SFB 1253:  Catchments as Reactors: Schadstoffumsatz auf der Landschaftsskala (CAMPOS)

• Fachliche Zuordnung: Geowissenschaften ; Agrar-, Forstwissenschaften und Tiermedizin ; Informatik, System- und Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 281741268

Das Verhalten anthropogener Schadstoffe im Landschaftsmaßstab stellt nach wie vor eine der größten Herausforderungen heutiger Umweltwissenschaften dar. Forschungsergebnisse der letzten Jahre haben wiederholt gezeigt, dass Umsatzraten von Schadstoffen, die im Labor ermittelt wurden, im Widerspruch zu Feldbeobachtungen stehen. Dies weist darauf hin, dass wir die relevanten Prozesse, die den Schadstoffumsatz in der Natur bestimmen, nur unvollständig verstehen. CAMPOS stellte die These auf, dass auf der Feldskala Prozesse maßgeblich sind, die in Laborexperimenten nur schwer zu erfassen sind. Umgekehrt können viele Schadstoffe, die unter Laborbedingungen vergleichsweise schnell abgebaut werden, im Feld eine unerwartete Langlebigkeit zeigen und über lange Zeiträume in Böden und Grundwasserleitern gespeichert werden. CAMPOS zielt darauf ab, die bezüglich des Schadstoffabbaus reaktiven Landschaftselemente zu identifizieren und ihre Prozessdynamik mit ausführlichen Feldstudien zu biogeochemischen Umsätzen von Schadstoffen in einer beispiellosen Auflösung zu quantifizieren. Hierzu werden neue Analysemethoden und Messtechniken eingesetzt, die erst in den letzten Jahren entwickelt wurden (z.B. substanzspezifische Isotopen- und Traceranalytik, „non-target screening“, Bioanalytik, in-situ Sensoren, molekularbiologische Methoden inklusive „omics“-Technologien). Der Ansatz, sich auf die relevanten Landschaftselemente zu fokussieren hat sich bewährt und wird beibehalten. Relevante Landschaftselemente sind Flüsse (P1), die als Integratoren für Schadstoffströme wirken, Kleineinzugsgebiete (P2), in denen durch die Landwirtschaft eingetragene Stoffe umgesetzt werden, Talauen (P3, P4) mit ihren in der Regel quartären Sedimenten und flachen, aber daher vulnerablen Grundwasserleitern, Kluftgrundwasserleiter (P5), die aufgrund langer Verweilzeiten des Wassers auch Schadstoffe über lange Zeiträume in der Gesteinsmatrix speichern können, sowie die Böden (P6), die landwirtschaftlichen Stoffeinträgen (Pestizide und Nährstoffe) direkt ausgesetzt sind. Ein neuer stochastischer Modellieransatz (P7), mit dessen Hilfe auch die verbundenen Unsicherheiten quantifiziert werden können, wurde in Phase I entwickelt und soll in Phase II bezüglich des reaktiven Stofftransports erweitert werden. Die Teilprojekte in CAMPOS werden durch ein Datenmanagement- und Informationsproject (INF), durch zentrale Analytik und Feldmethoden (S1 u. S2) sowie durch das Administrationsprojekt (Z) unterstützt. Jedes Teilprojekt vereinigt die Expertisen aus unterschiedlichen Disziplinen, die notwendig sind, um den Verbleib von Schadstoffen in der Umwelt zu verstehen. Ziel ist es letztendlich, die langfristigen, auf Landnutzung und Klimawandel zurückgehenden Trends der Wasser- und Bodenqualität vorhersagen zu können.

• DFG-Verfahren: Sonderforschungsbereiche

Abgeschlossene Projekte

• INF - Dateninfrastruktur und Datenkommunikation (Teilprojektleiter Grathwohl, Peter ;  Walter, Thomas )
• P01 - Erfassung des Schadstoffumsatzes in Fließgewässern unter Einsatz von Target und Non-Target Analytik sowie Biotestverfahren (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Escher, Beate ;  Schwientek, Marc ;  Zarfl, Christiane ;  Zwiener, Christian )
• P02 - Schadstoffumsatz in der Übergangszone zwischen Grundwasser und Fließgewässern niedriger Ordnung (Teilprojektleiter Elsner, Martin ;  Fleckenstein, Jan ;  Lüders, Tillmann ;  Schwientek, Marc )
• P03 - Einfluss von Untergrundstrukturen auf die hydrologische Funktionsweise von Flussauen (Teilprojektleiter Cirpka, Olaf A. ;  Dietrich, Peter ;  Leven, Carsten )
• P04 - Biogeochemie von Talauen - Redoxpufferung und Schadstoffverhalten in staunassen Sedimenten (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Griebler, Christian ;  Haderlein, Stefan ;  Huhn, Carolin ;  Kappler, Andreas ;  Orsetti, Silvia )
• P05 - Schadstofftransformationen an der Grenzfläche zwischen Grundwasser und der Gesteinsmatrix in Kluftgrundwasserleitern (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Grathwohl, Peter ;  Kappler, Andreas ;  Kleindienst, Ph.D., Sara )
• P06 - Steuergrößen für das Verhalten von Agrochemikalien in Böden (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Grathwohl, Peter ;  Kandeler, Ellen ;  Pagel, Holger ;  Poll, Christian ;  Streck, Thilo )
• P07 - Stochastischer Modellansatz für den reaktiven Stofftransport auf der Landschaftsskala (Teilprojektleiter Cirpka, Olaf A. ;  Nowak, Wolfgang ;  Streck, Thilo )
• P08 - Konzeptionelle Unsicherheit, Modellzulässigkeit und Optimierung von Datenerfassungsstrategien (Teilprojektleiter Cirpka, Olaf A. ;  Nowak, Wolfgang )
• S01 - Standortuntersuchung und Umweltanalytik (Teilprojektleiter Dietrich, Peter ;  Leven, Carsten ;  Zwiener, Christian )
• S02 - Modellier- und Datendienstleistungen (Teilprojektleiter Cirpka, Olaf A. ;  Streck, Thilo )
• Z - Koordination - Zentrale Aufgaben (Teilprojektleiter Grathwohl, Peter )

• Antragstellende Institution: Eberhard Karls Universität Tübingen
• Beteiligte Hochschule: Universität Hohenheim; Universität Stuttgart
• Beteiligte Institution: Helmholtz Zentrum München; Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt; Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ)
• Sprecher: Professor Dr. Peter Grathwohl