P-Campus-Ringvorlesung 2021

Kurzbeschreibung
Phosphor (P) ist ein essentielles Nährelement für nahezu alle Lebewesen auf der Erde. Besonders in der Landwirtschaft ist man auf P-Dünger angewiesen, um hohe Erträge zu sichern. Gleichzeitig kann ein P-Überschuss vor allem in Gewässern zu Umweltproblemen wie zum Beispiel einer übermäßigen Eutrophierung führen. Um P-Einträge in aquatische Umgebungen reduzieren zu können ist es wichtig, die Veränderungsprozesse von P-Verbindungen entlang von Transportwegen von terrestrischen in aquatische Ökosysteme zu erforschen. Mithilfe einer Kombination der nasschemischen sequenziellen P-Fraktionierung und innovativer Methoden wie der Röntgenabsorptionsspektroskopie (XANES) und Kernspinresonanz (NMR) Spektroskopie wurde die P-Speziierung in verschiedenen Transekten von Bodenproben bis in sich anschließende Sedimente am Gewässergrund untersucht. Im Vortrag werden zunächst die Methodenprinzipien erläutert, Vorteile und Grenzen der Methoden aufgezeigt und anschließend aktuelle Forschungsergebnisse präsentiert.

Datum/Uhrzeit
20.05.2021 / 15:00 Uhr - ca. 16:00 Uhr (inkl. Fragen)

Referentin
Julia Prüter (Bodenkunde, Universität Rostock)

Kurssprache
Deutsch / Folien auf Englisch

Teilnahmegebühr
kostenfrei

Kurzbeschreibung
Die Landwirtschaft steht vor drängenden Herausforderungen. Die Gesellschaft erwartet gesunde, qualitativ hochwertige und gleichzeitig kostengünstige Lebensmittel, die klima-, umwelt- und tiergerecht erzeugt wurden. Fossile Rohstoffe müssen durch erneuerbare ersetzt und Stoffkreisläufe geschlossen werden. Der Klimawandel erfordert Strategien und Maßnahmen zur Vermeidung und Anpassung.

Der Leibniz-Innovationshof ist ein zukunftsweisender landwirtschaftlicher Betrieb, in dem innovative Konzepte erforscht und neue Technologien mit dem Ziel einer konsequenten Umstellung auf klimafreundliche, biodiversitätsfördernde und nachhaltige Erzeugung von Biomasse, deren Nutzung für eine gesunde Ernährung und Bereitstellung biobasierter Materialien und der Rückführung organischer Reststoffe in landwirtschaftliche Kreisläufe in die Praxis umgesetzt werden. Der Innovationshof umfasst somit die gesamte Wertschöpfungskette der Bioökonomie als eine biobasierte Kreislaufwirtschaft. Eine Schlüsselrolle für eine nachhaltige Bioökonomie kommt der Digitalisierung mit der Sensortechnik, Robotik, Datenverarbeitung und künstlichen Intelligenz für Precision Farming, Precision Horticulture und Precision Livestock Farming zu. Die digitalisierte Reststoffkonversion und das übergreifende Stoffstrommanagement sollen großflächig und in einem ganzheitlichen Ansatz für den Gesamtbetrieb eingesetzt, untersucht, weiterentwickelt und demonstriert werden.

Der Leibniz-Innovationshof wird aus einem bestehenden Betrieb aufgebaut. Investitionen dienen dazu den Hof mit modernster betrieblicher Technik und für Forschungsarbeiten umzugestalten, ihn für den Technologie- und Wissenstransfer und für den Besucherbetrieb zu ertüchtigen.

Im Vortrag wird das Konzept für den Leibniz-Innovationshof vorgestellt.

Datum/Uhrzeit
03.06.2021 / 15:00 Uhr - ca. 16:00 Uhr (inkl. Fragen)

Referent
Prof. Dr. Ulrich Bathmann (Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde)

Kurssprache
Deutsch / Folien auf Englisch

Teilnahmegebühr
kostenfrei

Kurzbeschreibung
Die Sanddünen der Ostsee bieten einen einzigartigen Lebensraum für die Besiedlung kryptogamer Vegetation, zu welcher biologische Bodenkrusten (Biokrusten) gehören. Aufgrund ihrer vielseitigen ökologischen Funktionen, unter anderem in der Nährstoffanreicherung von Böden, zählen Biokrusten zu den sogenannten "Ökosystemingenieuren“. Die nachgewiesene Anreicherung des Elements Phosphor (P) in Biokrusten deutet auf eine wichtige Funktion der mikrobiellen Gemeinschaft im P-Kreislauf hin. So erhöht sich der Anteil von bioverfügbaren P allein schon durch die Zunahme an organischem Material. Zudem wird die Bioverfügbarkeit durch die Gemeinschaftsstruktur und Artzusammensetzung beeinflusst. So unterstützen biochemische Prozesse, wie die Exkretion von Protonen (H⁺) während der Zellatmung oder die Absonderung organischer Säuren die Löslichkeit von Aluminium- und Eisen-gebundenem Phosphat. Zellwandgebundene und von Mikroorganismen exkretierte Phosphatasen, hydrolysieren organisch gebundenes Phosphat und geben es so in die Bodenlösung frei.

Der Vortrag gibt einen Einblick in den P-Kreislauf in den Sanddünen der Ostsee. Es werden potenzielle Bezüge zwischen den verschieden verfügbaren P-Pools und den Sukzessionsstadien von Biokrusten näher beleuchtet, um das grundlegende Verständnis mikrobiell-vermittelter Prozesse innerhalb des Phosphor-Kreislaufs zu vertiefen.

Datum/Uhrzeit
17.06.2021 / 15:00 Uhr - ca. 16:00 Uhr (inkl. Fragen)

Referent
Sandra Kammann (Angewandte Ökologie & Phykologie, Universität Rostock)

Kurssprache
Deutsch / Folien auf Englisch

Teilnahmegebühr
kostenfrei

Kurzbeschreibung
The valorization of CO₂ has attracted much attention in recent years. The chemical fixation of CO₂ remains challenging due to its thermodynamic stability and kinetic inertness. In this context the conversion of CO₂ with energy-rich epoxides is an extensively studied reaction. The resulting cyclic carbonates have a wide range of applications. Recently, organocatalysts gained significant attention as potential catalysts for this reaction since they are cheap, non-toxic, and readily available with high potential of structural modification. Particularly, phosphorous-based organocatalysts showed superior activity. Herein bifunctional phosphonium salt catalysts for the CO₂ valorization with epoxides will be discussed. Based on kinetic investigations and DFT calculations, the superior performance of these catalysts is rationalized, and the reaction mechanism was elucidated. Moreover, the immobilization of this high-efficient catalyst class was achieved for the first time with plasma techniques.

Datum/Uhrzeit
01.07.2021 / 15:00 Uhr - ca. 16:00 Uhr (inkl. Fragen)

Referent
Dr. Yuya Hu (Leibniz-Institut für Katalyse)

Kurssprache
Englisch

Teilnahmegebühr
kostenfrei

Kurzbeschreibung
In 2019, the project ‘P-recycling in animal husbandry’ was launched by the Leibniz ScienceCampus Phosphorus Research and the University of Rostock to investigate possibilities for the reduction of nutrient waste in recirculating aquaculture systems (RAS). Luo et al. (2010) demonstrated that depending on parameters such as feeding strategy, feed composition and fish size up to 60% of the provided phosphorus ingested by yellow catfish (P. fulvidraco) was excreted. In this context, the solid P fraction is of particular importance as it can be easily extracted via filter units. In order to reduce the loss of excess P a wet chemical Phosphorus recovery technology was developed to extract Phosphorus from RAS sludges with focus on MCP and DCP as recyclates. The seminar will introduce the applied methods in comparison with different technologies, conducted trials, analytical procedures and ideas for the future development of this project.

_{References
Luo, Z., Tan, X. Y., Liu, X., & Wang, W. M. (2010). Dietary total phosphorus requirement of juvenile yellow catfish Pelteobagrus fulvidraco. Aquaculture International, 18(5), 897–908. DOI: 10.1007/s10499-009-9310-2}

Kurzbeschreibung
Phosphorus (P) is an essential element for marine life. The limited availability of this macronutrient in the ocean and the Baltic Sea has an impact on the primary production, species distributions and ecosystems structure^1,2. Continental weathering and anthropogenic activities are the main sources of it in marine environments. P is transported via riverine influxes in particulate (inorganic - PIP, organic - POP) and dissolved forms (inorganic - DIP, organic - DOP). Dissolved P forms transformation occurs in surface waters via biological cycling and remineralization, though microbial regeneration continues deep at the water-sediment interface³. The Baltic Sea is the ideal aquatic environment to inspect the effects of the climate changes and the human activities on the composition of marine microbial communities. Specifically, the limiting P role on the development of toxic cyanobacterial summer blooms is still unknown. Therefore, a multi-level approach involving laboratory investigations of a model cyanobacterium combined with field studies on cyanobacterial communities has been initiated and will be herein discussed.

^{[1] Benitez-Nelson, C. R. Earth Sci. ReV. 2000, 51, 109.
[2] Smith, S. V. Limnol. Oceanogr. 1984, 29, 1149.
[3] Paytan and McLaughin. Chem. Rev. 2007, 107, 563−576.}

Datum/Uhrzeit
14.10.2021 / 15:00 Uhr - ca. 16:00 Uhr (inkl. Fragen)

Referent
Mariano Santoro (Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde)

Kurssprache
Englisch

Teilnahmegebühr
kostenfrei

Kurzbeschreibung
The goals of the Paris Agreement and the Convention on Biological Diversity require a sustainable transition. The agricultural sector plays a dual role in this transition: it can accelerate climate change through e.g. unsustainable soil management while also acting as carbon sink where soils build up organic matter. Sustainable nutrient management sits at the intersection of these two issues. One essential nutrient for plant growth is phosphorus. Issues arise where unsustainable phosphorus management leads to e.g. nutrient deficits or phosphorus accumulation in soils which increases organic decomposition as well as discharges into water bodies resulting in eutrophication. In turn, sustainable phosphorus management which is characterised through e.g. needs-based and site-adapted fertilisation can contribute to combat global environmental challenges. Against this background, this presentation aims to provide a comprehensive review on agricultural subsidies and discuss the role of this policy instrument in transitioning towards sustainability with a focus on fertilising and phosphorus management. To this end, a qualitative governance analysis is applied which aims to assess the effectiveness of existing or proposed governance instruments against given goals. The analysis will focus on the extent to which the future Common Agricultural Policy (CAP) of the EU contributes to sustainable phosphorus management.

Datum/Uhrzeit
11.11.2021 / 15:00 Uhr - ca. 16:00 Uhr (inkl. Fragen)

Referent
Katharine Heyl (Forschungsstelle Nachhaltigkeit und Klimapolitik)

Kurssprache
Deutsch / Folien auf Englisch

Teilnahmegebühr
kostenfrei

verschoben vom 30.09.21 auf den 25.11.21

Kurzbeschreibung
Alfalfa (Medicago sativa L.) and red clover (Trifolium pratense L.) are important forage legumes cultivated around the world. Phosphorus (P) plays an important role in their growth, therefore P fertilisers are usually applied during their cultivation. However, the interspecific and intraspecific P efficiency of alfalfa and red clover to utilise P from different fertilisers are less well studied. A field trial and a pot experiment were conducted at the University of Rostock, North-Eastern Germany, to test the P efficiency of eight selected accessions each of alfalfa and red clover in utilising P from different sources. This lecture is based on these two experiments and will introduce some basic knowledge of alfalfa and red clover, background of P recycling products, as well as available results from the two experiments regarding plant P uptake and P efficiency of both species.

Datum/Uhrzeit
25.11.2021 / 15:00 Uhr - ca. 16:00 Uhr (inkl. Fragen)

Referent
Yue Hu (Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung)

Kurssprache
Englisch

Teilnahmegebühr
kostenfrei

Kurzbeschreibung
The current phosphorus (P) use is inefficient and causes environmental problems associated with P losses from organic waste. Therefore, recycling of P from sewage sludge could be an alternative source of P for animal diets and thus contribute to P sustainability. However, sewage sludge P recycling  is potentially associated with restricted P bioavailability, toxic organic compounds and heavy metals contaminations. Black soldier fly larvae (BSFL) have been suggested as potential ingredients for chicken feed. As shown in the literature, BSFL can accumulate certain minerals in the body. We produced BSFL with increased P content using substrates mixed with recycled sewage sludge and evaluated the effects of feeding recycled P enriched BSFL to broilers. This presentation will introduce the concept of BSFL use for waste treatment and reports preliminary results of our study using BSFL reared on substrates mixed with recycled P and other minerals in broiler diets.

Datum/Uhrzeit
02.12.2021 / 15:00 Uhr - ca. 16:00 Uhr (inkl. Fragen)

Referent
Seyed Mohammad Mahdi Seyed almoosavi (Forschungsinstitut für Nutztierbiologie (FBN))

Kurssprache
Englisch

Teilnahmegebühr
kostenfrei

Kurzbeschreibung
Increasing levels of CO₂ emissions have motivated the valorization of this greenhouse gas as a C1 building block. However, chemical fixation of CO₂ into valuable products remains as a challenge due to its thermodynamic and kinetic inertness. In this regard, an interesting and useful reaction is the synthesis of cyclic carbonates by non-reductive addition of CO₂ to epoxides.^[1] Among reported catalysts, phosphonium salts offer great advantages due to their high activity, stability and potential recyclability.^[2] Furthermore, their versatility allows modifications on their structure that led to the rational design of highly efficient bifunctional catalysts.^[3a-c] Herein the development of phosphonium salts for CO₂ fixation into cyclic carbonates will be presented in detail, together with perspectives for future research on the topic.

^[1] H. Büttner, L. Longwitz, J. Steinbauer, C. Wulf, T. Werner, Top. Curr. Chem. 2017, 375, 50.
^[2] T. Werner, Adv. Synth. Catal. 2009, 351, 1469–1481.
^[3] a) H. Büttner, T. Werner, ChemSusChem 2014, 7, 3268–3271; b) J. Steinbauer, L. Longwitz, M. Frank, J. Epping, U. Kragl, T. Werner, Green Chem. 2017, 19, 4435–4445; c) Y. Toda, K. Hashimoto, Y. Mori, H. Suga, J. Org. Chem. 2020, 85, 10980–10987.

Datum/Uhrzeit
16.12.2021 / 15:00 Uhr - ca. 16:00 Uhr (inkl. Fragen)

Referent
Constanza Terazzi (Leibniz-Institut für Katalyse)

Kurssprache
Englisch

Teilnahmegebühr
kostenfrei

Kurzbeschreibung
Potato (Solanum tuberosum L.) plays an important role for food supply and starch production alike. Crucial for sustaining both high yields and starch quality is a sustainable phosphorus (P) fertilization. Compared to other crops, potatoes have a relatively poor P acquisition efficiency, which is mainly due to their shallow and sparsely branched root system. New cultivars with improved P efficiency may contribute to save limited mineral P sources and to reduce eutrophication of surface water bodies. To characterise the phenotypic variation of P deficiency reactions, 200 different potato accessions, comprising clones from the Gross Lüsewitz Potato Collections (GLKS) and modern cultivars, were used in both rhizotron and pot experiments. In addition, a field experiment with two selected accessions has been conducted. This presentation will offer the preliminary results of these experiments and gives some outlook to the future of the project.

Datum/Uhrzeit
13.01.2022 / 15:00 Uhr - ca. 16:00 Uhr (inkl. Fragen)

Referent
Julian Kirchgesser (Pflanzenbau, Universität Rostock)

Kurssprache
Deutsch / Folien auf Englisch

Teilnahmegebühr
kostenfrei