Zusammenfassung
Die Forschergruppe setzt sich zum Ziel, Nährstofftransformations- und transportvorgänge im Unterboden landwirtschaftlich genutzter Flächen unter Einbeziehung der Bioporenentwicklung, der Gefügedynamik, mikrobieller Aktivität, Wassertransportdynamiken und Nährstofftransformationen zu beschreiben und zu quantifizieren.
Auf einem tiefgründigen Lössboden wurden Feldversuche angelegt, in dem drei verschiedene perennierende Futterpflanzen mit unterschiedlichen Wurzelsystemen (homorhizes im Vergleich zu allorhizen Wurzelsystemen: Rohrschwingel, Festuca arundinacea; Luzerne, Medicago sativa L.; Wegwarte, Cichorium intybus L.) zur Bildung von Bioporen unterschiedlicher Größe und Dichte im Unterboden angebaut werden. Es wird angenommen, dass die Entwicklung der Bioporensysteme von der Anbaudauer dieser Vorfrüchte (ein bis drei Jahre) abhängt. In on-site-Untersuchungen kommen verschiedene nicht-invasive Techniken in Abstimmung mit Standardverfahren zur Erfassung des Bodengefüges, der Wasserbewegungen und des Wurzelwachstum zum Einsatz (CT, EIT, NMR-Methoden und angepasste Endoskopie).
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Präsentation: Crop Sequence and the Nutrient Acquisition from the Subsoil: Introduction and Overview |
Isotopen-Markierungen mit 13C zeigen die Verteilung von Photoassimilaten in den Wurzelsystemen sowie die räumliche Verteilung von Rhizodepositen auf. In Kompartimentgefäßen werden grundlegende Prozesse pflanzeninduzierter P- und K-Mobilisierung analysiert. Die Dynamik mikrobieller Gemeinschaften und deren Funktion über die Zeit, sowie die Funktion der Bioporen als Lebensraum spezieller mikrobieller Gemeinschaften, die Nährstoffe im Unterboden mobilisieren und immobilisieren, werden quantifiziert. Mikrokosmenversuche werden es uns ermöglichen, den Teil der mikrobiellen Gemeinschaft zu beschreiben, der eine zur Verfügung gestellte 13C-Quelle nutzt. Nährstofffreisetzungen aus organischen Resten werden mit13C-, 14C-, 15N- und 33P- bzw. P18O-markierten Materialien untersucht. 31P-NMR-Spektroskopie und Elektronenmikrosondenanalysen werden eingesetzt, um P-Bindungsformen in verschiedenen Bodenkompartimenten zu identifizieren. Ein Teil dieser Proben wird ebenfalls im Hinblick auf eine Besiedelung mit arbuskulären Mykorrhiza (AM) geprüft. Die P-Aufnahme aus markierten Bioporen wird durch den Einsatz von 33P-Radioisotopen bemessen, wobei δ18O-Analysen isolierter Erde und Pflanzenphosphate mittels einer IRM-Massenspektrometrie untersucht werden. 15N-markiertes Pflanzenmaterial bzw. 15NO3 wird eingesetzt, um die Funktion des nicht austauschbarenNH4+ im Unterboden für die Ernährung der Feldfrüchte zu klären. Für die Bestimmung der aus dem Unterboden aufgenommenen Anteile verschiedener Nährstoffe kommen Isotopenverdünnungsmethoden zum Einsatz. In einem zweistufigen Ansatz werden die Ergebnisse der verschiedenen Teilprojekte, die das Bioporensystem, die Nährstoffpools und die Nährstoffflüsse im Boden bestimmen, zur Entwicklung eines System-Modells auf der Feldskala genutzt.
Wir erwarten, dass unsere Forschung zu einer effizienteren Nutzung der Nährstoffressourcen aus dem Unterboden in zukünftigen landwirtschaftlichen Systemen beitragen wird.