Nachhaltiges Nährstoffmanagement

Forschungsziele

Leitung: Dr. Diana Heuermann

Übermäßiger Düngemitteleinsatz zählt zu den großen Problemen in der modernen Landwirtschaft. Speziell Stickstoffverluste stehen im Zentrum der öffentlichen Wahrnehmung, können doch Nitratausträge schwerwiegende Folgen für Gewässerqualität und deren Organismen haben oder gasförmige Stickstoffemissionen (z.B. Lachgas) den Treibhauseffekt verstärken. Unsere Arbeit verfolgt das Ziel, die Nährstoffnutzung im Agrarsystem zu verbessern. Dabei konzentrieren wir uns auf eine Optimierung der Fruchtfolgegestaltung durch den Einsatz von Zwischenfrüchten. Welche Unterschiede existieren in der Nährstoffaufnahmekapazität einzelner Zwischenfruchtarten? Welche Wurzeleigenschaften und Nährstoffmobilisierungsstrategien von Zwischenfrüchten erhöhen die Nährstoffnutzung in der Fruchtfolge? Und wie effektiv unterstützen Reinsaaten vs. Mischungen die Ernährung der Hauptfrucht?

Ausgehend von diesen Fragestellungen suchen wir nach den dahinterstehenden Mechanismen. Dazu erstellen wir artspezifische Tiefenprofile der Wurzelmasseverteilung von Zwischenfrüchten im Feldversuch und charakterisieren deren Wurzelabscheidungen. Mithilfe gezielter Wachstums-Assays untersuchen wir den Einfluss dieser Wurzelabscheidungen auf die Wurzelentwicklung und die Nährstoffverfügbarkeit der Hauptfrucht und führen umfassende Stickstoffübertrags- und Stickstoffverlustanalysen in der Fruchtfolge durch.

Wir wollen verstehen, welche Wurzel- und Nährstoffaneignungsmechanismen eine gute Zwischenfrucht auszeichnen, ihren Einsatz in der Fruchtfolgegestaltung optimieren und damit langfristig einen Beitrag zur Reduktion des Düngemitteleinsatzes in der Landwirtschaft leisten.

Projekte

CATCHY - Catch-cropping as an agrarian tool for continuing soil fertility and yield increase

Das Projekt CATCHY wird durch die BMBF-Initiative BonaRes (Boden als nachhaltige Ressource für die Bioökonomie) gefördert. Zusammen mit einem interdisziplinären Team untersuchen wir den Einfluss von Zwischenfrüchten auf pflanzenverfügbare Nährstoffpools, auf Bodenfruchtbarkeitsparameter, auf biologische Funktionen von Mikroorganismen im Wurzelraum, und auf agronomische Kenngrößen und die Ertragsbildung der Hauptfrüchte in einer Langzeitrotation an zwei Standorten in Deutschland. Unsere Gruppe spielt in diesem Konsortium eine zentrale Rolle, da die Interaktion zwischen Pflanze und Boden eine enorme Bedeutung für die Nährstoffaufnahme hat, welche wiederum die spätere Biomasse- und Ertragsbildung beeinflusst. Wir konnten zum Beispiel in Zusammenarbeit mit der Leibniz Universität Hannover zeigen, dass Zwischenfrüchte in größeren Bodentiefen noch ausreichend Wurzelmasse bilden müssen, um dortige Nährstoffpools effizient zu nutzen (Heuermann et al. 2019, Sci Rep). Gemeinsam mit Partnern der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf und der Deutschen Saatveredelung AG fanden wir heraus, dass die Nährstoffakkumulation einer Zwischenfruchtmischung widerstandsfähiger gegen schwankende Umweltbedingungen ist als die von Reinsaaten und dass Mischungen einen höheren Nährstoffübertrag zur Hauptfrucht liefern. Wir beobachteten sogar, dass Wurzelabscheidungen verschiedener Zwischenfrüchte die Wurzelverteilung der Hauptfrucht Mais beeinflussten und arbeiten derzeit zusammen mit Partnern der Universität Bremen an der Charakterisierung der Bedeutung des Bodenmikrobioms in diesem Prozess.

Partner:         

  • Deutsche Saatveredelung AG (D. Schweneker, U. Feuerstein)
  • Hochschule Weihenstephan-Triesdorf (B. Bauer)
  • Hochschule Weihenstephan-Triesdorf (P. Breunig)
  • Leibniz Universität Hannover (N. Gentsch, J. Boy, G. Guggenberger)
  • Universität Bremen (T. Hurek, B. Reinhold-Hurek [Koordinatorin])

Publikationen

Autor
Titel
2024

Gentsch N, Riechers F L, Boy J, Schweneker D, Feuerstein U, Heuermann D, Guggenberger G:

Cover crops improve soil structure and change organic carbon distribution in macroaggregate fractions. SOIL 10 (2024) 139-150. https://dx.doi.org/10.5194/soil-10-139-2024

2023

Bouaoui G:

Identification of physiological and morphological characteristics for phosphorus accumulation in different catch crop species. (Master Thesis) Morocco, Mohammed VI Polytechnic University, School of Agriculture, Fertilization, and Environmental Sciences (2023) 40 pp.

Groß J, Gentsch N, Boy J, Heuermann D, Schweneker D, Feuerstein U, Brunner J, von Wirén N, Guggenberger G, Bauer B:

Influence of small-scale spatial variability of soil properties on yield formation of winter wheat. Plant Soil 493 (2023) 79-97. https://dx.doi.org/10.1007/s11104-023-06212-2

Heuermann D:

Biologische Ammoniumstabilisierung durch Zwischenfrüchte. Innovation 2 (2023) 10-11.

Heuermann D, Döll S, Schweneker D, Feuerstein U, Gentsch N, von Wirén N:

Distinct metabolite classes in root exudates are indicative for field- or hydroponically-grown cover crops. Front. Plant Sci. 14 (2023) 1122285. https://dx.doi.org/10.3389/fpls.2023.1122285

Huch C:

Charakterisierung des Einflusses der Stickstoffernährung und von Zwischenfrüchten mit hoher nitrifikationshemmender Wirkung auf den Nitrifikationsprozess im Boden und auf die Stickstoffeffizienz von zwei Sommerweizengenotypen. (Bachelor Thesis) Jena, Ernst-Abbe-Hochschule, Fachbereich Medizintechnik und Biotechnologie (2023) 40 pp.

2022

Gentsch N, Heuermann D, Boy J, Schierding S, von Wirén N, Schweneker D, Feuerstein U, Kümmerer R, Bauer B, Guggenberger G:

Soil nitrogen and water management by winter-killed catch crops. SOIL 8 (2022) 269-281. https://dx.doi.org/10.5194/soil-8-269-2022

Heuermann D:

Zwischenfrüchte liefern Ernährungsvorteil für Mais. Innovation 3 (2022) 14-15.

Heuermann D:

Aktive Nährstoffmobilisierung - Nährstoffe erschließen und nutzen. Lebendige Erde 3 (2022) 34-35.

Heuermann D, Gentsch N, Guggenberger G, Reinhold-Hurek B, Schweneker D, Feuerstein U, Heuermann M C, Groß J, Kümmerer R, Bauer B, von Wirén N:

Catch crop mixtures have higher potential for nutrient carry-over than pure stands under changing environments. Eur. J. Agron. 136 (2022) 126504. https://doi.org/10.1016/j.eja.2022.126504

Simon A:

Einfluss von Zwischenfrüchten auf die Nitrifikationsprozesse im Boden. (Bachelor Thesis) Köthen, Hochschule Anhalt, Fachbereich Angewandte Biowissenschaften und Prozesstechnik (2022)

2021

Heuermann D, Hahn H, von Wirén N:

Seed yield and nitrogen efficiency in oilseed rape after ammonium nitrate or urea fertilization. Front. Plant Sci. 11 (2021) 608785. https://dx.doi.org/10.3389/fpls.2020.608785