as the emission of greenhouse gases and accumulation or leaching of pesticides. The microbial regulation of important storage, filter and buffer functions of soils is not fully understood. In the experimental part of this project we will combine stable isotope with molecular methods (metagenomics, proteomics) and develop them further to gain information about the structure of microbial communities in soil and their functions. These data will be used to simulate biological, chemical and physical processes on various scales. Complex bottom-up models, which will explicitly account for the dynamics of enzymes, microbial communities and related transformation processes, will be parameterized with molecular biological and physicochemical data. With these simulations, we want to elucidate which small-scale regulation mechanisms may be effective on plot and field scale and how much complexity is necessary to simulate soil functions. Model-based predictions will be complemented and experimentally tested on plot and field scale.

Involved persons

• Prof. Dr. rer. nat. Thilo Rennert
• Jun.-Prof. Dr. rer. nat. Amélia Camarinha Silva
• Prof. Dr. Jana Seifert
• Prof. Dr. rer. nat. Thilo Streck
• Prof. Dr. Ellen Kandeler
• Dr. Holger Pagel
• Prof. Dr. Philipp Kügler
• Dipl.-Biol. Marie Uksa

Involved institutions

• Biogeophysics
• Soil Biology
  
• Soil Chemistry and Pedology
  
• Institute of Applied Mathematics and Statistics
  
• Institute of Soil Science and Land Evaluation
  
• Institute of Animal Science
  

information coming soon

RTG 1829 “Integrated Hydrosystem Modelling” Reactive-Transport Models of Nitrogen Cycling Informed by Molecular-Biological Data

Status: laufend

Laufzeit: 2018-2024

PIs

Holger Pagel, Olaf Cirpka, Adrian Mellage (Uni Tübingen), Philippe van Capellen (University of Waterloo)

PhD student

Anna Störiko

DFG: https://www.hydromod.uni-tuebingen.de/

Molecular biological data can provide quantitative information about organisms related to a specific reaction. Functional genes code for enzymes responsible for a certain reaction step for example in denitrification. Their concentrations can be seen as a proxy for the abundance of organisms with that function. More and more molecular biological data are collected in the field. However, we can currently not use it in a quantitative manner in reactive transport models since the models do not simulate these quantities. In this project reactive transport models for the nitrogen cycle which can be informed by molecular biological data are developed.

SimLearn: Completing Training Data by Iteratively Learning Simulation

Status: laufend

Laufzeit: 01.01.2020 - 31.12.2022

Coordinator

Dr. Angar Bernardi, German Research Center for Artificial Intelligence (DFKI), Kaiserlautern www.dfki.de/en/web/about-us/locations-contact/kaiserslautern

PI

Prof. Dr. Thilo Streck

Involved

Dr. Sebastian Gayler

Investigator

Dr. Rajiv Srivastava

Machine learning methods based on existing training data have proven to be very effective in identifying patterns and implicit dependencies in complex situations with many parameters and in providing classification, prediction and decision support with the models learned. In practice, however, the large amounts of correctly labeled training data required for such approaches are often not available.

Based on actual application examples from the agricultural sector, SimLearn examines the suitability of a new approach in which existing operative knowledge codified in simulation models is combined iteratively with the increasing insights of learned models: Extensive synthetic training data sets are generated by existing simulation models. A learning system initiated on such data will then be extended and improved by empirical data collected of actual farms. This combination fills gaps in the existing database and enables improved training. The result is a learned, more powerful model of the observed reality with improved usage potentials.

SimLearn exemplary considers the operational decisions in crop production on operational and tactical level with regard to income and environmental effects. The bioeconomic modeling system MPMAS_XN of Hohenheim University (UHOH) allows initial simulations of the effects of fertilization and cultivation decisions both from a biological (plant growth) and an economic (expected revenue) point of view. This information is combined and compared with the results of cooperating experimental farms and with standard and average values from the databases of the Kuratorium für Technologie und Bauwesen in der Landwirtschaft (KTBL). Using those generated data collections, DFKI iteratively trains a suitable learning system which enables an improved prediction and assessment of alternative courses of action.

landuse-economics.uni-hohenheim.de/en/projekt-simlearn

WatDEMAND: Multisektorale Wasserbedarfsszenarien für Deutschland und Abschätzung zukünftiger Regionen mit steigender Wasserknappheit

Status: laufend

Laufzeit: 1.12.2021 - 31.3.2023

In Zusammenarbeit mit IWW Zentrum Wasser

iww-online.de

Gefördert durch

Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e.V., Bonn

www.dvgw.de

Koordinator

Dr. Tim aus der Beek

IWW – Rheinisch-Westfälisches Institut für Wasserforschung gGmbH, Mülheim

Projektleiter

Dr. Tobias Weber

Prof. Dr. Thilo Streck

Bearbeiter

Dr. Tobias Weber

Die letzte Dekade und insbesondere die trockenen und heißen Jahre 2018 bis 2020 haben gezeigt, dass die deutsche Wasserversorgung durchaus regional-temporale Engpasssituationen erreichen kann. Da Klimawandelprojektionen aufzeigen, dass sich die klimatischen Rahmenbedingungen in der nahen und fernen Zukunft noch verschärfen könnten, soll untersucht werden, wie sich zukünftig Wasserdargebot und Wasserbedarf entwickeln könnten. Im DVGW- Forschungsprogramm „Zukunft Wasser“ wird dies anhand zweier miteinander verschnittener Forschungsprojekte untersucht. Eines davon ist WatDEMAND.

Das Vorhaben soll einerseits den multi-sektoralen Wasserbedarf der Haushalte, Industrie und Landwirtschaft bis zum Jahr 2100 räumlich aufgelöst für Deutschland prognostizieren. Andererseits sollen die daraus entstandenen Ergebnisse mit Änderungen des Wasserdargebots im Sinne erster Analysen räumlich-zeitlich verschnitten werden, um orientierend schon Hot-Spot-Regionen zu identifizieren, welche zukünftig vermehrt Wasserengpasssituationen erfahren könnten. In nachgeordneten Forschungsprojekten wird die Analyse dieser Auswertung vertieft werden und zudem soll für die Hot-Spot-Regionen untersucht werden, welche Maßnahmen, wie z.B. Anpassung der Infrastruktur, Schaffung von Querverbünden und Erhöhung der Resilienz, die Engpässe mindern können.