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TU Berlin

Inhalt des Dokuments

Bachelor- und Masterarbeiten

Mit Ihrer Bachelor- oder Masterarbeit tragen Sie unmittelbar zur Forschung des Fachgebietes Bodenkunde bei. Dazu isolieren wir Themen aus unseren aktuellen Forschungsprojekten. Sie können aber auch mit eigenen Vorschlägen zu uns kommen und wir prüfen dann im Gespräch, ob ihre Ideen im Rahmen unseres Forschungskonzepts umsetzbar sind. Sie können experimentelle und auch reine Literaturarbeiten bei uns durchführen.

Unsere Forschungsfragen betreffen Bindung, Mobilität, Transformation und Wirkung von Nähr- und Schadstoffen. Wir untersuchen die Wirkungspfade Boden - Pflanze, Boden - Wasser, Boden – Luft. Prozessorientierte Fragestellungen können Sie mit modernsten, instrumentellen Analytiken in unserem Labor lösen, anwendungsbezogene Problemstellungen im Landschaftskontext erfordern dagegen vorwiegend Feldarbeit. Wir bearbeiten Forschungsprojekte im In- und Ausland (derzeit Mexiko, Brasilien, Mosambik, Russland, Italien, Neuseeland). Eine Auswahl aktueller Themenstellungen finden Sie anhängend.

Zu vergebende Bachelor- und Masterarbeiten

Bestimmung von Löslichkeitskinetiken von Phosphatdüngern und der Festlegung von Phosphat in der Bodenmatrix

Hintergrund: Nährstoffe in konventionellen Düngemitteln liegen in der Regel in einer gut wasserlöslichen Form vor. Somit wird gewährleistet, dass die Nährstoffe pflanzenverfügbar sind um hohe landwirtschaftliche Erträge zu garantieren. Die Nutzungseffizienz liegt aber beispielsweise für den Nährstoff Phosphat im ersten Jahr nach der Düngung bei nur 15-40 %. Im Rahmen des internationalen Verbundvorhabens CLOOP soll gezeigt werden, dass mineralische Nährstoffrezyklate mit geringer Wasserlöslichkeit aber zugleich hoher Pflanzenverfügbarkeit eine höhere Nutzungseffizienz aufweisen als konventionelle Düngemittel. Zu den Nährstoffrezyklaten zählen Struvit und andere Salze, die z.B. in kommunalen Kläranlagen gewonnen werden können, sowie thermische Phosphorrezyklate, welche aus Klärschlammasche hergestellt werden.
Ausschreibung

Überprüfung der VDLUFA-Methode zur Kalkbedarfsbestimmung mittels Titration

Kontakt: Wilhelm van Husen

Hintergrund: Kalkung ist in der praktischen Landwirtschaft eine wichtige Maßnahme zur langfristigen Erhaltung der Bodenfruchtbarkeit. Die regelmäßige Applikation von meist calcium- oder magnesiumhaltigen Kalken gleicht nicht nur die Versauerung des Bodens aus und bringt den pH-Wert des Bodens damit in optimale Bereiche, sondern sorgt mit der Zufuhr der zweiwertigen Kationen auch für den Aufbau bzw. Erhalt einer günstigen Bodenstruktur. Vom Verband deutscher landwirtschaftlicher Untersuchungs- und Forschungsanstalten e. V. (kurz: VDLUFA) wurde ein Schema zur Kalkbedarfsbestimmung etabliert, welches auf der Bestimmung des Boden-pH-Wertes basiert. In Abhängigkeit von Bodenart, Humusgehalt und Nutzungsform wird davon ausgehend eine empfohlene Menge an Reinkalk (CaO) je ha abgeleitet.

Abschlussarbeit: Seit 2016 wird im Rahmen eines durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) geförderten Projektes auf deutschlandweit sieben Standorten der Einfluss der Kalkung auf die Stickstoffnutzungseffizienz (NUE) untersucht. Dabei fiel auf, dass die durch das VDLUFA-Schema ermittelten Kalkmengen nicht in allen Fällen ausreichend waren, um den pH-Wert mittelfristig in optimale Bereiche anzuheben. Im Rahmen der Abschlussarbeit soll durch Titration der Böden nun untersucht werden, wie viel Base tatsächlich benötigt wird, um den Boden in den optimalen pH-Bereich zu bringen. Dieser Wert wird anschließend mit der durch das VDLUFA-Schema vorgegebenen Menge an Reinkalk verglichen.

Vergleichende Messungen zur Stickstoffausgasung im Feld

Kontakt: Wilhelm van Husen

Hintergrund: Die Ausnutzung des Produktionsfaktors Stickstoff (N) ist aktuell in der landwirtschaftlichen Pflanzenproduktion nicht zufriedenstellend. Dies verursacht vermeidbare Umweltbelastungen (u.a. Eutrophierung, Nitratbelastung von Grundwasser, Emissionen von Lachgas und Ammoniak), aber auch unnötige Kosten beim Landwirt. Durch eine optimale Versorgung der Böden mit Kalk könnten wesentliche chemische (pH-Wert, Nährstoffsorption (KAK)), biologische (Aktivität des Bodenlebens) und physikalische (Bodenstruktur) Eigenschaften insbesondere von schweren Böden so verändert werden, dass dies zu einer signifikanten Steigerung der Stickstoffnutzungseffizienz und einer Minderung von N-Verlusten führen würde. Diese Thesen werden im Rahmen mehrerer, über Deutschland verteilter Feldversuche untersucht. Die mit verschiedenen Kalk- und N-Düngungsstufen versehenen Versuche wurden Ende 2016 bzw. Anfang 2017 angelegt.

Abschlussarbeit: Im Rahmen der oben beschriebenen Untersuchungen soll auch die Ammoniak-Ausgasung gemessen werden. Da hierzu keine einfache, robuste und günstige Methode, welche auch noch auf Multiplot-Versuchen eingesetzt werden kann, zur Verfügung steht, wurde eine bestehende Methode optimiert. Die generelle Funktionsfähigkeit dieser neuen Methode wurde in einer Reihe von Laborversuchen getestet, worüber bereits eine Masterarbeit verfasst wurde. Die Tauglichkeit im Feld soll nun in einem Vergleichsversuch festgestellt werden, welcher im April 2019 auf einer Fläche nahe Berlin stattfinden wird. Es besteht die Möglichkeit, eine Abschlussarbeit zu diesem Versuch zu verfassen. Mit den Absprachen und Planungen diesbezüglich sollte schnellstmöglich begonnen werden.

Böden als Energiestandorte: Bewertung von Szenarien aus landschaftsplanerischer Sicht.

Kontakt: Martin Kaupenjohann

Hintergrund: Als Alternativen zur Klima schädigenden Nutzung fossiler Energieträger (Kohle, Öl, Erdgas) werden heute durch das Energieeinspeisegesetz regenerative Energien gefördert. Böden können dabei Standorte für Energiepflanzen sowie Wind- und Solarkraftwerke sein.

Bachelorarbeit: Ziele, der als Literaturstudie durchzuführenden Bachelorarbeit sind:

  • Vergleich der Energieausbeuten verschiedener regenerativer Energien bezogenen auf die in Anspruch genommene Bodenfläche.
  • Systematische Erfassung und Katalogisierung der Umweltauswirkungen der verschiedenen alternativen Energien.
  • Erstellung einer raumbezogenen Bewertungsmatrix für die verschiedenen alternativen Energien.
  • Aufzeigen von Umsetzungshemmnissen für, aus ökologischer Sicht, zukunftsfähige regenerative Energien.

Zusammenhänge zwischen der Mineralstoffversorgung von Böden und der Gesundheit des Menschen.

Kontakt: Martin Kaupenjohann

Hintergrund: Über den Pfad Boden - Pflanze gelangen Mineralstoffe in die menschliche Nahrung. Die Menge der von den Pflanzen aufgenommenen Mineralstoffe ist abhängig von der Verfügbarkeit dieser Stoffe in den Böden. Je nach Verfügbarkeit der Stoffe können Mineralstoffe in für Menschen toxischer Konzentration in Pflanzen angereichert werden oder auch so niedrig konzentriert sein, dass die Menschen an Mineralstoffmangel leiden. So wird seit einiger Zeit in Fachjournalen über Selen-Mangel und seine Auswirkungen auf die Gesundheit von Tieren und Menschen berichtet oder Demenz wird in Zusammenhang mit Kupfermangel gebracht. Auf der anderen Seit steigt auf zahlreichen Standorten weltweit die Arsenverfügbarkeit in Böden an, so dass viele Menschen unter Arsenschäden leiden.

Bachelor-, Master-, Diplomarbeit: Im Rahmen einer Bachelor-, Master oder Diplomarbeit soll die aktuelle Literatur zur Selen-, Kupfer- und Arsen-Verfügbarkeit in Böden und deren Auswirkzungen auf die Gesundheit des Menschen ausgewertet werden. Grundlage sind umfangreiche Literaturzusammenstellungen der Agrikulturchemikers Prof. Dr. Werner Bergmann.

Rinderflüsterer und Hochleistungskuh? Boden- und landwirtschaftliche Implikationen unterschiedlich intensiver Rinderhaltung

Kontakt: Martin Kaupenjohann

Hintergrund: In Deutschland koexistieren extrem unterschiedlich intensive Rinderhaltungssysteme. Die Wirtschaftlichkeit der Rinderhaltung scheint damit unabhängig von der Bewirtschaftungsintensität. Jedoch unterscheiden sich die Boden- und landschaftsökologischen Auswirkungen der verschiedenen Nutzungssysteme grundlegend. So ist der Flächenbedarf für die mit ganzjährigem Weidegang der Tiere verbundene Ammenkuhhaltung wesentlich größer, als jener für die intensive Milchviehhaltung und Rindermast im Stall. Hochleistungsrinder benötigen Gräser mit hohen Futterwerten, so dass das Grünland intensiv bewirtschaftet werden muss. In der Regel reicht das auf den Höfen erzeugte Eiweiß nicht zur Versorgung der Rinder aus, so dass eiweißhaltige Futtermittel z. B. Soja zugekauft werden müssen. Dies führt zu Stickstoffüberhängen in der Düngerbilanz. Die Mineralstofffuttermischungen für die Rinder enthalten zudem hohe Mengen an Zink und Kupfer, so dass die Gülle bei intensiver Rindviehhaltung oft hohe Gehalte dieser Schwermetalle aufweist.

Diplomarbeit: Im Rahmen der Diplomarbeit sollen unterschiedlich intensive Rindviehhaltungssysteme im Hinblick auf ihre Boden- und landschaftsökologischen Auswirkungen analysiert werden. Im Einzelnen geht es um

  • die Auswirkungen auf die Diversität der Grünlandpflanzengesellschaften
  • die Stickstoffkreisläufe und Düngerbilanz
  • die Bildung klimarelevanter Spurengase
  • die Schwermetallbilanz
  • die Bodenverdichtung

Die Literaturarbeit soll zu einer Bewertung der ökologischen Verträglichkeit der unterschiedlichen Rindviehhaltungssysteme führen. Dabei soll auch berücksichtigt werden, inwieweit extensive Haltungssysteme ausreichend Nahrung für den Menschen erzeugen können.

Bachelor- und Masterarbeiten (in Bearbeitung)

Auswirkungen der Waldschutzkalkung auf aggregatassoziierte partikuläre organische Substanz (iPOM) Laborversuch

Kontakt: Lisa Thieme, Katja Kerber

Hintergrund: Zu Beginn der 80er Jahre wurde ein großflächiges "Waldsterben" beobachtet, das auf die zunehmende Versauerung der Böden durch saure Niederschläge zurückgeführt werden konnte. Als Gegenmaßnahme wurden Waldböden gekalkt, wodurch pH-Wert und Nährstoffverfügbarkeit anstiegen, die Aluminiumtoxizität sank und die Baumbestände sich erholten. Ein solch ausgedehnter Eingriff in die Ökologie der Waldböden bringt jedoch weitere Auswirkungen mit sich, die bislang nicht erschöpfend untersucht sind. Gleichzeitig sind Waldbäume verstärkt den Einflüssen des Klimawandels ausgesetzt und müssen sich an häufigere Trockenphasen und Extremwetterereignisse anpassen. Um Sturmwürfen widerstehen zu können und tiefer gelegene Wasservorräte erreichen zu können, ist ein tiefgreifendes Wurzelsystem unerlässlich. Eine wichtige Voraussetzung dafür ist eine gesunde Bodenstruktur.

Abschlussarbeit: Im KalKo-Projekt untersuchen wir den Einfluss der Waldschutzkalkung auf die Stabilität von Bodenaggregaten und die Verteilung von in den Aggregaten eingeschlossener partikulärer organischer Substanz (iPOM). Dafür wird eine Dichtefraktionierung des iPOMs mittels Ultraschalldispergierung durchgeführt. Dabei werden mit unterschiedlich hoher Ultraschallenergie die Aggregate zerstört und die freigesetzte iPOM abgetrennt und untersucht. Bei der Ultraschalldispergierung findet eine Trennung der freien organischen Substanz (free light fraction) von in den Aggregaten gebundener organischer Substanz (occluded light fraction) und den Sedimenten (heavy fraction) mittels Ultraschall statt. In unserem Versuch soll die okkludierte Fraktion zusätzlich mit geringen Ultraschallenergien noch einmal in innerhalb der Mikro- (<250µm) und Makroaggregate (>250µm) eingeschlossenes iPOM unterteilt werden. Der Versuch soll mit Proben aus gekalkten und ungekalkten forstlichen Versuchsflächen aus Baden-Württemberg und Nordwestdeutschland durchgeführt werden.

Auswirkungen der Waldbodenschutzkalkung auf die Aggregatstabilität

Kontakt: Lisa Thieme, Katja Kerber

Hintergrund: Zu Beginn der 80er Jahre wurde ein großflächiges "Waldsterben" beobachtet, das auf die zunehmende Versauerung der Böden durch saure Niederschläge zurückgeführt werden konnte. Als Gegenmaßnahme wurden Waldböden gekalkt, wodurch pH-Wert und Nährstoffverfügbarkeit anstiegen, die Aluminiumtoxizität sank und die Baumbestände sich erholten. Ein solch ausgedehnter Eingriff in die Ökologie der Waldböden bringt jedoch weitere Auswirkungen mit sich, die bislang nicht erschöpfend untersucht sind. Gleichzeitig sind Waldbäume verstärkt den Einflüssen des Klimawandels ausgesetzt und müssen sich an häufigere Trockenphasen und Extremwetterereignisse anpassen. Um Sturmwürfen widerstehen zu können und tiefer gelegene Wasservorräte erreichen zu können, ist ein tiefgreifendes Wurzelsystem unerlässlich. Eine wichtige Voraussetzung dafür ist eine gesunde Bodenstruktur, die u.a. durch die Aggregatstabilität gekennzeichnet werden kann.

Abschlussarbeit: Im KalKo-Projekt untersuchen wir den Einfluss der Waldschutzkalkung auf die Stabilität von Bodenaggregaten und die Verteilung von in den Aggregaten eingeschlossener partikulärer organischer Substanz (iPOM). Dafür wird eine Dichtefraktionierung der iPOM mit Ultraschalldispergierung durchgeführt. Dabei werden mit unterschiedlich hoher Ultraschallenergie die Aggregate zerstört und die freigesetzte iPOM abgetrennt und untersucht. Bodenaggregate werden generell in Mikro- (<250µm) und Makroaggregate (>250µm) unterteilt, wobei Letztere aus Ersteren Aufgebaut sind. Um die Anteile an iPOM in den beiden Fraktionen getrennt bestimmen zu können, soll in dieser Abschlussarbeit in Laborversuchen die benötigte Ultraschallenergie bestimmt werden, die gebraucht wird um den sog. Mikro-Makro-cutoff zu erreichen. Bei dieser Energie werden alle Makroaggregate zerstört und nur Mikroaggregate bleiben übrig. Die benötigte Energie ist Boden-spezifisch und soll auf 6 unserer Versuchsflächen für die gekalkte und ungekalkte Variante bestimmt werden.

Tiefenwirkung von Waldbodenschutzkalkung - Vergleich von Mischprobenextrakten und Gleichgewichtsbodenporenlösungen

Kontakt: Lisa Thieme, Katja Kerber

Hintergrund: Zu Beginn der 80er Jahre wurde ein großflächiges "Waldsterben" beobachtet, das auf die zunehmende Versauerung der Böden durch saure Niederschläge zurückgeführt werden konnte. Als Gegenmaßnahme wurden Waldböden gekalkt, wodurch pH-Wert und Nährstoffverfügbarkeit anstiegen, die Aluminiumtoxizität sank und die Baumbestände sich erholten. Ein solch ausgedehnter Eingriff in die Ökologie der Waldböden bringt jedoch weitere Auswirkungen mit sich, die bislang nicht erschöpfend untersucht sind. Als Maß für die Entsäuerung werden, neben anderen, Parameter wie pH-Werte und Alkalinität in Extrakten gemessen, die aus homogenisierten Bodenproben gewonnen werden.

Abschlussarbeit: In dieser Abschlussarbeit sollen diese Werte mit Messungen an Gleichgewichtslösungen aus ungestörten Bodenproben verglichen werden. Diese sog. Gleichgewichtsbodenporenlösung (GPBL) steht mit der Festphase des Bodens an den Poren- bzw. Aggregatoberflächen im Gleichgewicht. Da die aus den Kalken freigesetzte Alkalinität in Böden bevorzugt über das Grobporensystem in die Böden infiltriert und somit Säuren auf den Aggregat- bzw. Porenoberflächen bevorzugt neutralisiert, wird erwartet, dass die Tiefenwirkung der Kalke durch die GPBL besser gekennzeichnet werden kann als durch Extrakte, die aus homogenisiertem Bodenmaterial gewonnen werden. Die erforderlichen Messungen finden im Mai in Kooperation mit der Forstlichen Versuchs- und Forschungsanstalt Baden-Württemberg in Freiburg statt. Die benötigten feldfrischen Proben sollen vor Ort auf den Waldversuchsflächen des KalKo Projektes genommen werden.

Einfluss der Bodenbearbeitung auf die Kohlenstoffvorräte von Ackerböden Auswertung eines Feldversuchs des Zentrums für Agrarlandschaftsforschung (ZALF/Müncheberg)

Kontakt: Martin Kaupenjohann

Hintergrund: Auf globaler Scala verantworten Landnutzungsänderungen etwa ein drittel des anthropogen verursachten Anstiegs der Kohlendioxidkonzentrationen (CO2) in der Atmosphäre. Vor allem die Umwandlung von Waldflächen in Ackerland und die Drainage von Mooren tragen dazu bei. Insbesondere die intensive Bodenbearbeitung auf Ackerböden führt zum oxidativen Abbau der organischen Bodensubstanz und damit zur Freisetzung von CO2. So zeigen zahlreiche wissenschaftliche Arbeiten, dass bei pflugloser Bewirtschaftung von Ackerböden die Humusgehalte in den oberen cm der Böden ansteigen. Nicht eindeutig geklärt ist jedoch, ob dieser Anstieg gleichzeitig auch zu steigenden Humusvorräten der Böden führt. Denn in tieferen Bodenzonen sinken die Humuskonzentrationen bei Minimalbodenbearbeitung. Die Frage nach dem Einfluss der Bodenbearbeitung auf die Kohlenstoffvorräte ist jedoch von großer praktischer Bedeutung und muss dringend geklärt werden. Denn es wird derzeit überlegt, ob landwirtschaftliche Böden bei Verzicht auf den Pflugeinsatz zu CO2-Senken werden können und die Landwirtschaft damit einen Betrag zum Klimaschutz leisten könnte.

Auf der Versuchsstation Dedelow, die zum ZALF gehört werden seit etwa 10 Jahren Exaktversuche zum Einfluss der Bodenbearbeitung auf die Erträge landwirtschaftlicher Kulturen durchgeführt. Die Versuche sind über den gesamten Zeitraum sehr gut dokumentiert (Bodenbearbeitung, Fruchtfolge, Düngung, Pflanzenschutz, Witterung, Erträge). Bisher jedoch nicht untersucht wurden die Auswirkungen der Bodenbearbeitung auf die Humusvorräte in den Böden.

Studienarbeit: Vor dem Hintergrund der oben geschilderten Problemstellung bietet die Versuchsanlage in Dedelow eine ideale Gelegenheit, signifikante Erkenntnisfortschritte zu erzielen. Im Rahmen einer Studienarbeit sollen daher im Herbst 2010 die Böden der Versuchsparzellen in Dedelow volumenbezogen beprobt, die Humusgehalte in den Proben gemessen werden und unter Berücksichtigung der Daten des ZALF interpretiert werden. Für die Beprobung sind drei Feldtage in Dedelow nötig. Eine Unterkunft auf der Versuchstation steht zur Verfügung.

Abgeschlossene Bachelor- Master- und Diplomarbeiten (auszugsweise)

Untersuchung der Strukturstabilität auf Dauerversuchsflächen

Kontakt: Wilhelm van Husen

Hintergrund: Die Ausnutzung des Produktionsfaktors Stickstoff (N) ist aktuell in der landwirtschaftlichen Pflanzenproduktion nicht zufriedenstellend. Dies verursacht vermeidbare Umweltbelastungen (u.a. Eutrophierung, Nitratbelastung von Grundwasser, Emissionen von Lachgas und Ammoniak), aber auch unnötige Kosten beim Landwirt. Durch eine optimale Versorgung der Böden mit Kalk könnten wesentliche chemische (pH-Wert, Nährstoffsorption (KAK)), biologische (Aktivität des Bodenlebens) und physikalische (Bodenstruktur) Eigenschaften insbesondere von schweren Böden so verändert werden, dass dies zu einer signifikanten Steigerung der Stickstoffnutzungseffizienz und einer Minderung von N-Verlusten führen würde. Diese Thesen werden im Rahmen mehrerer, über Deutschland verteilter Feldversuche untersucht. Die mit verschiedenen Kalk- und N-Düngungsstufen versehenen Versuche wurden Ende 2016 bzw. Anfang 2017 angelegt. Erste Ergebnisse der Messung der Aggregatstabilität gaben interessante Hinweise auf die Wirkungsweise einer Kalkung auf die Bodenstruktur. Dieser entscheidende Teilbereich des Projektes soll nun genauer untersucht werden.

Abschlussarbeit: Im Rahmen der Studienarbeit soll die Strukturstabilität auf Dauerversuchsflächen in Cunnersdorf bei Leipzig ermittelt werden. An diesem Standort ist ein Langzeitversuch angelegt, bei dem über Jahre verschiedene Kalke appliziert wurden (kein Kalk, kohlensaurer Kalk, Branntkalk, Magnesiumkalk). Gerade die Wirkung von Magnesium auf die Bodenstruktur ist ein hochaktuell diskutiertes Thema (siehe z.B. Qadir et al., 2018: „High magnesium waters and soils: Emerging environmental and food security constraints“). Um die Wirkung der verschiedenen Kalke auf den Boden zu ermitteln, soll zunächst einmal die Stabilität der Aggregate untersucht werden. Dies kann zum einen mittels einer Siebtauchapparatur erledigt werden, zum anderen gibt auch die Dichtefraktionierung der in den Aggregaten eingeschlossenen partikulären, organischen Substanz Hinweise auf die Aggregatstabilität. Das weitere Vorgehen kann anschließend in Abhängigkeit von den ersten Ergebnissen diskutiert werden. Die Arbeit soll so bald wie möglich beginnen.

Einfluss der Anwesenheit natürlicher Kolloide im Boden auf die Freisetzung von Ag-Ionen aus Silber-Nanopartikeln

Kontakt: Laura Degenkolb

Hintergrund: Nanopartikel finden zunehmenden Einsatz in verschiedenen industriellen Anwendungen aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften, die im Wesentlichen auf ihr hohes Oberfläche-Volumenverhältnis zurückzuführen sind. Silber-Nanopartikel (AgNP) werden beispielsweise aufgrund der antibakteriellen Wirkung von Silberionen in Sportbekleidung oder in der Nahrungsmittelproduktion eingesetzt. Aufgrund ihres vermehrten Einsatzes gelangen immer mehr Partikel in die Umwelt, wo sie vielfältigen Umwandlungsprozessen unterliegen.

In dem interdisziplinären Forschungsprojekt INTERNANO werden die Eigenschaften von AgNP und ihr Verhalten in der Umwelt untersucht. Das Teilprojekt SOILMOBILE untersucht dabei das Verhalten und die Stabilität der Nanopartikel im Boden.

AgNP können durch Oxidation nach und nach gelöst und so zunehmend als Silberionen in die umgebende Lösung abgegeben werden. Diese sind nachweislich schädlich für Mikroorganismen und Wasserlebewesen. Auf die Lösung hat die Aggregierung von Nanopartikeln einen starken Einfluss, welche insbesondere im Boden durch Anwesenheit natürlicher Kolloide verstärkt werden kann.

Aufgabe: Da die Rolle natürlicher Kolloide auf das Verhalten der NP in Böden nur schlecht untersucht ist, soll das Auflösungsverhalten von AgNP in Bodenlösung bei An- und Abwesenheit natürlicher Kolloide untersucht werden. Neben der Charakterisierung der Kolloide und Aggregate sollen Ag-Ionen mittels zentrifugaler Ultrafiltration und ICP-MS quantifiziert werden, um herauszufinden, wie sich die Aggregierung auf die Lösung der NP auswirkt.

In der Arbeit werden u.a. Methoden wie Zetapotentialmessungen, DLS (dynamic light scattering) und Ultrafiltration sowie REM-Messungen zum Einsatz kommen.

Anforderung: Es wird ein solides naturwissenschaftliches, insbesondere chemisches Grundwissen erwartet. Bodenkundliches Fachwissen ist hilfreich und wird im Laufe der Arbeit vertieft. Die Arbeit findet in Zusammenarbeit mit dem Umweltbundesamt statt.

Sustainable energy and food supply for a small village in Nepal- A feasibility study in collaboration with BEYOND

Kontakt: Martin Kaupenjohann

Background: BEYOND-Nepal is a small NGO, founded by the Nepali Sachit Lochan Jha and the Korean Seongmi Jeong in 2009. BEYOND-Nepal wants to contribute to a sustainable development of the Nepali society, which at date belongs to the poorest in the world. BEYOND –Nepal is engaged in children education, family planning and women projects as well as in rural development activities. The philosophy of BEYOND-Nepal is based on the principles, that sustainable development is only possible (1), if it is initiated by the local population itself and (2), if technical innovations are balanced with the local technical and human capabilities.

In one rural development project, BEYOND-Nepal collaborates with a small village in the vicinity of Kathmandu, Nepal’s capital. The citizens of that village suffer severely from both food and energy shortage. In order to decrease the energy shortage, recently two biogas plants were established through governmental support. However, only a few weeks after installation these high-tech plants were already shut down due to technical and environmental problems. Beyond wants to (1) analyse the causes of the failure of the plants, (2) investigate the potentials for biogas in the village and (3) develop ideas for the introduction of biogas residues into the agricultural nutrient cycles in order to create the knowledge base for the participatory development of adopted systems with the citizens.

Diploma, B.Sc. or M.Sc. thesis: In the frame of an academic thesis, the feasibility of adopted biogas technique, which is to be imbedded in the agro-ecological nutrient cycle, shall be investigated. The thesis consists of three essential parts: (1) Theoretical preparation, (2) six-weeks field study in Nepal and (3) evaluation and reporting to the Nepali counterparts. Basic knowledge in Nepali language is required.

Boden kaufen, essen und gesund werden!

Kontakt: Martin Kaupenjohann

Hintergrund: Anfang des 19. Jahrhunderts entdeckte eine Gruppe Sudanesischer Jäger das Atrun-Tal im Nordwesten des Sudan und fand dort „heilende Erde.“ Seit dem gibt es organisierte Karawanen mit Kamelen, die von dort den Boden zu den Märkten nach Khartoum und andere Städte des Sudans bringen und verkaufen. Die Menschen benutzten das Material zunächst als Zusatz zum Tierfutter, heute jedoch wird es darüber hinaus in der Küche eingesetzt und es spielt zunehmend auch eine Rolle in der Kosmetik und Medizin.

Es ist erstaunlich, dass es trotzt der weiten Verbreitung und des vielfältigen Einsatzes dieses Materials kaum Informationen über dessen Zusammensetzung und erst recht nicht über dessen Wirkungsweise gibt. Zwar ist bekannt, dass der Boden mit Salzen angereichert ist, die aus dem aszendierenden salzreichen Grundwasser der Oase ausfallen, jedoch liegen bisher keine Kenntnisse über die darin enthalten Mineralien vor.

Studienarbeit: Im Rahmen der Bachelorarbeit sollen zunächst die Geschichte der Entdeckung dieser Heilerde und deren Nutzung durch die Menschen im Sudan beschrieben werden. Dazu wird die verfügbare Literatur ausgewertet. Originalliteratur aus dem Sudan stellt uns Frau Rasha Osman, sudanesische Doktorandin unserer Fakultät, zur Verfügung. Im experimentellen Teil der Arbeit sollen anschließend die chemische und mineralogische Zusammensetzung des Bodens analysiert werden. Dazu werden die löslichen Stoffe mit Wasser extrahiert und mittels IC, AAS und ICP im Labor des Fachgebietes Bodenkunde bestimmt. Thermodynamische Berechnungen mit einem chemischen Gleichgewichtmodell geben Hinweise auf die wasserlöslichen Minerale. Die nicht wasserlöslichen Minerale werden mittels Röntgenbeugungsanalyse in Zusammenarbeit mit dem Fachgebiet Mineralogie (Prof. Dr. G. Franz) identifiziert und soweit als möglich quantifiziert. Abschließend sollen auf der Grundlage der Messergebnisse Hypothesen zur Erklärung der gesundheitsfördernden Wirkung der Böden abgeleitet werden.

Cadmium in Böden – Ist eine Neubewertung nötig?

Kontakt: Martin Kaupenjohann

Hintergrund:Anfang 2011 bestätigte die Europäische Behörde für Nahrungssicherheit (EFSA, European Food Safety Authority) den 2010 von ihr geforderten neuen Grenzwert für maximale Cadmiumaufnahme von Menschen mit der Nahrung. Dieser neue Wert liegt wesentlich unterhalb des bisher noch gültigen Grenzwerts. Grund für die Neubewertung sind toxikologische Befunde, die auf wesentlich stärkere Giftigkeit des Cadmiums schließen lassen als bisher angenommen. Cadmium gelangt vor allem durch die Düngung mit Phosphor in die Nahrungskette. Denn die Phosphorlagerstätten sind mit Cd kontaminiert, allerdings unterschiedlich stark. Da die P-Lager zunehmend ausgebeutet sind, ist damit zu rechen, dass künftig auch stark mit Cd kontaminierte Phosphordünger in den Handel kommen.

Studienarbeit: Im Rahmen einer Studienarbeit soll vor dem Hintergrund der neuen toxikologischen Befunde die aktuelle bodenkundliche Literatur zur Cd-Belastung zusammengefasst und bewertet werden. Die entscheidenden Fragen, die im Rahmen der Arbeit geklärt werden sollen sind: Was sind die wesentlichen Quellen für die Cd-Belastung der Böden? Müssen die Cd-Grenzwerte neu festlegt werden? Welche Möglichkeiten zur Verringerung der Cd-Belastung der Böden gibt es? Welche Fragen sind offen und sollten dringend durch Forschung bearbeitet werden?

Literatur: Final review of scientific information on cadmium

Freisetzung gentechnisch veränderter Organismen: Diskussion der Risiken für Böden am Beispiel von BT-Mais.

Kontakt: Martin Kaupenjohann

Hintergrund: Auf Grund starker wirtschaftlicher Interessen einerseits und Angst vor Umweltrisiken andererseits wird die Gentechnikdebatte sehr emotional geführt. Argumente für und wider werden wenig offen und oftmals Interessen gesteuert benutzt. Nun vertritt Klaus Hahlbrock in seinem 2007 erschienen Buch mit dem Untertitel: Bevölkerungsexplosion, Umwelt, Gentechnik“ die These, dass unsere Erde den Menschen künftig ohne Gentechnik nicht ernähren können wird. Dadurch erhält die Gentechnikdebatte neue Dringlichkeit und eine Versachlichung der Diskussion ist zwingend erforderlich.

Bachelorarbeit: Zu dieser Versachlichung soll die im Rahmen einer Literaturstudie durchzuführende Bachelorarbeit beitragen. Am Beispiel des BT-Mais (dem ein Gen eingepflanzt wurde, welches dem Mais die Produktion eines Insektizids induziert) sollen die Sachargumente für den transdisziplinären Diskurs dieses aufgeladenen Themas aufbereitet werden.

Klimarelevanz des Stickstoffbilanzüberschusses der Deutschen Landwirtschaft

Kontakt: Martin Kaupenjohann

Hintergrund: Der anthropogene Eingriff in den globalen Stickstoff(N)-Kreislauf ist dramatisch: Durch synthetische N-Dünger ist der Umsatz pflanzenverfügbarer N-Bindungsformen in Ökosystemen heute bereits verdoppelt. Nach Prognosen der FAO wird sich die jährlich verbrauchte N-Düngermenge bis 2050 weltweit noch einmal verdoppeln. Dann wären drei viertel des Umsatzes des die meisten Ökosysteme limitierenden Nährelementes anthropogenen Ursprungs, ein bisher beispielloser Eingriff in den Naturhaushalt, der nicht ohne Folgen bleibt, weil ein beachtlicher Teil des gedüngten Stickstoffs nicht von den landwirtschaftlichen Kulturpflanzen verwertet wird, sondern dissipativ in die Umwelt gelangt. Die heute schon sichtbaren Folgen reichen von der Gewässerbelastung über Veränderungen der Vegetationsgesellschaften natürlicher Ökosysteme bis hin zur Klimaerwärmung. In der Deutschen Landwirtschaft liegt der N-Bilanzüberschuss seit etlichen Jahren bei etwa 100 kg N je ha und Jahr.

Diplomarbeit: Im Rahmen einer Diplomarbeit soll ein Teilaspekt dieser großen Thematik untersucht werden. Die Fragestellung zielt auf das „Global Warming Potential (GWP)“ des N-Bilanzüberschusses der Deutschen Landwirtschaft. Die Literaturanalyse soll sämtliche klimarelevanten Emissionen, die mit dem N-Überschuss der Deutschen Landwirtschaft verbunden sind zusammen fassen und damit das Klimagas-Vermeidungspotenzial herausarbeiten, das durch effizientere N-Düngernutzung in der Deutschen Landwirtschaft realisiert werden könnte. Klimawirksame Spurengase entstehen z.B. bei der Herstellung (Haber-Bosch Synthese), Ausbringung und Wirkung von N in den Böden. Die mit der Nitrifikation verbundene Säureproduktion muss durch Kalkung neutralisiert werden. Dabei wird karbonatisch gebundener Kohlenstoff als CO2 freigesetzt. Bei der Denitrifikation wird das klimawirksame N2O freigesetzt, außerdem oft fossile reduzierte C-Verbindungen, was zur CO2-Emission führt.

Biokohle als Additiv zur Immobilisierung von Schwermetallen

Kontakt: Anne Wagner, Martin Kaupenjohann

Hintergrund: Aufgrund der langjährigen Bewässerung mit Abwasser haben sich in den Berliner Rieselfeldböden neben Nährstoffen auch Schwermetalle angereichert. Die Löslichkeit und damit auch die Mobilität und Toxizität der Schwermetalle hat nach Aufgabe der Bewässerung mit der Zeit zugenommen. Dies ist auf das Fehlen basischer Einträge mit dem Abwasser und die langsame Versauerung der Böden sowie die Mineralisierung der in den Böden angereicherten Substanz zurückzuführen. Auf einigen Flächen im unsanierten Bereich der ehemaligen Rieselfelder in Buch zeigen sich inzwischen Bereiche mit sehr geringem, kümmerlichen Wuchs der Vegetation.

In vorangegangenen Untersuchungen auf Rieselfeldern südlich Berlins zeigte die Einbringung von pyrogner Biokohle ein großes Potential für die Verringerung der Schwermetallmobilität und -verfügbarkeit vor allem für Zn und Cd. Eine zusätzliche Minderung der Schwermetallauswaschung ergibt sich aus einer gesteigerten Wasserspeicherkapazität und damit einer reduzierter Sickerwasserrate. Die Verringerung der Schwermetallverfügbarkeit und eine gesteigerte Wasserspeicherkapazität verbessern auch das Pflanzenwachstum und können somit durch eine geschlossene Vegetationsdecke für eine Verminderung der Auswehung von kontaminiertem Boden beitragen.

Im Betrieb der Waldschule durch die Revierförsterei fallen am Grillplatz Holzkohlereste an, die möglicherweise für die Einbringung in die betroffenen Bereiche genutzt werden könnten.

Abschlussarbeit: Im Rahmen der Studienarbeit soll in einer Machbarkeitsanalyse das Nutzungspotential der auf dem Grillplatz der Waldschule anfallenden Holzkohlereste zur Sicherung eines belasteten Rieselfeldbereiches in Berlin Buch erarbeitet und in Zusammenarbeit mit den Berliner Forsten auf einer kleinen Teilfläche ein Pilotversuch angelegt werden. Es besteht die Möglichkeit die Arbeit in zwei Schwerpunkte (Erfassung des Nutzungspotentials der anfallenden Holzkohle und Pilotversuch) aufzuteilen. Die Arbeit soll so bald wie möglich beginnen.

Biomassepotential ehemaliger Rieselfelder

Kontakt: Anne Wagner, Andreas Hoffmeister

Hintergrund: Das wichtigste Ziel der Bioenergieregion Ludwigsfelde ist die nachhaltige energetische Nutzung von Biomasse. Die viel diskutierte Konkurrenzsituation zur Nahrungsmittelproduktion macht die Nutzung der ehemaligen Rieselfelder in der Region für den Anbau energetisch verwertbarer Biomasse besonders interessant, da diese Flächen durch die jahrzehntelange Beaufschlagung mit Abwasser aus Berlin vor allem mit Schwermetallen belastet und somit für den Anbau von Nahrungsmitteln nicht geeignet sind.

Grundlegend für eine Entwicklung entsprechender Nutzungskonzepte ist die genaue Erfassung der Biomassepotentiale. Eine Abschätzung der Ertragslagen aus dem vorhandenen Kartenmaterial (z.B. Reichsbodenschätzung) ist leider nicht möglich, da die Böden zum Zeitpunkt der Beaufschlagung mit Abwasser für Grünlandnutzung klassifiziert wurden. Auch spielt die Heterogenität der Belastungsmuster für die Ertragslagen eine Rolle. Hierzu liegt ebenfalls Kartenmaterial vor.

Bachelor oder Masterarbeit (die Thematik kann je nach Abschluss erweitert werden): Im Rahmen einer Abschlussarbeit soll geprüft werden, ob eine Abschätzung des Biomassepotentials in Ertragsklassen in Abhängigkeit der Belastungssituation vorgenommen werden kann, wobei insbesondere die antagonistische Wirkung der akkumulierten organischen Substanz einerseits und der Schwermetalle andererseits untersucht werden soll. Zur Vorbereitung der Geländearbeiten müssen vorhandene Kartenwerke im GIS ausgewertet und die Untersuchungs- und Beprobungsflächen festgelegt werden. Im Geländeteil der Arbeit müssen repräsentative Flächen beprobt und die wichtigen Parameter (Bodenart, Corg, pH-Wert, pflanzenverfügbare Schwermetallgehalte und Ertrag) erfasst werden. Eine Auswertung der Daten soll zeigen, ob die Biomassererträge aus vorhandenem Kartenmaterial (Belastungskarten) abgeschätzt werden können.

Pflanzenverfügbarer Phosphor im Wald - in-situ P-Freisetzung im Vergleich zu verschiedenen Extraktionsmethoden.

Kontakt: Anne Wagner

Hintergrund: Die Nadel-Blatt-Spiegel-Werte der ersten bundesweiten Bodenzustandserhebung im Wald (BZE I) deuten auf einen flächendeckenden Phosphor (P)-Mangel hin. Eine etablierte Methode für die Bestimmung der P-Versorgungssituation von Waldbäumen durch Bodenanalysen gibt es zur Zeit noch nicht. Eine laufende Untersuchung an 37 Standorten hat 3 verschiedene Extraktionsmethoden für die Bestimmung von pflanzenverfügbarem Phosphor im Wald getestet. Um zusätzlich die in-situ P-Freisetzung an den beprobten BZE Punkten zu bestimmen wurden Ionenaustauscherharzbeutel in zwei Tiefen (10 cm Mineralbodentiefe und unter der org. Auflage) vergraben. Diese Ionenaustauscher binden den im Laufe der Zeit in die Bodenlösung übergegangenen Phosphor.

Bachelorarbeit: Im Rahmen einer Bachelorarbeit sollen die wieder entnommenen Ionenaustauscher im Labor extrahiert und P-Konzentrationen im Extrakt analysiert werden. Die Ergebnisse der kumulativen in-situ P-Freisetzung soll mit den Ergebnissen der verschiedenen Extraktionsmethoden für pflanzenverfügbares P aus den Böden unter Einbeziehung aktueller Literatur verglichen werden.

Wieviel Stickstoffdünger benötigen Kurzumtriebsplantagen?

Kontakt: Martin Kaupenjohann

Hintergrund: Weiden und Pappeln werden als Energiehölzer auf sogenannten Kurzumtriebsplantagen angepflanzt und in regelmäßigen Abständen von drei bis fünf Jahren geerntet. Im Rahmen eines Forschungsprojektes untersuchen wir gemeinsam mit dem Leibnitzinstitut für Agrartechnik Bornim in Potsdam und der FU Berlin den Einfluss von Stickstoffdüngern auf das Wachstum dieser Hölzer. Die der Forschung zugrunde liegende zentrale Hypothese lautet: Stickstoffdüngung wirkt nur bei der Etablierung der Plantage, später reicht der aus der Atmosphäre eingetragene Stickstoff für die Energieholzerzeugung aus.

Bachelorarbeit: Im Rahmen der experimentellen Bachelorarbeit sollen Aussagen zur Umweltwirkung der Stickstoffdüngung von Kurzumtriebsplantagen gemacht werden. Dazu wird die Nitratauswaschung auf den mit unterschiedlichen Mengen an Stickstoff gedüngten Versuchsparzellen in Potsdam gemessen. Der Zeitrahmen für die Bachelorabeit ist vom 1. März bis zum 31. August 2009.

Biochar aus Zuckerrohr: Bodenverbessernde Eigenschaften.

Kontakt: Martin Kaupenjohann

Hintergrund: In Zusammenarbeit mit der Firma SunCoal haben wir Biokohle aus Zuckerrohrblättern, Zuckerrohrbagasse (Pressrückstand bei der Zuckergewinnung aus dem Zuckerrohr) und dem Filterkuchen, der bei der Filterung des Zuckerwassers entsteht, gewonnen. Bei der technischen Verkohlung dieser Pflanzenrückstände entsteht neben der Biokohle Prozesswasser, in dem die in der Pflanzenmasse enthaltenen Mineralstoffe gelöst sind. Die Verkohlung der Biomassen erfolgte unter verschiedenen Bedingungen, um die bodenfruchtbarkeitsfördernden Eigenschaften der Kohle gezielt zu beeinflussen.

Bachelorarbeit: Im Rahmen der experimentellen Bachelorarbeit werden die Eigenschaften der verschiedenen Kohlen (spezifische Oberfläche, Ionenaustauschkapazität und Porosität) sowie die in den Prozesswässern enthaltenen Nährstoffmengen und -formen gekennzeichnet. Ziel dieser Untersuchungen ist es, die bodenverbessernde Wirkung der unterschiedlichen Kohlen abzuschätzen. Im Rahmen einer zweiten, mit dieser eng verbundenen Bachelorabeit, soll die Wirkung der Kohlen und der Prozesswässer auf Pflanzen in einem Gewächshausversuch in Sandkultur geprüft werden.

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