Development of an environmentally sound burial practice with regard to the effects on soils, groundwater and atmosphere

Im Rahmen des von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt geförderten Forschungsprojektes „Entwicklung einer umweltgerechten Erdbestattungspraxis im Hinblick auf die Folgewirkungen auf Böden, Grundwasser und Atmosphäre“ wurden deutschlandweit 19 Friedhöfe untersucht. Auf den Friedhöfen wurden Bohrstockkartierungen vorgenommen, Leitprofile angelegt und Monitoringstationen installiert. Zusätzlich wurden auf einem Ackerstandort künstliche Gräber angelegt, in denen ein Monitoring von Matrixpotentialen und Redoxpotentialen vorgenommen wurde. Des Weiteren wurden Bewässerungsversuche mit 2,2 mm, 4,4 mm und 8,9 mm Gießwasser durchgeführt und die Auswirkungen auf den Wasserhaushalt dokumentiert. Die untersuchten Friedhofsböden wurden anhand bodenkundlicher Kennwerte und Klassifikation im Hinblick auf ihre Verwesungs- und Filterleistung bewertet. Die Verwesungsleistung wurde in 67 % der untersuchten Bodeneinheiten als gering, in 18 % als mittel und in 15% als hoch bewertet. Die Filterleistung wurde zu 51 % als sehr gering bewertet. Die untersuchten Friedhofsböden waren in den meisten Fällen tief humos und enthielten im Mittel in den Deckschichten (20-90 cm Tiefe) 2,11% und in den Sargbereichen (90 cm Tiefe bis Bestattungstiefe) im Mittel 1,09 % Humus. Die Humusanreicherung im Unterboden ist hauptsächlich durch die Einmischung von humosem Oberboden und Blumenerde bedingt, und deshalb häufig in den Deckschichten der Gräber stärker ausgeprägt als in den Sargbereichen. Die physikalischen Untersuchungen von ungestörten Bodenproben aus Erdgräbern zeigten, dass die Fähigkeit des luftgefüllten Porenvolumens Gas zu transportieren durch eine Schüttung des Bodens und die damit einhergehende Strukturzerstörung nicht zwangsläufig abnimmt. Die Deckschichten verfügten über höhere LK und kf als der umgebende Boden, wodurch jedoch ein Wasserstau im Grabraum begünstigt wurde. Der bei Wassersättigung entstehende Sauerstoffmangel konnte anhand der kontinuierlich gemessenen Matrix- und Redoxpotentiale dokumentiert werden. Im Feldversuch wurden Daten zu Porengrößenverteilung, Porenorganisation, kl und kf sowie der Strukturentwicklung in frisch verfüllten Erdgräbern gewonnen. Im frisch geschütteten Boden konnte, bedingt durch Setzungsprozesse, eine hohe Strukturdynamik nachgewiesen werden. Durch das Monitoring von Matrix- und Redoxpotentialen wurden die Auswirkungen der Schüttung auf den Wasserhaushalt und die Sauerstoffverhältnisse dokumentiert. Es wurden ein deutlicher Wasserstau und niedrige Redoxpotentiale am Grund der Gruben festgestellt. Durch die Vermischung des Bodenaushubs mit Branntkalk konnten hier trockenere Bedingungen erreicht werden. Einmalige Gießwassergaben von 8,9 mm hatten in dem untersuchten Boden keinen Einfluss auf die Matrixpotentiale in 50 und 130 cm Tiefe, während kumulative Gießwassergaben derselben Höhe zu einem deutlichen Anstieg der Matrixpotentiale führten.Nineteen Cemeteries in different locations in Germany were studied in the project titled “Development of an environmentally sound burial practice considering the impact on soils, groundwater and the atmosphere”, founded by the Deutsche Bundesstiftung Umwelt. Soil mapping was performed on the cemeteries, soil profiles were dug and monitoring stations were installed. Additionally artificial graves were constructed on farmland, and a monitoring of matric potentials and redox potentials was operated in the refilled pits. Furthermore irrigation experiments were performed with 2.2 mm, 4.4 mm and 8.9 mm Water and the effect on the soil water balance was documented. The soil units were rated according to their decomposition and filtration efficiency. The decomposition efficiency was rated low in 67 %, medium in 18 % and high in 15 % of the soil units. The filtration efficiency was rated very low in 51 % of the soil units. The probed cemetery soils were often deeply humous, and contained on average 2.11 % humus above the coffins (20-90 cm depth) and 1.09 % humus in the coffin layers (90 cm – burial depth). The humus accumulation is mainly caused by the mixing of humous surface soil and potting soil with the subsoil, and is therefore often more pronounced in the upper 90 cm than in the coffin layer. But also the land use before the dedication of the cemetery has an influence on the humus contents of cemetery soils. Soil physical analysis of undisturbed samples from earth graves showed, that the gas transport efficiency of the air filled porosity does not necessary decline because of soil refilling and the accompanying soil structure disruption. In all studied mineral soil profiles air capacity and kl was higher above the coffin than below the coffin or in the grave walls. The soil above the coffins also revealed higher kf than the surrounding soil. This promotes water pounding in the grave. Therefore the gas exchange is blocked rather by water filled pores than by a general decrease in soil structural functionality. The lack of oxygen, which occurs from the water saturation, was also documented in the continuously measured matric potentials and redox potentials. In the field experiment, data on pore size distribution, pore organization, kl and kf, as well as the structural development in newly refilled earth graves were obtained. By the monitoring of matric potentials and redox potentials, the effect of the excavation and backfill on the water balance and the aeration were documented. In the pits distinct water retention and low redox potentials were measured. The application of quicklime stabilized the soil structure and led to dryer conditions in the artificial grave. In the field experiment single irrigation events with amounts of 8.9 mm did not lead to an increase of matric potentials in 50 or 130 cm depth, while cumulated irrigation events with 8.9 mm lead to an increase in matric potentials in 50 and 130 cm depth following already the second irrigation event

PHID-Coleo - a database identification tool for wood-boring beetles in plant health interceptions: Poster

Recent examples for the introduction of wood-breeding beetles in Europe include the asian longhorn beetles Anoplophora spp. and Aromia bungii (red-necked longhorn beetle). These and other woodboring beetle species pose a high risk of economic damage to trees and wood products. Smaller beetles like the powderpost beetles from the families Bostrichidae and Lyctidae also have the potential for causing considerable damage. These are often not identified adequately during inspections of wood packaging materials, making it impossible to assess their risk for becoming invasive. This project will aim at closing that gap. Our project PHID-Coleo (= Plant Health Identification of Coleoptera) has the objective to develop new diagnostic tools for the identification of potentially invasive and economically important beetles that can be found in wood packaging materials. The identification methods include classical identification keys based on morphological characters as well as molecular methods based on DNA analysis by PCR (barcoding). The methods for species identification will be supplemented by molecular analyses of introduced populations to clarify within species variations. Such methods will make it possible to determine the taxonomic relationship of samples from different areas and to draw conclusions about the introduction pathways, resulting in more efficient monitoring of the invasive species and preventing their spread. PHID-Coleo will build a freely accessible database of relevant species which are potentially invasive.Recent examples for the introduction of wood-breeding beetles in Europe include the asian longhorn beetles Anoplophora spp. and Aromia bungii (red-necked longhorn beetle). These and other woodboring beetle species pose a high risk of economic damage to trees and wood products. Smaller beetles like the powderpost beetles from the families Bostrichidae and Lyctidae also have the potential for causing considerable damage. These are often not identified adequately during inspections of wood packaging materials, making it impossible to assess their risk for becoming invasive. This project will aim at closing that gap. Our project PHID-Coleo (= Plant Health Identification of Coleoptera) has the objective to develop new diagnostic tools for the identification of potentially invasive and economically important beetles that can be found in wood packaging materials. The identification methods include classical identification keys based on morphological characters as well as molecular methods based on DNA analysis by PCR (barcoding). The methods for species identification will be supplemented by molecular analyses of introduced populations to clarify within species variations. Such methods will make it possible to determine the taxonomic relationship of samples from different areas and to draw conclusions about the introduction pathways, resulting in more efficient monitoring of the invasive species and preventing their spread. PHID-Coleo will build a freely accessible database of relevant species which are potentially invasive

Bodenstrukturentwicklung und Wasserhaushalt in Friedhofsböden

Die Strukturentwicklung und der Wasserhaushalt in künstlichen Gräbern wurden auf einem Geschiebemergel-Standort in S-H untersucht. Die Störung der Bodenstruktur im Zuge der Grabarbeiten führte zu einer Zunahme der Luftkapazität und der Luftleitfähigkeit. Der geschüttete Boden zeigte erhöhte Stauwasserbildung, welche durch künstliche Bewässerung noch verstärkt wurde. Durch die Einmischung von Branntkalk und das Aufbrechen der Grabsohle konnten trockenere Bedingungen und eine bessere Sauerstoffverfügbarkeit erreicht werden

Bodenkundliche Untersuchung von Friedhöfen

Im Rahmen eines von der DBU geförderten Forschungsprojektes werden nun Friedhöfe hinsichtlich ihrer Eignung für die Erdbestattung untersucht und bewertet. Auf Friedhöfen in unterschiedlichen Landschaften Deutschlands werden bodenkundliche Kartierungen durchgeführt, Schürfgruben in abgelaufenen Grabreihen angelegt und die für die Verwesung maßgeblichen Parameter Wasserhaushalt, Temperatur und Sauerstoffverfügbarkeit erfasst. Ziel der Untersuchungen ist eine Handlungsempfehlung für die Neuanlage und Erweiterung von Friedhöfen auf für die Erdbestattung geeigneten Böden

Steigerung der Wassernutzungseffizienz in der Pflanzenproduktion durch optimierte Kalkung – Entwicklung eines Anwendungsmodells für die landwirtschaftliche Umsetzung

Etwa 50% der landwirtschaftlich genutzten Flächen in Schleswig-Holstein gelten als mit Kalk unterversorgt. Eine mangelnde Versorgung mit Kalk kann auf mehreren bodenkundlichen Ebenen negative Effekte aufweisen. So ist die Verfügbarkeit von vielen Nährstoffen für die Pflanzen häufig mit geringem pH-Wert minimiert, ebenso die Aktivität der Mikroorganismen. Auf physikalischer Ebene spielt vor allem die Flockung und Aggregierung der Tonpartikel eine Rolle. Dies kann eine Veränderung des vorhandenen Porensystems zur Folge haben, da Feinporen in Mittelporen und enge Grobporen umgewandelt werden können. Dadurch können bodenphysikalische Parameter positiv beeinflusst werden, beispielsweise eine erhöhte nutzbare Feldkapazität und eine erhöhte Wasserleitfähigkeit. Es wurden zwei Standorte an der Westküste Schleswig-Holstein untersucht, auf denen aufgrund hoher Tongehalte und niedriger pH-Werte Kalkversuche angelegt wurden. Neben dem in der Landwirtschaft hauptsächlich eingesetzten kohlensaurem Kalk wurde auch der schnell wirkende Branntkalk untersucht. Die Ergebnisse zeigen unter anderem bei den beiden angesprochenen Messungen strukturelle Verbesserungen in den Kalkvarianten

Optimierung der Struktur landwirtschaftlicher Böden mittels Kalkung zur Minderung von Stickstoffdüngungsverlusten

Die Kalkung von landwirtschaftlich genutzten Böden ist eine weltweit gängige Praxis um den pH-Wert von versauerten Böden anzuheben und somit die Bodenfruchtbar-keit zu verbessern. Im Zusammenhang mit dem Nährstoffkreislauf von Stickstoff (N) ist die Rolle einer in Folge einer Kalkung verbesserten Bodenstruktur hingegen nur wenig erforscht. Ein Ansatz für die effizientere Aufnahme von N durch Kulturpflanzen ist die Etablierung einer bodenartspezifisch optimalen Bodenstruktur, für deren Stabilisierung neben der organischen Bodensubstanz vor allem auch der Kalkzustand des Bodens ein entscheidender Parameter ist

Quantitative analysis of F-actin alterations in adherent human mesenchymal stem cells: Influence of slow-freezing and vitrification-based cryopreservation

Cryopreservation is an essential tool to meet the increasing demand for stem cells in medical applications. To ensure maintenance of cell function upon thawing, the preservation of the actin cytoskeleton is crucial, but so far there is little quantitative data on the influence of cryopreservation on cytoskeletal structures. For this reason, our study aims to quantitatively describe cryopreservation induced alterations to F-actin in adherent human mesenchymal stem cells, as a basic model for biomedical applications. Here we have characterised the actin cytoskeleton on single-cell level by calculating the circular standard deviation of filament orientation, F-actin content, and average filament length. Cryo-induced alterations of these parameters in identical cells pre and post cryopreservation provide the basis of our investigation. Differences between the impact of slow-freezing and vitrification are qualitatively analyzed and highlighted. Our analysis is supported by live cryo imaging of the actin cytoskeleton via two photon microscopy. We found similar actin alterations in slow-frozen and vitrified cells including buckling of actin filaments, reduction of F-actin content and filament shortening. These alterations indicate limited functionality of the respective cells. However, there are substantial differences in the frequency and time dependence of F-actin disruptions among the applied cryopreservation strategies; immediately after thawing, cytoskeletal structures show least disruption after slow freezing at a rate of 1°C/min. As post-thaw recovery progresses, the ratio of cells with actin disruptions increases, particularly in slow frozen cells. After 120 min of recovery the proportion of cells with an intact actin cytoskeleton is higher in vitrified than in slow frozen cells. Freezing at 10°C/min is associated with a high ratio of impaired cells throughout the post-thawing culture

Yield Potential of Cropping Systems without Chemical Synthetic Plant Protection Products in NOcsPS field trials in Germany

In endeavors to manage agricultural cropping systems without the application of chemical-synthetic plant protection products (CSPs), one of the greatest challenges is ensuring yield performance. The literature provides a wealth of data on organic farming yields and the gap between organic and conventional systems, but little knowledge on the yield performance of cropping systems that use mineral fertilizers but not CSPs. This paper presents the first results of field trials at two locations in Germany comparing cultivation systems that are free of chemical-synthetic plant protection, but use mineral fertilizers, with both conventional and organic cropping systems. These system trials are part of the joint research project "Agriculture 4.0 without chemical-synthetic plant protection (NOcsPS)". Initial results show that CSP-free cultivation systems generally achieve lower yields than conventional systems, but considerably higher yields than organic systems

Deletion of the Ca2+-activated potassium (BK) alpha-subunit but not the BK-beta-1-subunit leads to progressive hearing loss

The large conductance voltage- and Ca2+-activated potassium (BK) channel has been suggested to play an important role in the signal transduction process of cochlear inner hair cells. BK channels have been shown to be composed of the pore-forming alpha-subunit coexpressed with the auxiliary beta-1-subunit. Analyzing the hearing function and cochlear phenotype of BK channel alpha-(BKalpha–/–) and beta-1-subunit (BKbeta-1–/–) knockout mice, we demonstrate normal hearing function and cochlear structure of BKbeta-1–/– mice. During the first 4 postnatal weeks also, BKalpha–/– mice most surprisingly did not show any obvious hearing deficits. High-frequency hearing loss developed in BKalpha–/– mice only from ca. 8 weeks postnatally onward and was accompanied by a lack of distortion product otoacoustic emissions, suggesting outer hair cell (OHC) dysfunction. Hearing loss was linked to a loss of the KCNQ4 potassium channel in membranes of OHCs in the basal and midbasal cochlear turn, preceding hair cell degeneration and leading to a similar phenotype as elicited by pharmacologic blockade of KCNQ4 channels. Although the actual link between BK gene deletion, loss of KCNQ4 in OHCs, and OHC degeneration requires further investigation, data already suggest human BK-coding slo1 gene mutation as a susceptibility factor for progressive deafness, similar to KCNQ4 potassium channel mutations. © 2004, The National Academy of Sciences. Freely available online through the PNAS open access option

Branntkalk zur Strukturmelioration von geschüttetem Boden

Eine durch Grabarbeiten in ihrer Funktion eingeschränkte Bodenstruktur kann den aeroben Abbau von Leichen und Sargma-terial verlangsamen und so Verwesungs-störungen begünstigen. Vorhandene Maßnahmen um Verwesungsstörungen bei sensiblen Böden vorzubeugen, wie Grabkammersysteme oder Bodenaus-tausch, sind kosten-intensiv und selten finanzierbar. Die strukturstabilisierende Wirkung von Branntkalk (CaO) ist bereits aus landwirtschaftlichen Anwendungen bekannt, seine Eignung zur Tiefenmelio-ration von Friedhofsböden soll nun ge-prüft werden. Beprobt wurden jeweils zwei Grabsimulationen an drei Standorten (pseudovegleyter Normrigosol aus Sand-löss, Braunerde-Pseudogley aus Löss, Psedogley-Pelosol aus Ton), die ohne und mit Zugabe von 0,5 Vol.-% CaO ver-füllt wurden. Die Porengrößenverteilung verschiebt sich durch die Kalkung zu Gunsten gröberer Poren. Vergleiche von gesättigter Wasserleitfähigkeit, Luft-leitfähigkeit und Diffusionskoeffizienten ungestörter Bodenproben zeigen erhöhte Werte für die mit Branntkalk behandelten Grabsimulationen. In situ Messungen von CO2- und O2-Konzentrationen in der Bo-denluft sprechen ebenfalls für einen er-höhten Gasaustausch in den Branntkalk-Varianten. Diese ersten Ergebnisse zei-gen, dass durch die Beimengung von Branntkalk das vorhandene Bodenmateri-al weiterverwendet und kostengünstig aufgearbeitet werden kann