Nachhaltige AQUIfer-Anreicherung zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit von GROundWater-Diensten bei erhöhtem Trockenheitsrisiko.

Das künftige Klima, das Bevölkerungswachstum und die veränderte Landnutzung verschärfen in vielen Teilen der Welt die Risiken für die ökologische und menschliche Wassersicherheit. Die Häufigkeit von Dürreereignissen nimmt weltweit zu, wie die jüngsten großen Dürren in Europa und Südafrika gezeigt haben, die den sicheren Zugang zu Wasserressourcen nicht nur für den menschlichen Verbrauch und die Bewässerung, sondern auch für industrielle Zwecke und ökologische Funktionen ernsthaft gefährdet haben. Daher müssen dringend Methoden entwickelt werden, um die Widerstandsfähigkeit der Wasserversorgungssysteme angesichts des zunehmenden Dürrerisikos zu erhöhen. In diesem Zusammenhang ist Grundwasser die wirksamste und am besten skalierbare Option zur Wasserspeicherung, da es im Vergleich zu Oberflächenwasserspeichern weniger durch Verschmutzung gefährdet ist. In den letzten Jahrzehnten haben jedoch Landnutzungsänderungen (z. B. unkontrollierte Verstädterung) und eine ineffiziente Bewirtschaftung zu einem drastischen Rückgang der Grundwasserneubildung und damit zu einer begrenzten Wiederauffüllung der Grundwasserleiter geführt.

Das übergreifende Ziel von AQUIGROW ist es, die primären wasserbezogenen Bedrohungen für die Sicherheit der menschlichen und aquatischen Ökosysteme in einem breiten Spektrum von Klimazonen (von arid bis semi-humid), die zu unseren Testgebieten gehören, zu lösen und Leitlinien für eine verbesserte Bewirtschaftung der Wasserressourcen in der Zukunft mitzuentwickeln. Unser Leitgedanke ist die gemeinsame Bewirtschaftung von blauen (d. h. Wasser aus Grundwasserleitern, Seen und Flüssen) und grünen Wasserressourcen (d. h. Bodenfeuchtigkeit), um kritische Probleme im Zusammenhang mit hydrologischen, landwirtschaftlichen, sozioökonomischen und ökologischen Dürreperioden zu ermitteln und zu lösen. Dies führt zu einem gemeinsamen Rahmen für die Befriedigung der vielfältigen Anforderungen an die Qualität von Wasser für die Wasserentnahme, die Umweltströme und den Wasserbedarf der Kulturen. Die allgemeinen Ziele von AQUIGROW sind: (i) Quantifizierung der aktuellen Anreicherungsströme in mehreren untersuchten Grundwasserleitern (Europa, Israel und Südafrika); (ii) Ermittlung kritischer Probleme bei der nachhaltigen Bewirtschaftung dieser Grundwasserleiter; (iii) Entwicklung numerischer Instrumente und Managementlösungen zur Verbesserung der Anreicherungsströme und ihrer Qualität, um die verfügbare Grundwasserspeicherung zu erhöhen und ihre Nutzung insbesondere in Dürrezeiten zu erhalten. Die dauerhaften Auswirkungen von AQUIGROW werden mehreren Interessengruppen (z. B. Wasserversorgungsunternehmen, Bewässerungsbehörden, Landwirten) zugute kommen, wobei der Nutzen für die breite Öffentlichkeit offensichtlich ist.

Die Kontamination von Böden stellt eine große Gefahr für Mensch und Umwelt dar. Wir schlagen ARAGORN (Achieving Remediation And GOverning Restoration of contaminated soils Now) durch die Entwicklung und Umsetzung eines vollständigen Rahmens vor. Der Rahmen beginnt mit der Identifizierung kontaminierter Standorte und stellt einen Entscheidungsbaum dar, um Sanierungs- und Wiederherstellungsstrategien zu ermitteln und zu den Zielen der EU-Bodenstrategie beizutragen. Der Rahmen stützt sich auf den wissenschaftlichen Fortschritt und ist so angepasst, dass er öffentliche und private Landbewirtschafter umfassend dabei unterstützt, wirksame Maßnahmen zum Schutz, zur Sanierung und zur Wiederherstellung der Umwelt auf Europas verschmutzten Böden zu ergreifen.

ARAGORN wird bessere Erkenntnisse über kontaminierte Standorte liefern und die Entscheidungsfindung bei der Sanierung und Wiederherstellung verbessern, indem es robuste Kartierungs- und Überwachungsinstrumente einsetzt, die zweckmäßig sind und ein breites Spektrum von Schadstoffen abdecken. Vernachlässigte belastete Hotspots werden durch zweckmäßige Überwachungs- und Entscheidungsstrategien ermittelt. Dies wird es den öffentlichen und privaten Akteuren an kontaminierten Standorten ermöglichen, von einer bedauerlichen Sanierung zu einer wiederherstellenden Sanierung überzugehen.

ARAGORN wird Sanierungsstrategien und nachhaltige Lösungen für die Bodensanierung erarbeiten und testen, naturbasierte Lösungen entwickeln und in die Praxis umsetzen, das Wissen über die biologische Vielfalt verbessern und einen Rahmen für die schrittweise Entscheidungsfindung in Bezug auf den besten Ansatz für eine belastbare Sanierung in verschiedenen europäischen Ländern liefern. Der vollständige Rahmen wird zusammen mit strategischem Engagement von Landbewirtschaftern in ganz Europa und durch die Verankerung von Wissen durch ko-kreative Prozesse und nachhaltige Infrastrukturen entwickelt.

Die Umsetzung erfolgt durch ein starkes Team aus multidisziplinären Wissenschaftlern und Praktikern, die sich laufend mit einer Vielzahl von Interessengruppen in ganz Europa auf lokaler, nationaler und EU-Ebene austauschen. Wir werden Landbewirtschafter und Sektoren in ganz Europa miteinander vernetzen, um wirksame Maßnahmen für die Bodengesundheit zu ergreifen und dauerhafte Verbindungen und Unterstützung für verschiedene politische und internationale Verpflichtungen der EU zu bieten.

Werkzeug zur Bewertung von Grundwasser und Umweltverschmutzung

Küstengebiete sind unschätzbare Ökosysteme mit entscheidenden Ressourcen für die wirtschaftliche und gesellschaftliche Entwicklung. Die besorgniserregendsten und am weitesten verbreiteten Probleme in den Küstengebieten in Europa und weltweit sind die Versalzung der Süßwasserressourcen aus natürlichen und anthropogenen Quellen und die Auslaugung in der Landwirtschaft aufgrund intensiver Praktiken, die erforderlich sind, um die steigende Nachfrage nach Nahrungsmitteln zu decken. Es wird erwartet, dass sich beide Probleme aufgrund der laufenden Klimaveränderungen und häufigerer hydroklimatischer Extremereignisse weiter verschärfen werden, was zu einer entsprechenden Belastung der Wasserressourcen und schließlich zur Verschmutzung des Grundwassers führen wird.

Das übergeordnete Ziel von DATASET ist die Entwicklung eines effizienten Instruments zur Unterstützung des Schutzes und der Regulierung der Nutzung und Bewirtschaftung von Wasserressourcen in küstennahen Grundwasserleitern unter Berücksichtigung aller dynamischen Bedingungen, die durch den anhaltenden Klimawandel und häufigere hydroklimatische Extremereignisse entstehen. In diesem Rahmen ist die Bewertung der Anfälligkeit von Grundwasserleitern gegenüber Versalzungsprozessen und landwirtschaftlicher Auswaschung ein wesentliches Instrument für eine solide Bewirtschaftung der Grundwasserressourcen. Die Neuartigkeit von DATASET liegt in der Umsetzung eines ganzheitlichen Ansatzes zur Quantifizierung der Anfälligkeit von Küstengebieten für Versalzungsprozesse und landwirtschaftliche Auswaschung. Der DATASET-Index wird auf offenen Daten auf der Grundlage verfügbarer globaler und regionaler Datensätze aufgebaut, wodurch die Abhängigkeit von lokalen Probenahmen entfällt und die Bewertung völlig kostenlos ist. Die Realisierung einer Web-Plattform und eines völlig neuen GIS-basierten Plug-ins wird es einem breiten Publikum ermöglichen, den DATASET-Index auf der ganzen Welt anzuwenden und so effektive Lösungen nicht nur für die aktuelle Bewirtschaftung von Wasserressourcen, sondern auch für zukünftige Szenarien zu finden.

EDAPHOS schlägt ein ganzheitliches und innovatives Konzept für die Bodenbewirtschaftung vor, um einen Beitrag zur Mission “A Soil Deal for EU” und zu ihrem spezifischen Ziel “Verringerung der Bodenverschmutzung und Verbesserung der Sanierung” zu leisten. EDAPHOS wird einen Rahmen für die Bodensanierung und die ökologische Wiederherstellung kontaminierter Flächen mit Hilfe von Technologien für naturbasierte Lösungen (NBS) entwickeln, um die Wiederherstellung kontaminierter Böden zu einem gesunden Ökosystem zu beschleunigen und die ökologische Wiederherstellung zu einem Hauptgeschäft zu machen. EDAPHOS wird die Überwachung kontaminierter Böden und das Verständnis der genauen Verschmutzungsquellen in ausgewählten EU-Regionen verbessern, indem es robuste Fernerkundungsinstrumente und GIS-basierte Methoden kombiniert, die in repräsentativen Gebieten angewendet werden. Auf der Grundlage des TRIAD-Konzepts werden standortspezifische Risikobewertungsmethoden und -metriken entwickelt, die die Quellen, die Wege, die Exposition und die Auswirkungen der Bodenverschmutzung berücksichtigen, und auf sieben Fallstudien angewendet. EDAPHOS wird Labor- und Feldstudien durchführen, um die technologische Eignung und die Kosteneffizienz der NBS als wirksame Sanierungsstrategie zur Verringerung der Bodenverschmutzung in städtischen, stadtnahen und ländlichen Gebieten und Landnutzungen zu validieren. EDAPHOS wird die ökologischen, sozialen und wirtschaftlichen Auswirkungen ausgewählter NBS-Standorte bewerten und die am besten geeigneten quantitativen Messgrößen und Kennzahlen entwickeln, die ihre integrierte sozio-ökologische Leistung sowohl im Hinblick auf den wirtschaftlichen Nutzen (z. B. Steigerung des Werts der Ökosystemleistungen, endgültige Phytosanierungsverbindungen für die weitere industrielle Verwertung) als auch auf das Kostenvermeidungspotenzial (z. B. Verringerung des ökologischen Fußabdrucks) genau und zuverlässig abbilden, zusammen mit maßgeschneiderten ökologischen Finanzierungsinstrumenten für die Schaffung eines selbsttragenden und replizierbaren EU-NBS-Marktes. Mit dem Ziel, datengesteuerte Werkzeuge für die Vorhersage, die Analyse und den Aufbau quantitativer Beziehungen von Prozessen auf mehreren Ebenen bereitzustellen, werden im Rahmen des Projekts Techniken der künstlichen Intelligenz eingesetzt.

Das Projekt ISLANDR (Information-based Strategies for LAND Remediation) ist disziplinen- und akteursübergreifend und zielt darauf ab, die Verwirklichung der Ziele des “Green Deal” zu fördern, insbesondere das Erreichen der Nullverschmutzung durch die Verringerung der Bodenverschmutzung und die Verbesserung der Sanierung. ISLANDR wird eine Reihe von Instrumenten und Methoden bereitstellen, die Folgendes unterstützen: (1) die Abgrenzung von Bodenverschmutzungsquellen, (2) die Bewertung von Risiken, (3) die Umsetzung einer nachhaltigen und risikobasierten Bodenbewirtschaftung (SRBLM), (4) die Einbeziehung eines umfassenderen Bewertungsansatzes in Finanz- und Investitionsfälle, (5) eine engere Verzahnung von Bodenverschmutzung und Raumplanungsentscheidungen und (6) wichtige politikrelevante Erkenntnisse im Zusammenhang mit der Bodenstrategie, dem vorgeschlagenen Bodengesundheitsgesetz und anderen Politikbereichen, in denen der Boden eine wichtige Rolle spielt. ISLANDR verfolgt angesichts der umfangreichen Wissensbasis einen zielgerichteten Ansatz und hat seine Ergebnisse so konzipiert, dass sie von mehreren Zielgruppen (u. a. politischen Interessen, Planern und Regulierungsbehörden, Standortbetreibern und ihren Dienstleistern) leicht assimiliert werden können. Es wird darauf geachtet, den Aufbau von Kapazitäten zu unterstützen und auch die Bedürfnisse von Langzeitspeichern (z. B. EUSO) zu bedienen. Zu den Neuerungen gehören die Verwendung von Kosten-Nutzen-Analysen (CBA), um eine solide Bewertung des parallelen Nutzens zur Verbesserung von Geschäftsszenarien zu ermöglichen, eine technische Grundlage für die Bodenfunktionalität als "Bodengesundheits"-Rezeptor und Betriebsfensteranalysen von NBS und anderen Sanierungsmaßnahmen mit geringem Aufwand. ISLANDR nutzt 7 Testgebiete in ganz Europa, um einen realen Forschungskontext zu schaffen und die Ergebnisse zu testen, einschließlich Gebieten, die von den Folgen des grünen Übergangs betroffen sind. Runde Tische in diesen Gebieten ermöglichen einen aktiven Dialog mit den lokalen Interessengruppen und bilden die Grundlage für eine rasche Umsetzung und Einführung neuer Projekte. Ein wichtiger Schwerpunkt von ISLANDR ist die Erleichterung der Bodensanierung in Situationen, in denen der Fall wirtschaftlich marginal oder negativ ist, indem ein gründlicheres Verständnis von Ansätzen mit geringem Aufwand und ein breiteres Nutzenversprechen für Investitionsfälle und die Finanzplanung vermittelt werden.

Die Verwendung von Kunststoffen in der Landwirtschaft hat in den letzten Jahrzehnten enorm zugenommen, was zu einer Verschmutzung der Böden durch Kunststoffrückstände führt, die neben Makroplastik auch Mikro- (MP) und Nanoplastik (NP) bilden. MINAGRIS will einen Beitrag zu gesunden Böden in Europa leisten, indem es ein tieferes Verständnis und Instrumente zur Bewertung der Auswirkungen von MP und NP auf die Gesundheit landwirtschaftlicher Böden bereitstellt. Um einen Überblick über die aktuelle Situation in Europa zu erhalten, wird MINAGRIS die Verwendung verschiedener Kunststoffpolymere in landwirtschaftlichen Systemen in 11 Fallstudien in ganz Europa bewerten und die daraus resultierenden Arten und Konzentrationen von MP und NP identifizieren. Zusätzlich werden die Konzentrationen anderer Stressoren in den Böden, wie Pestizide und Tierarzneimittel, untersucht. MINAGRIS wird validierte Analyseinstrumente bereitstellen, die die Quantifizierung und Identifizierung von MP und NP in Böden ermöglichen. Auf der Grundlage der Ergebnisse der Fallstudienstandorte werden kontrollierte Experimente durchgeführt, um die Auswirkungen von MP und NP auf die physikalisch-chemischen Bodeneigenschaften, die biologische Vielfalt des Bodens, die Pflanzenproduktivität und die Ökosystemleistungen sowie ihre potenzielle Übertragung auf andere Teile der Umwelt und Pflanzen zu analysieren. Darüber hinaus werden synergistische Effekte mit anderen Stressoren bewertet.

Die Quantifizierung der Auswirkungen von MNP auf die biologische Vielfalt des Bodens und die landwirtschaftliche Produktivität, ihr Transport und ihre Degradation in der Umwelt, ihre Auswirkungen auf sozioökonomische Komponenten und die Synergien zwischen all diesen Faktoren werden es ermöglichen, in einer multifaktoriellen Sichtweise die mit der Verwendung von Kunststoffen in der Landwirtschaft verbundenen Vorteile und Risiken zu ermitteln. Auf der Grundlage der Ergebnisse wird MINAGRIS die wirtschaftlichen, ökologischen und sozialen Folgen einer nicht nachhaltigen Bodenbewirtschaftung auf Feld- und Betriebsebene in verschiedenen biogeografischen Regionen quantifizieren und im Rahmen eines Multi-Akteurs-Ansatzes (MAA) ein praktisches Instrumentarium für und mit Landwirten zur raschen Bewertung der Bodenbelastung entwickeln und gleichzeitig die relevanten Akteure und Endnutzer für das Thema sensibilisieren.

PHISHES zielt darauf ab, das fehlende Bindeglied zwischen Daten über die Bodengesundheit und Maßnahmen zum Schutz der Böden zu schließen. Dieses fehlende Bindeglied umfasst die Fähigkeit zur Vorhersage der Folgen von Maßnahmen für die Bereitstellung von Bodenfunktionen und damit verbundenen Ökosystemleistungen unter Berücksichtigung der Bodennutzung, der Bodenkontamination und verschiedener Faktoren wie des Klimawandels. Die wichtigste wissenschaftliche Frage, die in PHISHES behandelt wird, lautet daher: “Wie beeinflussen Bodennutzung und Bodenverunreinigung die Bodenfunktionen und die damit verbundenen Ökosystemleistungen in Anbetracht wichtiger Einflussfaktoren wie dem Klimawandel, und wie können wir die Auswirkungen von Abschwächungs- und Anpassungsmaßnahmen vorhersagen?”. Während die meisten Forschungsteams diese Frage qualitativ/halbquantitativ angehen, indem sie z. B. multikriterielle Analysen und Indikatoren für die Bodengesundheit verwenden, besteht das Ziel von PHISHES darin, über eine digitale PHISHES-Plattform quantitative Vorhersagemöglichkeiten zu schaffen.

Um dies zu erreichen, wird PHISHES auf mehreren bereits bestehenden integrierten Simulationswerkzeugen aufbauen, insbesondere auf dem Modell MIKE SHE, das einen flexiblen Rahmen für die integrierte hydrologische Modellierung bietet, und dem Modell DAISY, einem bewährten mechanistischen agrarökologischen Modell des Systems Boden-Pflanze-Atmosphäre. Die effiziente Kopplung zwischen diesen Modellen wird die Fähigkeit, die Auswirkungen von Änderungen der Landnutzung auf die Ökosystemleistungen des Bodens zu bewerten, erheblich verbessern. Sie wird dazu dienen, den Einfluss verschiedener Maßnahmen auf die Leistungen des Bodens zu bewerten, z. B. nachhaltige landwirtschaftliche Praktiken (z. B. Heckenreihen zur Feuchtigkeitsspeicherung und Verringerung der Erosion, Direktsaat, Fruchtfolge), Lösungen zur Wiederherstellung/Sanierung von Böden (z. B. naturbasierte Lösungen), Lösungen zur Vermeidung von Verschmutzung usw. Die Ergebnisse der Szenariosimulationen werden in Empfehlungen für politische Maßnahmen zum Erhalt der Bodengesundheit und zur Förderung der Bodenfunktionen und der damit verbundenen Ökosystemleistungen umgesetzt. Das PHISHES-Konsortium bringt Kompetenzen aus den Bereichen Bodenkunde, Hydrologie und Politikgestaltung zusammen.

Die überwältigenden wissenschaftlichen Erkenntnisse aus dem akademischen Korpus weisen darauf hin, dass zur Bekämpfung des Ursprungs und der negativen Auswirkungen der Nährstoffverschmutzung auf Wasser, Boden und biologische Vielfalt ein umfassender Landschafts-Fluss-Meer-System-Ansatz verfolgt werden muss. Dieser sollte auf nachhaltige Landbewirtschaftungspraktiken (insbesondere in der Landwirtschaft), eine verbesserte Abwasserbehandlung und praktikable Strategien zur Wiederherstellung der Natur abzielen. Das Projekt SEACURE wird darauf abzielen, wirksame Innovationen für die systematische Vermeidung und Verringerung der Nährstoffverschmutzung im Mittelmeerraum zu demonstrieren, zu verbreiten und zu vervielfältigen, und zwar im Einklang mit dem Rahmen für das Innovationsökosystem, der durch die laufenden Mittelmeer-Leuchtturmprojekte (wie BlueMissionMed) geschaffen wurde, und in enger Zusammenarbeit mit verwandten Aktivitäten, die von regionalen Living Labs für Bodengesundheit in diesem Gebiet durchgeführt werden.
Im Rahmen des Projekts werden Ressourcen für die regionale Ausweitung und Wiederholung erfolgreicher Nährstoffmanagementstrategien bereitgestellt, die darauf abzielen, i) die Bodenverschmutzung zu verringern und ihre Wiederherstellung zu fördern, ii) den Einsatz von Düngemitteln und Nährstoffverluste zu reduzieren und iii) die Verschmutzung von Süßwasser- und Meeresökosystemen durch Nährstoffe in sechs Gebietseinheiten (Mar Menor und Zentral-Katalonien in Spanien, Po-Delta und Esino-Fluss in Italien sowie Axios-Flussdelta und Thessalische Ebene in Griechenland) zu verhindern, zu minimieren und zu sanieren. Einerseits werden die Durchführbarkeit und die Auswirkungen bewertet. Andererseits werden die Partner auf die Innovationshebel einwirken: politische Akzeptanz, gesellschaftliches Bewusstsein, Aufbau von Kapazitäten und Verfügbarkeit von Finanzmitteln. Regionale Geschäftspläne für die Ausweitung der wirksamen Strategien in den Gebietseinheiten werden ausgearbeitet, wobei die bereits während des Projekts durchgeführte regionale Mobilisierung von Innovationsökosystemen genutzt wird. Schließlich wird die Verbreitung von Wissen dank der technischen Unterstützung der assoziierten Regionen durch FSTP-Zuschüsse gefördert. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Projekt den wirkungsorientierten Ansatz der Missionen aufgreift und mit den Akteuren zusammenarbeitet, um die Übernahme der Ergebnisse zu maximieren.