Erhöhung der landwirtschaftlichen Nährstoffnutzungseffizienz durch Optimierung von Pflanze-Boden-Mikroorganismen-Wechselwirkungen

Förderkennzeichen: 031B0508A-H
Ansprechpartner: Prof. Dr. N. Brüggemann, Forschungszentrum Jülich GmbH in der Helmholtz-Gemeinschaft
Mail: n.brueggemann@fz-juelich.de
Projektpartner: Freie Universität Berlin, Helmholtz Zentrum München, Universität zu Köln, Universität Kiel, Leuphana Universität Lüneburg, Hochschule für Wirtschaft und Umwelt Nürtingen-Geislingen, Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg
Laufzeit: 01/05/2015 – 30/04/2021

Homepage: http://www.inplamint.de/inplamint/EN/Project/Project_node.html

Projektziel

Im Mittelpunkt steht das Verständnis zentraler Mechanismen der Interaktionen im System Pflanze-Boden-Mikroorganismen unter Berücksichtigung von Fruchtwechsel, Bodentyp, Düngung, Temperatur und Feuchte. Ziel ist die Verbesserung der Bodenfunktionen und Nährstoffnutzungseffizienz in der Nahrungsmittelproduktion, sowie die Entwicklung optimierter Anbaustrategien.

Hintergrund

Exzessiver Einsatz von Dünger in der Landwirtschaft ist ursächlich für Nährstoffungleichgewichte, die zu Nährstoffverlusten und damit zur Gefährdung von Oberflächen- und Grundwasser führen, sowie die Treibhausgasfreisetzung in die Atmosphäre fördern. Ziel nachhaltiger Landwirtschaft muss daher die Reduktion ineffizienter Nährstoffnutzung sein, ohne dabei die Produktivität und Qualität zu mindern. Grundlegende Motivation ist die Entwicklung neuer Anbaustrategien auf Basis einer Optimierung der Interaktionen im Nährstoffkreislauf zwischen Pflanze und Mikroorganismen, sowie des Düngezeitpunktes und Zugabe von Bodenzusatzstoffen.

Ergebnisausblicke

Der stark interdisziplinäre Ansatz des Vorhabens wird eine wissensbasierte Bewertung des Potenzials von Pflanze-Boden-Mikroorganismen-Interaktionen ermöglichen und zur Steigerung der Nährstoffnutzungseffizienz in der Landwirtschaft beitragen. Auf dieser Basis werden nachhaltige Nutzungsoptionen entwickelt, die zu einer Verringerung der landwirtschaftlichen Nährstoffverluste führen und die Umwelt entlasten. Letztlich werden dadurch Funktionen und Leistungen landwirtschaftlicher Systeme auch auf regionaler Ebene gesichert und optimiert.

 

Zwischenergebnisse aus Phase 1

 

Die erste Phase zeigte, dass das landwirtschaftliche Management einen entscheidenden Einfluss auf die Zusammensetzung und Funktionalität des Bodenmikrobioms hat.

Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die C:N:P-Stöchiometrie eine wichtige Rolle für die N-Bindung und die N-Umsetzungen im Boden spielt, und damit einen entscheidenden Einfluss auf Pflanze-Mikroorganismen-Konkurrenz um Nährstoffe haben könnte.

Im Feldversuch konnte nachgewiesen werden, dass sich N-Überschüsse nach Winterraps und Ackerbohne wirksam mithilfe von Weizenstroh und Sägemehl mit hohem C:N-Verhältnis binden lassen, dass dieser gebundene Stickstoff allerdings nicht vollständig im Folgejahr, sondern überwiegend erst im übernächsten Jahr wieder pflanzenverfügbar wird.

Die sozioökonomische Analyse zeigte, dass ein verbreiteter Einsatz von Weizenstroh und Sägemehl zur Bindung von N-Überschüssen in der Landwirtschaft in Konkurrenz zu alternativen Verwertungspfaden, insbesondere der bioenergetischen Nutzung, stehen würde.

 

Ergebnisausblick Phase 2

 

Der Schwerpunkt der zweiten Phase liegt auf Untersuchungen zu den stöchiometrischen Nährstoffbeziehungen zwischen Pflanze, Boden und Mikroorganismen. Hierzu werden folgende Aspekte näher untersucht:

(1) Einfluss des Zeitpunkts der Düngung und von Bodenzusatzstoffen mit hohem C:N-Verhältnis auf die Nährstoffnutzungseffizienz; (2) Analyse der Funktions-/Wirkungsmerkmale von Mikroorganismen in Reaktion auf unterschiedliche Bodenbehandlung; (3) Direkte Auswirkungen von Pflanzen auf die Aktivität des Bodenmikrobioms; (4) Indirekte Auswirkungen der Vorfrucht auf das Bodenmikrobiom; (5) Vertiefung unseres Verständnisses von C:N:P-Stöchiometrie-Effekten, mit Schwerpunkt auf N:P-Verhältnissen; (6) Nährstofffreisetzung aus Bodenzusatzstoffen.