Um mit fluktuierenden Verfügbarkeiten unterschiedlicher Stickstoff (N)-Verfügbarkeiten im Boden zurecht zu kommen, haben Pflanzen unterschiedliche Transportsysteme für die Aufnahme von Nitrat und Ammonium entwickelt. Um einer Belastung des Metabolismus bei ungleicher Aufnahme dieser beiden entgegen gesetzt geladenen N-Formen zu entgegnen, müssen die Kapazitäten von Ammonium- und Nitrattransportsystemen eng koordiniert werden. Bei geringen Aussenkonzentrationen wird die Wurzelaufnahme von Ammonium über hochaffine AMT1-artige und von Nitrat über hochaffine NRT2-artige und niederaffine NRT1-artige Membrantransporter vermittelt. Dabei vermittelt der Transceptor NRT1.1 nicht nur den Transport sondern auch das ‚Sensing‘ von Nitrat, indem er das Expressionsniveau von NRT2- und AMT1-Transportergenen reguliert. Unsere bisherigen Experimente in Arabidopsis zeigen, dass eine amt-Vierfachmutante mit defekter Ammoniumaufnahme auf Nitrat oder Ammoniumnitrat besser wächst als der Wildtyp, während Influx- und Genexpressionsstudien auf regulatorische Komponenten deuten, die nicht durch die Sensingfunktion von NRT1.1 allein erklärt werden können. Daher ist das übergreifende Ziel dieses Antrags die regulatorischen Mechanismen zu untersuchen, die das Ammonium-zu-Nitrat Verhältnis bei der N-Aufnahme über die Wurzel steuern. Dazu wird i) die spezifische Rolle des Ammoniumtransporters AMT1.5 in der hochaffinen Ammoniumaufnahme in Anwesenheit von Nitrat aufgeklärt; ii) die regulatorische Funktion von N-Form-abhängigen pH-Wert-Veränderungen in der NRT1.1-abhängigen und -unabhängigen Regulation von NRT2- und AMT1-Genen ergründet; und iii) transkriptionale Regulatoren von NRTs und AMTs identifiziert und charakterisiert, die das Aufnahmeverhältnis von Ammonium zu Nitrat modulieren. Die erwarteten Ergebnisse sollen erklären, wie Pflanzen ein unausgewogenes Aufnahmeverhältnis der beiden N-Formen erkennen und Erkenntnisse liefern, wie die pflanzliche N-Ernährung verbessert werden kann.
Das Wachstum und die Erträge von Weizen sind durch eine Veränderung der Dürre- und Hitzewellen, infolge des Klimawandels, beeinträchtigt. Eine Kombination aus Hitze- und Trockenstress kann sich zusätzlich auf die höheren Durchschnittstemperaturen direkt negativ auf die Phänologie der Pflanzen auswirken. Es werden keine alten und modernen Weizensorten auf das Vorhandensein oder das Potenzial von phänologischer Plastizität (PP) untersucht, um Überschneidungen zwischen den sensiblen Phasen und den extremen Hitze und Trockenheit zu vermeiden. Zudem gibt es nur wenige Informationen darüber, a. Ob die phänologische Plastizität (PP) als Escape-Mechanismus in alten Winterweizensorten, die in Deutschland unter Trocken- und Hitzestress angebaut werden, vorhanden sind oder ob es sich um eine neue Eigenschaft handelt b. Ob die Pflanzenmodelle die langfristigen Raum und zeitliche Variabilität des Weizenertrags erfassen können, indem der PP-Mechanismus als neues Modellierungsmodul implementiert wird c. Ob die Änderung der Sorte, der Aussaattermine integraler Bestandteile und die Anpassung an dem Klimawandel für die Weizenproduktion in Deutschland sein könnten. Diese Wissenslücken werden durch eine Reihe von Experimenten im Feld und in der Wachstumskammer (Hitze- und Trockenstress), durch langfristige Datenverarbeitung, Modellentwicklung und Experimente zur Modellierung von Kulturen geschlossen. Winterweizensorten (alte und moderne) werden den Feld- und Kammerversuchen unterzogen, um die Mechanismen zu entschlüsseln, die an ihrer phänologischen Reaktion auf den kombinierten Hitze- und Trockenheitsstress beteiligt sind. Auf der Grundlage der Ergebnisse wird eine neue Erntemodellierungsroutine entwickelt, die Hitze-/Trockenstress berücksichtigt. Die Validierung des Erntemodells wird anhand von Feldversuchen erfolgen. In dem deutschlandweiten Simulationsexperiment werden wir die neue Modellierungsroutine nutzen, um die Variabilität der Phänologie und des Ertrags von Winterweizen zu erfassen. Die Daten werden mit den langfristigen Phänologie Beobachtungen und Ertragsstatistiken verglichen. Daraus wird die Eignung langfristiger Änderungen von Sorten und Aussaatterminen als Anpassungsstrategie an den Klimawandel anhand von acht Modellrekonstruktionen getestet. Die Kombinationen aus historischem/aktuellem Klima - alten/modernen Sorten - historischem/modernerem Aussaattermin von Winterweizen enthalten.
Weltweit werden Böden zunehmend mit Plastikmüll belastet. Der kontinuierliche Eintrag von Mikroplastik beeinflusst Lebensbedingungen von Pflanzen und Bodenorganismen. Bislang verstehen wir nur unzureichend, wie sich die Anwesenheit von Mikroplastik auf Struktur und Funktionsweise des Bodens auswirkt. Es ist unklar, wie stark die Rhizosphäre dadurch beeinflusst wird und welche Risiken sich daraus für die Pflanzen ergeben. Inzwischen gibt es verschiedene Analyseverfahren, um unterschiedliche Aspekte der Mikroplastikverschmutzung des Bodens zu untersuchen. Allerdings beinhalten diese Verfahren üblicherweise Prozessschritte, bei denen die Integrität der Probe zerstört wird, wodurch sich der Zusammenhang zwischen der Verteilung von Mikroplastik in der Probe und der Mikrostruktur und Hydraulik des Bodens nicht mehr erschließen lässt. Vor kurzem haben wir jedoch einen nicht-invasiven Ansatz entwickelt, mit dem Mikroplastik in sandigen Böden nachgewiesen werden kann. Mittels komplementärer Neutronen- und Röntgentomographie lassen sich Mikroplastikpartikeln im trockenen Boden detektieren und gleichzeitig die dreidimensionale Struktur der Bodenmatrix analysieren. In diesem Projekt wird die Methode getestet, optimiert und dann angewandt, um besser zu verstehen, wie Mikroplastik unterschiedlicher Größe und Form die Mikrostruktur und Eigenschaften des Bodens beeinflusst. Außerdem wird untersucht, ob in die Rhizosphäre eingelagertes Mikroplastik die Bedingungen für das Wurzelwachstum und die Wasseraufnahme verändert und welchen Einfluss Mikroplastik unterschiedlicher Größe und Form auf die Infiltration und Wasserbewegung im Boden hat. Zunächst wird die Auflösung der Methode optimiert, um auch sehr feine Strukturen, wie Mikroplastikfasern und Folienfragmente, detektieren zu können. Die Segmentierung der 3D Bilddaten wird durch die Berücksichtigung von Form-Deskriptoren sowie durch Maschinelles Lernen unterstützt, um Mikroplastikpartikeln von organischen Bodenbestandteilen zu unterscheiden. In einem Aggregationsexperiment mit wird für einen natürlichen Sandboden der Einfluss von Mikroplastikfasern auf die Bildung und Stabilität von Bodenaggregaten mittels hochauflösender Dual-mode Tomographie analysiert. Im nächsten Schritt wird die Rhizosphäre junger Mais- und Lupinenpflanzen untersucht, um potentielle Einflüsse verschieden geformter Mikroplastikpartikel auf lokale Strukturen der Bodenmatrix, Wurzeln und Wasserpfade zu ermitteln. Schließlich werden wir High-Speed Neutronentomographie einsetzen, um dynamischen 3D-Infiltrationsmuster in Bodensäulen mit und ohne Wurzelsysteme zu erfassen. Die Form und Geschwindigkeit der Wasserfront wird zeigen, ob und wie die Bodenbenetzbarkeit durch eingelagerte Mikroplastikpartikel beeinflusst wird. Das vorgeschlagene Projekt wird einzigartige neue Einblicke in die durch Mikroplastik modifizierte Struktur der Bodenmatrix geben, die für das mechanistische Verständnis der resultierenden Bodeneigenschaften gebraucht werden.
Die GS Blankenese blickt auf eine langjährige und reiche Erfahrung mit Nord-Süd-Schulpartnerschaften zurück, am intensivsten haben wir bisher sicherlich mit verschiedenen Bildungsorganisationen der nicaraguanischen Stadt Leon (unter anderem Universität UNAN), Technik-Schule La Salle) zusammengearbeitet. Unser gemeinsames Thema ist seit nunmehr drei Jahren die solargestützte Feldbewässerung. Die Festlegung auf dieses Thema folgte einer Anregung des Universitätspräsidenten von Leon, Dr. Ernesto Medina. Seit Jahren kann man an der Pazifikküste Nicaraguas eine dramatische Verkürzung der Regenzeit beobachten, in manchen Jahren von sechs auf drei Monate. Für den landwirtschaftlichen Anbau in Nicaragua wird die künstliche Bewässerung zur Überlebensfrage. Das Agrarinstitut der UNAN arbeitet eng an den Fragen des Landes und verfügt über landwirtschaftliche Versuchsfelder. Es lag also nahe, die Bedingungen der solargestützten Feldbewässerung auf ihre Tauglichkeit für die landwirtschaftliche Produktion zu untersuchen. Im Jahr 2002 machte ein Physikkurs des 11. Jahrgangs nach reiflicher Diskussion mit den nicaraguanischen Partnern den Anfang. Er installierte auf dem Gelände der Universität von Leon eine Demonstrations- und Versuchsanlage mit solarbetriebenen Wasserpumpen - gemeinsam mit nicaraguanischen Studierenden und Wissenschaftlern. Im Mai 2003 folgte der nächste Kurs. Ziel dieses Kurses bestand in dem Aufbau zweier solargestützter Pumpen zu Feldbewässerung, die direkt auf Bauernhöfen zum Einsatz kamen. Ein Jahr später wurden die vierte Pumpe in dem Dorf San Pedro installiert, inzwischen hatten sich uns als weitere Kooperationspartner Schüler und Lehrer der Tecnico La Salle angeschlossen. Die Pumpsysteme der Jahre 2003 und 2004 dienen unmittelbar der Produktivitätssteigerung - Ernten sind nunmehr auch während der Trockenzeit möglich, alle fünf Systeme sind mit einer Messstrecke ausgestattet, um ihre Leistungsfähigkeit fortlaufend untersuchen und bewerten zu können, sie dienen somit auch der wissenschaftlichen Betrachtung. Als Physikkurs steht man vor scheinbar unlösbaren Problemen, wenn die Grenzen des Fachgebiets überschritten werden. Gerade solche Projekte, wie wir sie realisieren, treiben immer über ihre ursprüngliche Fragestellung hinaus und treffen auf Nahtstellen zu anderen Disziplinen (in unserem Fall handelt es sich um Ökonomie, Klimageographie und vor allem Biologie). In solchen Fällen ist es oft unausweichlich, kluge Geister zu Rate zu ziehen, die mit Ihrem Spezialwissen unsere Lernprozesse außerordentlich bereichern. Wir bedanken uns in diesem Zusammenhang bei Herrn Dr. Sorell, Mitarbeiter der Forschungsanstalt für Landwirtschaft (FAL) in Braunschweig, der uns für einen Tag in sein Institut eingeladen hat, um uns mit dem aktuellen Stand der Bewässerungstechnik und mit der Methodik der Wasserbedarfsberechnung vertraut gemacht hat. usw.
Eisen (Fe), Zink (Zn) und Selen (Se) sind wichtige Mineralstoffe für den Menschen. Weltweit leiden über 1,2 Milliarden Menschen an Fe, Zn und/oder Se Unterversorgung. Mais (Zea mays L.) ist global betrachtet die meistproduzierte Getreideart. Menschen, deren Hauptnahrungsquelle Mais darstellt, gehören zu denjenigen, die am stärksten von einem dieser Mineralstoffmängel bedroht sind. Zugleich wird prognostiziert, dass die durch den Klimawandel verursachte Zunahme an Trockenheitsperioden zu einem Rückgang der Erträge sowie der Mikronährstoffgehalte in Maispflanzen führen wird. Die Züchtung von Maissorten mit einer stabileren Aufnahme von Fe, Zn und Se aus dem Boden und einer effizienten Translokation dieser Nährstoffe in essbares Gewebe bei Wasserknappheit stellt eine vielversprechende Strategie dar, die humane Mais-basierte Mikronährstoffversorgung zu sichern oder sogar zu steigern. Entsprechend ist das Hauptziel dieses Projektes physiologische, molekulare und genetische Faktoren zu identifizieren und zu verstehen, die die Fe-, Zn- und Se-Akkumulation unter Wassermangel steuern und folglich zur Züchtung von Mais mit höherem Mikronährstoffgehalten beitragen. Die synergistischen Arbeitspakete kombinieren modernste Multi-Omics-Techniken aus den Bereichen Ionomik, Genomik und Transkriptomik mit high-end Röntgen-gestützter räumlicher Elementverteilungskartierung, um die räumlich-zeitliche Dynamik der Nährstoffaufnahme und -translokation in ausgewählten, agronomisch relevanten, natürlichen Maislinien sowie in Maislinien, welche in Merkmalen, die die Nährstofflogistik potentiell beeinflussen, mutiert sind, zu verstehen. Ein Fokus liegt insbesondere auf der Rolle der exo- und endodermalen Barrieren, deren Bedeutung für die Mikronährstoffaufnahme in Mais noch nicht erforscht ist. Ein weiteres Ziel ist die Charakterisierung der raumzeitlichen Expression von Transportproteinen kodierender Gene in Wurzeln, Blättern und Blütenständen in Abhängigkeit der Fe-, Zn-, Se- und Wasserversorgung in verschiedenen Maisgenotypen und deren quantitativer Beitrag zum Zellimport und -export, dem Radialtransport und der Xylem- und Phloembeladung von Fe-, Zn- und Se. Zudem wird ein Forward-Ionomik Screening einer Mais-MAGIC-Population, die unterschiedliche Wassermangel-Toleranzen aufweist, durchgeführt. Dies wird mit einer Assoziationskartierung kombiniert, um genetische Loci und zugrundeliegende Gene zu identifizieren, die die Unterschiede in der Fe-, Zn- und Se-Akkumulation in Spross und Korn unter Gewächshaus- und Freilandbedingungen steuern. Die erzielten Ergebnisse des Projektes werden zu einem besseren Verständnis der gekoppelten und individuellen Aufnahme- und Akkumulationsprozesse von Fe, Zn und Se in Mais beitragen, und damit zur Züchtung von Maislinien, die im Kontext eines sich wandelnden Klimas dennoch hohe Gehalte an, für Mensch und Tier, essentiellen Mikronährstoffen aufweisen.
Im Jahr 2018 wurden in Deutschland rund 866 Millionen Tonnen Treibhausgase produziert, wobei weltweit 10-12 % der anthropogenen Treibhausemissionen der Landwirtschaft zuzuordnen sind. Während der Austausch an CO2 durch die gleichzeitige CO2 Fixierung in organische Masse fast ausgeglichen ist, beträgt der Anteil der Landwirtschaft bei Methan 50 % und Lachgas sogar 60 % aller Emissionen. Dies ist vor allem auf den Einsatz mineralischer und organischer Düngemittel zurückzuführen. Ohne ein aktives Gegensteuern wird eine Steigerung der Lachgasemissionen um 30-65 % bis 2030 in der Agrarwirtschaft erwartet. Um das gesetzte klimapolitische Ziel einer weitgehenden Treibhausgas-Neutralität bis 2050 zu erreichen, stellt ein klimaschonender Anbau von nachwachsenden Rohstoffen in der Landwirtschaft eine wichtige Strategie dar. Ein zentraler Teilaspekt dieser Strategie könnte die Ansiedlung der gegenüber biotischen und abiotischen Bedingungen toleranten terrestrischen Cyanobakterien sein, die in der Lage sind Luftstickstoff zu fixieren und in - für andere Organismen verwertbaren - Stickstoff umzuwandeln und an die Umgebung abzugeben. Zusätzlich dazu wachsen terrestrische Cyanobakterien eingebettet in einer Matrix aus extrazellulären polymeren Substanzen was zu einer wünschenswerten Bodenstabilisierung und damit zum Schutz vor Bodenerosion sowie zur Förderung der Wasserspeicherung im Boden beitragen könnte. Hierzu sollen stickstofffixierende Cyanobakterien, die aus der kühlgemäßigten Klimazone isoliert wurden, eingesetzt werden. Geeignete Stämme müssen die Stickstofffixierung räumlich durch die Ausbildung von Heterozysten vom Photosyntheseapparat getrennt haben und den bioverfügbaren Stickstoff an die Umgebung abgeben. Co-Kultivierungen von Cyanobakterien mit Arabidopsis thaliana (Acker-Schmalwand) sowie Triticum aestivum (Weizen) sollen zeigen, ob eine künstlich induzierte Symbiose möglich ist. Neben der Agrarpflanze Weizen wurde A. thaliana ausgewählt, da es sich hierbei um eine schnellwachsende und gut charakterisierte Modellpflanze handelt und sie zur selben Familie wie die Nutzpflanzen Kohl, Brokkoli und Meerrettich zählt. Zur Ausbringung der Biofilme in die Agrarwirtschaft sollen diese auf einem biologisch abbaubaren Trägermaterial immobilisiert werden. Hierfür soll ein Aerosolreaktor konzipiert und charakterisiert sowie ein Animpf- und Ernteverfahren etabliert werden. Zusätzlich dazu soll der Wasserrückhalt der Biofilme durch Variation der Prozessparameter optimiert werden. Abschließend soll die Co-Kultivierung von immobilisierten Cyanobakterien auf dem Trägermaterial und Pflanzen in Pflanzsubstraten in Abhängigkeit der Temperatur untersucht werden. Hier soll die Frage beantwortet werden, ob ein periodisches Ausbringen der Cyanobakterien notwendig ist, oder ob eine dauerhafte Implementierung von Biofilmen im Boden möglich ist.
In dem vorliegenden Projekt soll untersucht werden, wie und in welchem Ausmaß landwirtschaftlich genutzte Bodenverbesserungsmittel in Form von superabsorbierenden Polymeren (SAPs) in plastikähnliche, feste Rückstände (SAP-SR) umgewandelt werden können und dabei grundlegende, physikochemische Bodeneigenschaften modulieren. Da die primären Anwendungsziele von SAPs in erster Linie der Optimierung des Wasserhaltevermögens, der hydraulischen Leitfähigkeit sowie der mechanischen Bodenstabilität dienen, wollen wir untersuchen und verstehen, wie die Alterung bzw. potenzielle Umwandlung von SAPs in SAP-SR diese Eigenschaften und Prozesse nachhaltig verändern. Somit ließe sich nachvollziehen und klären, ob der ursprüngliche Zweck von SAPs und ihre typischerweise angeführten Vorteile trotz ihrer Alterung oder Umwandlung weiterhin erhalten bleiben, dauerhaft reduziert oder sogar ins Negative umgekehrt werden. Zur Beantwortung dieser Fragen werden gezielte Experimente zum Abbau- und Umwandlungspotenzial verschiedener, gängiger synthetischer SAPs unter verschiedenen Inkubationsbedingungen und in unterschiedlichen Böden durchgeführt. Gleichzeitig werden die damit einhergehenden Änderungen grundlegender physikochemischer Bodeneigenschaften erfasst und mit relevanten Abbau- und Umwandlungsprozessen der SAPs verknüpft. Das notwendige Wissen und die geeigneten Techniken werden aus früheren und derzeit laufenden Projekten gewonnen, die sich mit dem Beitrag von synthetischen und Biopolymeren auf die Bodeneigenschaften und -funktionen beschäftigen. Im Rahmen des Projekts werden wir bereits etablierte Methoden wie ein- (1D-), zwei- (2D-) dimensionale und Feldgradienten- (PFG-) 1H NMR-Relaxometrie, Rheometrie, Dynamische Differenzkalorimetrie (DSC), Pyrolyse-GC-MS (Pyr-GC-MS) und verschiedene bildgebende Verfahren (Elektronenmikroskopie (ESEM) und Röntgen-Mikrotomographie (µCT)) anwenden. Sobald geklärt wurde, wie und unter welchen Bedingungen SAP-SR-Strukturen gebildet und welche ihrer ursprünglichen physikochemischen Eigenschaften grundlegend geändert werden, sollen die damit einhergenden Auswirkungen auf das Pflanzenwachstum und die Rhizosphären-Dynamik in kontrollierten Gewächshausexperimenten qualitativ und quantitativ erfasst werden. Die Ergebnisse des Projekts werden somit Aussagen über das langfristige Verhalten, den Verbleib und die Wirksamkeit von SAPs auf der Grundlage veränderter Bodenprozesse und bodenphysikochemischer Eigenschaften ermöglichen.
Das bessere Verständnis der städtischen und ländlichen Entwicklung erfordert Kenntnisse über die bebaute Umwelt und ihre Interaktion mit menschlichen Aktivitäten auf der Landschaftsebene, die durch das Konzept der Rurbanität beschrieben werden. Das Projekt C01 zielt darauf ab, skalenübergreifend eine Reihe von Indikatoren zu entwickeln, mit denen das Phänomen der Rurbanität in Raum und Zeit quantitativ und qualitativ beschrieben werden kann, wobei Informationen über die bebaute Umwelt aus der Erdbeobachtung, Modellierungsergebnisse und weitere frei verfügbare Geodaten verwendet werden. C01 wird Zensus- und Erdbeobachtungsdaten mit Erkenntnissen aus anderen FOR5903-Projekten kombinieren, um Rurbanitätsindikatoren zu entwickeln und daraus durch Integration einen Rurbanitätsindex abzuleiten. Fallstudien werden durchgeführt um zu zeigen, dass das neue Konzept in der Lage ist, die Verflechtungen zwischen urbanen und ländlichen Räumen umfassender zu beschreiben als bisher verwendete Methoden, die auf Nachbarschaftsbeziehungen zwischen als urban oder rural klassifizierten Bildpunkten beruhen. Die Skalierbarkeit des Indexes von der regionalen zur globalen Ebene wird untersucht, wobei die entwickelten Rurbanitätsindikatoren angepasst werden um Unterschiede in der Datenverfügbarkeit zu berücksichtigen. Wir stellen die Hypothesen auf, dass (i) mit dem neu entwickelten Ansatz der „Grad“ der Rurbanität einer Landschaft generell bestimmt werden kann, unabhängig vom fallspezifischen Kontext, sowie dass (ii) die Rurbanität in den meisten Regionen als Folge von Globalisierung, Spezialisierung, erhöhter Mobilität und stark gestiegenem Informationsaustausch zugenommen hat. Konkret wird C01 Fernerkundungsmethoden, Modellierungsergebnisse und Zensusdaten nutzen, um empirische Belege und Indikatoren zur Spezifizierung raumzeitlicher Veränderungen der Rurbanität im regionalen Untersuchungsgebiet (zunächst Marokko) zu generieren. Eine Netzwerkanalyse wird den Rurbanitätsindex aller Gemeindeflächen innerhalb des Netzwerks modellieren. C01 wird die Ergebnisse aus den Clustern A und B in einer GIS-basierten Synthese zusammenführen. Marokkanische Partner mit Fachkenntnissen in der Fernerkundung und Zugang zu Regionaldaten werden an der Entwicklung der Methodik, ihrer Anwendung zur Erstellung detaillierter regionaler Rurbanitätsdatensätze sowie der Validierung des im Projekt entwickelten großskaligen Rurbanitätsdatensatzes beteiligt sein.
Irrigation in the Yanqi Basin, Sinkiang, China has led to water table rise and soil salination. A model is used to assess management options. These include more irrigation with groundwater, water saving irrigation techniques and others. The model relies on input data from remote sensing.The Yanqi Basin is located in the north-western Chinese province of Xinjiang.This agriculturally highly productive region is heavily irrigated with water drawn from the Kaidu River. The Kaidu River itself is mainly fed by snow and glacier melt from the Tian Mountain surrounding the basin. A very poor drainage system and an overexploitation of surface water have lead to a series of environmental problems: 1. Seepage water under irrigated fields has raised the groundwater table during the last years, causing strongly increased groundwater evaporation. The salt dissolved in the groundwater accumulates at the soil surface as the groundwater evaporates. This soil salinization leads to degradation of vegetation as well as to a loss of arable farmland. 2. The runoff from the Bostan Lake to the downstream Corridor is limited since large amount of water is used for irrigation in the Yanqi Basin. Nowadays, the runoff is maintained by pumping water from the lake to the river. The environmental and ecological system is facing a serious threat.In order to improve the situation in the Yanqi Basin, a jointly funded cooperation has been set up by the Institute of Environmental Engineering, Swiss Federal Institute of Technology (ETH) , China Institute of Geological and Environmental Monitoring (CIGEM) and Xinjiang Agricultural University. The situation could in principle be improved by using groundwater for irrigation, thus lowering the groundwater table and saving unproductive evaporation. However, this is associated with higher cost as groundwater has to be pumped. The major decision variable to steer the system into a desirable state is thus the ratio of irrigation water pumped from the aquifer and irrigation water drawn from the river. The basis to evaluate the ideal ratio between river and groundwater - applied to irrigation - will be a groundwater model combined with models describing the processes of the unsaturated zone. The project will focus on the following aspects of research: (...)
Weltweit wird mit Anstieg der Temperaturen und abnehmendem Wasserangebot gerechnet, was Depressionen in der Pflanzenproduktivität zur Folge hat. Im Feld treten beide Stressoren gleichzeitig auf, jedoch ist über ihren kombinierten Einfluss auf Pflanzen bisher wenig bekannt. Das Kornertragspotential von Weizen, einer relativ Hitze-empfindlichen Pflanze, wird durch drei Parameter bestimmt: Anzahl ährentragender Halme pro Pflanze bzw. pro Fläche, Kornzahl pro Ähre und Einzelkorngewicht. Diese Parameter werden zu den folgenden Wachstumsstadien spezifisch beeinflusst: Bestockung, Schossen, Blüte und Kornfüllung. Somit müssen verschiedene Phasen der Weizenentwicklung untersucht werden, um die entscheidenden Determinanten für die Kornertragsbildung unter Stress zu identifizieren. Bisher konzentrierten sich die meisten Studien auf die Kornfüllungsphase, Untersuchungen zu einzelnen und insbesondere kombinierten Effekten von Hitze- und Trockenstress während des vegetativen Wachstums und zur Blüte sind rar. Unsere vorausgegangene Studie zeigte, dass unter kontinuierlichem Hitzestress die Anzahl an ährentragenden Halmen pro Weizenpflanze stark zunahm. Dieses Potential zur Ertragsstabilisierung konnte nur teilweise ausgeschöpft werden, da der Kornansatz stark reduziert war. Die angelegten Körner zeigten jedoch eine gute Kornfüllung. Source-Limitierung trat nicht auf, aber die Sinkkapazität war reduziert (weniger und kleinere Körner) und vermutlich auch die Sinkaktivität. Dies erfordert weitere Untersuchungen der beteiligten Enzyme, insbesondere der Sauren Invertase, der Plasmalemma H+-ATPase, und der Stärke-Synthase. Im beantragten Projekt wird individueller oder kombinierter Hitze- und Trockenstress zu zwei Weizensorten entweder während des vegetativen Wachstums, zur Blüte oder während der Kornfüllung appliziert. Außerdem werden die Einflüsse von kurzzeitigem Trockenstress während des vegetativen Wachstums auf die Kornertragsentwicklung von während der Blüte gestressten Pflanzen untersucht, und die Fähigkeit der Weizenpflanzen sich nach Stress zu erholen wird ausgewertet. Source- und Sinkstärke werden durch die Untersuchung zahlreicher Parameter charakterisiert, entweder durch Messungen an lebenden Pflanzen oder durch Analysen verschiedener Pflanzenorgane, die in Ernten zum Stadium der Kornfüllung oder zur Vollreife gewonnen werden. Dieses Projekt adressiert die wichtige Frage: welches ist der limitierende Faktor für die Kornertragsbildung, wenn Pflanzen während verschiedener Wachstumsstadien Stress ausgesetzt sind. Diese Kenntnis trägt dazu bei, Merkmale der Resistenz gegen Hitze bzw. Dürre zu identifizieren und kann in Züchtungsprogrammen zur Erhöhung der Ertragsstabilität unter Stress genutzt werden. Die Wasser- und Nährstoffnutzungseffizienzen können verbessert werden, was dem Schutz begrenzter Ressourcen dient und eine nachhaltige Weizenproduktion fördert.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 612 |
| Kommune | 5 |
| Land | 52 |
| Weitere | 7 |
| Wirtschaft | 1 |
| Wissenschaft | 302 |
| Zivilgesellschaft | 17 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 609 |
| Text | 25 |
| Umweltprüfung | 2 |
| unbekannt | 1 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 26 |
| Offen | 611 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 603 |
| Englisch | 189 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Bild | 2 |
| Dokument | 32 |
| Keine | 310 |
| Unbekannt | 3 |
| Webseite | 308 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 495 |
| Lebewesen und Lebensräume | 637 |
| Luft | 349 |
| Mensch und Umwelt | 637 |
| Wasser | 344 |
| Weitere | 632 |