Das funktionelle Ionom einer Pflanze beschreibt ihre elementare Zusammensetzung hinsichtlich der essentiellen Pflanzennährstoffe. Funktionelle Ionome von Pflanzen werden durch Umweltfaktoren, einschließlich Nährstoffmangel und Wasserversorgung, beeinflusst und sind artenspezifisch. Dies ist auf die artenspezifische Aufnahme, Speicherung und Remobilisierung von Nährstoffen zurückzuführen. Die Charakterisierung funktioneller Ionome bildet die Grundlage für diagnostische Anwendungen in der Jugendentwicklung der Pflanzen, sowohl im Pflanzenbau als auch in der Pflanzenzüchtung. Obwohl kürzlich für einige Kulturarten funktionelle Ionome für spezifische Nährstoffmängel etabliert wurden, ist wenig über die Auswirkung von zeitgleichem Trockenstress bekannt. Diese Wissenslücke ist zunehmend relevant, da der Einsatz von Mineraldüngern in der Pflanzenproduktion zunehmend beschränkt wird und durch den Klimawandel häufiger Trockenperioden auftreten. Es wurden noch keine diagnostischen Ionome von Roggen (Secale cereale L.) charakterisiert, obwohl Roggen häufig auf Böden mit geringer Verfügbarkeit von Wasser und von Nährstoffen, wie Stickstoff (N), Phosphor (P) und Kalium (K), angebaut wird. Das Ziel des hier vorgeschlagenen Projekts ist es, diese Lücken zu schließen. In diesem Projekt werden für Roggen erstmals diagnostische Ionome für die Nährstoffmängel N, P und K unter gegensätzlicher Wasserversorgung definiert. Durch chemische Analysen einzelner Pflanzenorgane und die hochauflösende, räumliche Quantifizierung von Nährstoffen in verschiedenen Blattgeweben wird unser Verständnis über die zugrundeliegenden Prozesse, die zu charakteristischen Ionomen führen, grundlegend erweitert. Dafür werden zunächst Versuche unter kontrollierten Umweltbedingungen durchgeführt. Die Grundlagenkenntnisse werden anschließend unter Feldbedingungen validiert. Es wurden vier Dauerfeldversuche auf der Thyrower Versuchsstation der Humboldt-Universität zu Berlin identifiziert, in denen durch jahrzehntelange differenzierte Düngung spezifische Nährstoffmängel induziert wurden. Die vier Dauerfeldversuche können durch gemeinsame Prüfglieder versuchsübergreifend statistisch ausgewertet werden. Neben chemischen Pflanzenanalysen sind in den Feldversuchen detaillierte Bodenuntersuchungen geplant. Dies ermöglichet die Validierung der neu etablierten diagnostischen Ionome mit und ohne begleitenden Trockenstress. Zusammenfassend wird dieses Projekt unser Grundlagenverständnis hinsichtlich der Aufnahme, Speicherung und Remobilisierung von Nährstoffen unter verschiedenen Umweltbedingungen anhand einer unterforschten aber zukunftsrelevanten Kulturart erweitern. Die neu gewonnenen, mechanistischen Erkenntnisse werden anschließend validiert und bilden somit eine solide Grundlage für Anwendungen im Pflanzenbau und in der Pflanzenzüchtung.
Gasförmige Emissionen aus der Denitrifikation (Stickoxid, NO, Lachgas, N2O und molekularer Stickstoff, N2) verursachen pflanzenbaulich relevante Stickstoffverluste (N-Verluste) und direkte N2O-Emissionen. Die Höhe ist extrem variabel und abhängig von Klimafaktoren, Management und Bodeneigenschaften. Pflanzenbauliche Klimaschutzmaßnahmen im Bereich der Düngung, Bodenbearbeitung und Fruchtfolge sind im Hinblick auf die Rolle der Denitrifikation kaum erforscht, da der Prozess komplex geregelt und auf der Feldskala schwer messbar ist. Ziel des vorliegenden Antrags ist es daher, pflanzenbaulich praktikable Minderungsmaßnahmen im Hinblick auf N2- und N2O-Emissionen der Denitrifikation für Ackerbausysteme in Deutschland zu identifizieren. In diesem Teilprojekt werden Feld- und Laborexperimente durchgeführt, um Maßnahmen zur Optimierung der flüssig-organischen Düngung und der Einarbeitung von Ernteresten und Zwischenfrüchten auf ihre Wirksamkeit zur Vermeidung von N-Verlusten aus der Denitrifikation hin zu prüfen. Zur Prüfung der Maßnahmen zur Optimierung der flüssig-organischen Düngung wird in einem Parzellenversuch über mehrere Jahre hinweg der der Effekt der Applikation von Rindergülle in einer Mais-Weizen-Fruchtfolge durch Schlitzen mit oder ohne Nitrifikationsinhibitor bzw. Ansäuerung untersucht. N2 und N2O-Emissionen sowie N-Bilanzverluste werden mit verbesserten 15N-Techniken erfasst, zusätzlich erfasst werden u.a. Ammoniakemission, Nitratauswaschung und N-Aufnahme durch die Pflanze. Um die Einarbeitung von Ernteresten und Zwischenfrüchten zu prüfen werden in voll-faktoriellen Laborinkubationsversuchen die Effekte von Einarbeitungsmethoden sowie der Vorzerkleinerung von Ernteresten und Zwischenfrüchten in Abhängigkeit vom Bodenwassergehalt untersucht.
Charakterisierung der Bodenfruchtbarkeit auf der Basis von 45 bodenphysikalischen und bodenchemischen Parametern durch lineare und nichtlineare Regressionsanalysen und deren Beeinflussung durch die Beregnung mit Beregnungswasser unterschiedlicher Qualitaet. Im Vordergrund stehen Fragen zum Einfluss hoher Salzkonzentrationen im Beregnungswasser am Beispiel des Rheinwassers. Zur Charakterisierung der Salzdynamik wird die Sorption und Desorption von Na und Cl an Bodenaggregaten unterschiedlicher Korngroesse und Stabilitaet verfolgt. Ein weiterer Untersuchungsschwerpunkt betrifft die Stickstoffdynamik (N-min, N-org, N-Fix. und N- Freisetzung) in diesen Versuchen unter besonderer Beruecksichtigung des Zwischenfruchtanbaus. Zur Charakterisierung der Bodenfruchtbarkeitsparameter werden die konventionellen Methoden der Bodenanalytik verwendet, die zur Charakterisierung der N-Dynamik im Boden um den Einsatz von biochemischen Methoden zur Charakterisierungder verschiedenen organischen N-Fraktionen im Boden, auch unter dem Einsatz von Isotopen, erweitert werden (Gefaess- undFeld-Versuche).
Das Projekt BE-Cult wird sich mit der Biodiversität von nitratammonifizierenden (syn. Dissimilatorischen Nitrat-zu-Ammoniumreduzierenden, DNRA) Bakterien in Böden von wenig und intensiv genutzten Grünländern der Biodiversitätsexploratorien (BEs) an allen Grünland-VIPs (very intensively studied plots) beschäftigen. Die Funktion Stickstoff (N) durch DNRA-Bakterien im Boden zu halten, wurde lange Zeit nur wenig wahrgenommen und die quantitative Rolle bei der Lachgas-Freisetzung aus Böden nicht untersucht. Aus diesem Grund gibt es umfassende Informationen zur Biodiversität und Ökophysiologie von denitrifizierenden aber nicht zu DNRA-Boden- Mikroorganismen. Die Konsequenz dieser historischen Entwicklung ist, dass heute wenig über die Ökophysiologie und Bedeutung der DNRA Bakterien im N-Kreislauf terrestrischer Ökosysteme bekannt ist. Im Gegensatz zu den DNRA-Bakterien, bilden Dentrifikanten N-haltige Gase als Endprodukt ihres Stoffwechsels, die substantiell zum N-Verlust in Böden beitragen. Dahingegen reduzieren DNRA Bakterien Nitrat hauptsächlich zu Ammonium, das im Boden verbleibt und als wichtiger Pflanzennährstoff dient. Beide Bakteriengrupppen bilden das potente Treibhausgas Lachgas und tragen damit zur globalen Erwärmung bei. Das Hauptanliegen des Projektes BE-Cult ist es den Einfluss der Landnutzungsintensität auf diese wichtigen Mikroorganismen im N-Kreislauf von Böden zu untersuchen. In einem Hochdurchsatz-Kultivierungs-Ansatz (einschl. MALDI TOF MS für eine schnelle Stammidentifikation und verschiedene Tests zur physiologischen Charakterisierung des Nitrat- Stoffwechsels) werden über 10.000 Reinkulturen charakterisiert und entsprechend ihrer Phylogenie und Nitrat-Physiologie gruppiert. Aus dieser Stammsammlung werden 100 Isolate genom-sequenziert. Basierend auf den genomischen Informationen werden PCR-Primer funktioneller Genmarker entwickelt und verbessert um dann die funktionellen Genmarker in DNA-Extrakten der Grünland-VIPs zu quantifizieren. Zusammen mit Partnern in den BEs wird die relative Bedeutung der DNRA-Bakterien (insbesondere ihrer relativen Aktivität im Vergleich zu Denitrifikanten) in Meta-Transkriptom Datensätzen evaluiert. Letztendlich werden die so gewonnen Daten in multivariaten Analysen bestehend aus funktionellen Genmarker-Abundanzen, physiologischen 'traits' und auch abiotischen wie biotischen Parametern verwendet um die Verteilungsmuster von DNRA Bakterien in Böden zu erklären und ihre ökologischen Nischen besser definieren zu können.
Wasserverfügbarkeit als Basis allen Lebens ändert sich in Raum und Zeit, besonders in der heutigen und zukünftigen anthropogen beeinflussten Umwelt. Gegenwärtig verhindern spezifische Wissenslücken ein vollständiges mechanistisches Verständnis der Wechselwirkungen von Pflanzenwurzeln, Bodenmikroben und bodenhydraulischen Eigenschaften. Um diese Wissenslücken zu schließen, vereint dieses Vorhaben komplementäre Expertisen dreier Teams, die die Interaktion zwischen Bodentextur, Pflanzenwurzeln und Arbuskulären Mykorrhizapilzen (AMP) und deren Konsequenz für die Stressantwort von Pflanzen (Tomaten) unter Bodentrockenheit untersuchen. Das Projekt setzt sich aus drei eng verknüpften Arbeitspaketen (AP) zusammen. AP1 untersucht, wie AMP (i) die Photosynthese, (ii) die bodenhydraulischen Eigenschaften auf makroskopischer und der Porenskala beeinflussen und (iii) wie AMP Bodenwasser und Bodenphosphor für Pflanzen mobilisieren. Hierfür werden Synchrotron Röntgencomputertomografie und stabile (Deuterium), sowie radioaktive (Tritium, 32P, 33P) Isotopentechniken entlang eines Bodentextur- und Bodenfeuchtegradienten eingesetzt. In AP2 wird ein vollautomatisiertes Druckkammersystem eingesetzt, um die Beziehung zwischen Transpiration und Xylemwasserpotential in intakten Pflanzen entlang eines Bodenfeuchtegradienten in verschiedenen Texturen zu untersuchen. Zusätzlich werden Isotopenmarkierungen von Kohlenstoff (13C) und mobilem Stickstoff (15NO3-) kombiniert, um zu verstehen wie Ressourcenflüsse zwischen Pflanzen und Böden unter Trockenheit durch AMP beeinflusst werden. Um räumliche Abhängigkeiten des Ressourcenaustauschs in der Symbiose zu untersuchen, werden Neutronenradiografie mit 13C Markierungen kombiniert und in Pflanzversuchen eingesetzt, um zu zeigen in welcher Weise Pflanzen ihren Kohlenstoff zur Wasserakquise unterirdisch verteilen. Dies erfolgt in Pflanzsystemen, die eine heterogene Texturverteilung im Boden bereitstellen. AP3 nutzt die Daten der vorherigen APs um ein AMP-Infektionsmodul für funktional-strukturelle Pflanzenmodelle zu entwickeln, das die Einflüsse vom AMP auf Wachstum und Wurzelarchitektur quantifizieren kann. Weiterhin werden Pflanzenwasser- und Nährstoffaufnahme modelliert. Die Wasser- und Nährstoffflüsse im System werden als dynamische Größen quantifiziert unter der Berücksichtigung von Feedbacks zwischen Wurzeln, AMP und bodenhydraulischen Eigenschaften. Basierend auf diesen Modellen wird die Kohlenstoffinvestition von Pflanzen zur Ressourcenakquise durch Wurzeln und AMP bilanziert. Dieses Projekt wird unser mechanistisches Verständnis stärken, in welcher Weise die kosmopolitisch auftretenden AMP zur Pflanzentrockentoleranz in verschiedenen Bodentexturen beitragen können.
Denitrifikation ist ein Schlüsselprozess, welcher Stickstoff (N) als N2 und NOx aus Böden wieder der Atmosphäre zuführt und damit den globalen N-Kreislauft schließt. Obgleich organische Bodensubstanz (OM) während der Denitrifikation als Elektronendonator fungiert, ist wenig über den Einfluss der Menge, Qualität sowie räumlicher und zeitlicher Zugänglichkeit der OM auf Denitrifikationsprozesse bekannt. Derartige Informationen sind jedoch für das Verständnis und die Vorhersage von 'hot-spot' und 'hot-moments' der Stickstoffemissionen aus Agrarböden von zentraler Bedeutung. Das vorliegende Projekt widmet sich Untersuchungen zum Einfluss der Herkunft und chemischen Zusammensetzung des organischen Materials auf Denitrifikationsprozesse. Insbesondere sollen die Auswirkungen spezifischer funktioneller OM-Fraktionen (gelöste, partikuläre und mineralassoziierte OM) auf den Beginn und das Ausmaß der Denitrifikation als auch auf die resultierenden Gasprodukte in definierten Inkubationsexperimenten untersucht werden. Durch Inkubation unterschiedlicher organischer Substrate als auch Bodenaggregatfraktionen sollen Denitrifikationsraten und minimale Sauerstoffkonzentrationen ermittelt sowie die Lokalisation der Denitrifikationsaktivitäten bestimmt werden. Die räumliche Verteilung der OM in Aggregaten wird dabei mittels Dünnschliffe und mikroskopischer Verfahren erfasst. Basierend auf den Eigenschaften der OM, welche aus der Elementaranalytik, 13C-NMR- und Röntgenphotoelektronenspektroskopie abgeleitet werden, und den Inkubationsexperimenten soll ein Qualitätsindex für die OM für die Implementierung in Denitrifikationsmodelle entwickelt werden.
Die Stickstoff-Gesamtbilanz (synonym: Hoftorbilanz, Sektorbilanz, Stoffstrombilanz) für die Landwirtschaft umfasst die drei Komponenten: Flächenbilanz (Pflanzen- bzw. Bodenproduktion), Stallbilanz (tierische Erzeugung) und Biogasbilanz (Erzeugung von Biogas). Für regionale Gliederungen unterhalb der Ebene des Bundesgebietes, das heißt für Bundesländer, Kreise oder Gemeinden, können nach wie vor aufgrund der eingeschränkten Datenverfügbarkeit im Regelfall nur Flächenbilanzen ermittelt werden. Grundsätzlich ist an regionalisierte Bilanzierungen die Forderung zu stellen, dass sich mit der jeweiligen Methodik ein annähernd identischer Wert des Flächenbilanzüberschusses berechnet (in der Summe über alle regionalen Einheiten im Bundesgebiet) wie für Deutschland als Ganzes. Die Zeitreihe des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL 2024) für das Bundesgebiet ist dabei als Referenzwert anzusehen. Der N-Überschuss der Flächenbilanz entspricht der Differenz zwischen den N-Zufuhren und den N-Abfuhren auf der landwirtschaftlich genutzten Fläche der Kreise während eines Bilanzjahres. In der vorliegenden Berechnung beinhaltet der Flächenbilanz-Überschuss den Eintrag von Stickstoff in den Boden (i) ohne Abzug der NH3-Verluste, die bei der Ausbringung von Wirtschaftsdünger, Gärresten und Mineraldünger auf der Fläche auftreten, sowie (ii) ohne Abzug von N2-, NOX- und N2O-Emissionen aus dem Boden, die in Folge von Nitrifikation und Denitrifikation entstehen. Weiterhin werden die N-Verluste infolge des Abbaus der organischen Bodensubstanz in anmoorigen und Moor-Böden unter Acker- und Grünland-Nutzung nicht berücksichtigt.
Die Hangneigung entspricht dem sogenannten Hangneigungswinkel und ist die Neigung der Geländeoberfläche gegenüber der Horizontalen entlang einer Falllinie (maximaler Neigungswinkel des Geländes). Die Karte stellt alle Flächen mit einer Hangneigung größer 20 Prozent in einer Rasterauflösung von 5 m dar. Sind mehr als 30% der Fläche eines Grünlandschlages oder eines Ackerschlages mit mehrschnittigem Feldfutterbau in Bereichen mit einer Hangneigung größer 20 Prozent, ist der Schlag von den Vorgaben des § 6 Abs. 3 Satz 2 DüV, wonach flüssige organische und flüssige organisch-mineralische Düngemittel, einschließlich flüssiger Wirtschaftsdünger, mit wesentlichem Gehalt an verfügbarem Stickstoff oder Ammoniumstickstoff auf Grünland und auf Ackerflächen mit mehrschnittigem Feldfutterbau ab dem 01. Februar 2025 nur noch streifenförmig auf den Boden aufgebracht oder direkt in den Boden eingebracht werden dürfen, befreit.
Die Stickstoff-Gesamtbilanz (synonym: Hoftorbilanz, Sektorbilanz, Stoffstrombilanz) für die Landwirtschaft umfasst die drei Komponenten: Flächenbilanz (Pflanzen- bzw. Bodenproduktion), Stallbilanz (tierische Erzeugung) und Biogasbilanz (Erzeugung von Biogas). Für regionale Gliederungen unterhalb der Ebene des Bundesgebietes, das heißt für Bundesländer, Kreise oder Gemeinden, können nach wie vor aufgrund der eingeschränkten Datenverfügbarkeit im Regelfall nur Flächenbilanzen ermittelt werden. Grundsätzlich ist an regionalisierte Bilanzierungen die Forderung zu stellen, dass sich mit der jeweiligen Methodik ein annähernd identischer Wert des Flächenbilanzüberschusses berechnet (in der Summe über alle regionalen Einheiten im Bundesgebiet) wie für Deutschland als Ganzes. Die Zeitreihe des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL 2024) für das Bundesgebiet ist dabei als Referenzwert anzusehen. Der N-Überschuss der Flächenbilanz entspricht der Differenz zwischen den N-Zufuhren und den N-Abfuhren auf der landwirtschaftlich genutzten Fläche der Kreise während eines Bilanzjahres. In der vorliegenden Berechnung beinhaltet der Flächenbilanz-Überschuss den Eintrag von Stickstoff in den Boden (i) ohne Abzug der NH3-Verluste, die bei der Ausbringung von Wirtschaftsdünger, Gärresten und Mineraldünger auf der Fläche auftreten, sowie (ii) ohne Abzug von N2-, NOX- und N2O-Emissionen aus dem Boden, die in Folge von Nitrifikation und Denitrifikation entstehen. Weiterhin werden die N-Verluste infolge des Abbaus der organischen Bodensubstanz in anmoorigen und Moor-Böden unter Acker- und Grünland-Nutzung nicht berücksichtigt.
Der in der Landwirtschaft eingesetzte Stickstoffdünger bildet einen zentralen Baustein, um ein stabiles Pflanzenwachstum zu garantieren. Für die landwirtschaftlichen Betriebe bedeutet dies die Sicherung der Erträge und der Wirtschaftlichkeit. Dem entgegen stehen die bekannten negativen Auswirkungen der Stickstoffmengen, welche nicht durch die Pflanze aufgenommen werden, sondern entweder ausgewaschen werden und die Nitratwerte in Gewässern erhöhen, oder in Form von Ammoniak oder Lachgas ausgasen und den Klimawandel begünstigen. Im Vorhaben LiqInject wird ein Gerät entwickelt und zur Serienreife geführt, welches durch ein geeignetes Ausbringverfahren - der Ablage des Düngers in einem tiefen und abgeschlossenen Depot - die negativen Auswirkungen des Stickstoffaustrags minimiert und durch die Erhöhung der Effizienz gleichzeitig eine Reduktion der eingesetzten Düngermenge ermöglicht. Zudem wird die Durchwurzelung der Pflanzen angeregt und damit die Trockenresistenz des Bestands gestärkt. Zum Erreichen des Projektziels sind insgesamt vier Arbeitspakete geplant: Die Etablierung eines Parzellenversuchsgeräts als Vorarbeit zur Durchführung der pflanzenbaulichen Versuche bis zum wissenschaftlichen Nachweis der angesprochenen Vorteile in der landwirtschaftlichen Praxis. Die nach dem aktuellen Stand der Vorarbeiten bestehenden technischen Lösungen werden optimiert und zu einem serienreifen Produkt weiterentwickelt. Die dazu nötige Applikationstechnik wird konzipiert und aufgebaut. Als Ergebnis liefert die Durchführung des Projekts ein für Landwirte und Lohnunternehmer zur Verfügung stehendes Gerät zur Depotdüngung mit flüssigen Substraten, welches bei minimalen negativen Auswirkungen auf die Umwelt gleichzeitig eine gesteigerte Effizienz, Ertragsstabilität und Wirtschaftlichkeit bietet.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 395 |
| Europa | 10 |
| Land | 47 |
| Weitere | 4 |
| Wirtschaft | 3 |
| Wissenschaft | 195 |
| Zivilgesellschaft | 10 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 382 |
| Text | 27 |
| unbekannt | 9 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 23 |
| Offen | 393 |
| Unbekannt | 2 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 386 |
| Englisch | 103 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 1 |
| Bild | 6 |
| Datei | 2 |
| Dokument | 9 |
| Keine | 311 |
| Webdienst | 2 |
| Webseite | 102 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 379 |
| Lebewesen und Lebensräume | 412 |
| Luft | 267 |
| Mensch und Umwelt | 418 |
| Wasser | 288 |
| Weitere | 415 |