FOR 1320:  "Crop Sequence and Nutrient Acquisition from the Subsoil"

• Fachliche Zuordnung: Agrar-, Forstwissenschaften und Tiermedizin
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 135946177

Die Forschergruppe setzt sich zum Ziel, Nährstofftransformations- und -transportvorgänge im Unterboden landwirtschaftlich genutzter Flächen unter Einbeziehung der Bioporenentwicklung, der Gefügedynamik, mikrobieller Aktivität und Wassertransportdynamiken zu beschreiben und zu quantifizieren.
Auf einem tiefgründigen Lössboden wurden Feldversuche angelegt, in denen drei verschiedene perennierende Futterpflanzenarten mit unterschiedlichen Wurzelsystemen zur Bildung von Bioporen unterschiedlicher Größe und Dichte im Unterboden angebaut werden. Es wird angenommen, dass die Entwicklung der Bioporensysteme nicht nur von der Art der Futterpflanzen, sondern auch von der Anbaudauer dieser Vorfrüchte (ein bis drei Jahre) abhängt. In den Untersuchungen kommen verschiedene nicht invasive Techniken in Abstimmung mit Standardverfahren zur Erfassung des Bodengefüges, der Wasserbewegungen und des Wurzelwachstums zum Einsatz (CT, EIT, NMR-Methoden und angepasste Endoskopie).
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 Funktion der Bioporen als Lebensraum spezieller mikrobieller Gemeinschaften sowie die Dynamik mikrobieller Gemeinschaften und deren Funktion über die Zeit, werden quantifiziert. Mikrokosmenversuche ermöglichen, jenen Teil der mikrobiellen Gemeinschaft zu beschreiben, der eine zur Verfügung gestellte 13C-Quelle nutzt.
Nährstofffreisetzungen aus organischen Resten werden mit 13C-, 14C-, 15N- und 33P- bzw. P18O-markierten Materialien untersucht. 31P-NMR-Spektroskopie und Elektronenmikrosondenanalysen identifizieren P-Bindungsformen in verschiedenen Bodenkompartimenten. Ein Teil dieser Proben wird ebenfalls im Hinblick auf eine Besiedelung mit arbuskulärer Mykorrhiza (AM) geprüft. Die P-Aufnahme aus markierten Bioporen wird durch den Einsatz von 33P-Radioisotopen bemessen. 15N-markiertes Pflanzenmaterial bzw. 15NO3 wird eingesetzt, um die Funktion des nicht austauschbaren NH4+ im Unterboden für die Ernährung der Feldfrüchte zu klären.
In einem zweistufigen Ansatz werden die Ergebnisse der verschiedenen Teilprojekte zur Entwicklung von Modellen auf der Pflanzen- und auf der Feldskala genutzt. Es wird erwartet, dass die Arbeiten zu einer effizienteren Nutzung der Nährstoffressourcen aus dem Unterboden in zukünftigen landwirtschaftlichen Systemen beitragen werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen

Projekte

• Bioaccessibility of phosphorus in the subsoil (SubsoilP) (Antragsteller Amelung, Wulf )
• Biopores in the subsoil: Formation, nutrient turnover and effects on crops with distinct rooting systems (BioFoNT) (Antragsteller Köpke, Ulrich )
• Dynamics of soil structure and physical soil functions and their importance for the acquisition of nutrients from the subsoil (Antragsteller Horn, Rainer )
• Microbial community structure and function in different habitats of subsoils and their role in nutrient mobilization and plant growth (MicroSub) (Antragsteller Munch, Jean Charles )
• Modelling nutrient acquisition from the sub-soil for different crops with specific consideration of bio-pores (NutrAcMod) (Antragsteller Ewert, Frank )
• Modelling root uptake processes in heterogeneous soils at the plant scale with a specific attention to biopores and rhizosphere impact on nutrient acquisition (Antragsteller Vanderborght, Jan )
• Non-destructive characterization and monitoring of root structure and function at the rhizotron and field scale using spectral electrical impedance tomography (ImpTom) (Antragsteller Kemna, Andreas ;  Walter, Achim )
• Non-exchangeable NH4-N in the subsoil:Significance for the N nutrition of plants (NitroNex) (Antragsteller Scherer, Heinrich Wilhelm )
• Plant induced weathering of minerals in the subsoil - release of 'non-exchangeable' potassium from 2:1 layer minerals (TransMinK) (Antragsteller Jahn, Reinhold )
• Rhizodeposition is the main source of carbon and energy for nutrient mobilization in subsoil (RhizoCNP) (Antragsteller Kuzyakov, Yakov )
• Water as medium for nutrient distribution: Monitoring water distribution between subsoil and topsoil considering roles of biopores and plants, by MRT and pressure probes (WatMed) (Antragstellerin Schneider, Heike )

• Sprecher: Professor Dr. Ulrich Köpke