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Institut für Bio- und Geowissenschaften

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Nachhaltiges Unterbodenmanagement

Das Gesamtprojekt Soil3 untersucht ob und in welchem Ausmaß Felderträge durch Unterbodenmanagement gesichert oder gesteigert werden können, indem die Wasser- und Nährstoffeffizienz der landwirtschaftlichen Nutzpflanzen erhöht wird. Die zentrale Hypothese dabei lautet, dass die Wasser- und Nährstoffaufnahme aus dem Unterboden verstärkt werden kann, wenn günstige Bedingungen, wie niedriger Eindringwiderstand, Nährstoff-Hotspots oder Zugang zu gespeichertem Wasser, Pflanzen dazu anregen in Wurzeln zu investieren, die den Unterboden erschließen.
Innerhalb des Verbundprojektes Soil3 wird konkret getestet, wie das gesamte Bodenvolumen (Akronym Soil3) durch unterschiedliche Maßnahmen für die agrarische Nutzung optimiert werden kann. In einer Kombination von tiefwurzelnden Vorkulturen mit technischen Entwicklungen sollen die bodenchemischen, physikalischen und biologischen Eigenschaften des Unterbodens für das Pflanzenwachstum verbessert werden. Hierbei wird der Unterboden mit einer Grabenfräse heterogenisiert und organisches Material wird in den Unterboden eingebracht. Inventur und Analyse von Metadaten aus Dauerversuchsstandorten sowie Daten der Bodenzustandserhebung sollen Aufschluss über Nährstoffzustände im Unterboden geben
Das Projektkonsortium besteht aus 10 Forschergruppen aus 6 deutschen Forschungseinrichtungen (Uni Bonn, TU München, FZ Jülich, FU Berlin, Thünen Institut, Ecologic).

Koordination:
Prof. Wulf Amelung (Universität Bonn)
Prof. Ingrid Kögel-Knabner (Technische Universität München).

Soil3

Der Fokus des Jülich Partners ist die Detektion der Wasserdynamik im Unterboden sowie der Aufnahme von ausgesuchten Nährstoffen aus dem Unterboden.

Zu diesem Zweck werden wir (i) ein virtuelles Boden-Wurzel-System entwickeln, mit welchem auf Einzelpflanzenebene Szenarien über den Effekt des Unterbodenmanagements auf die Wasser- und Nährstoffaufnahmeeffizienz simuliert werden können, sowie desweiteren die Ergebnisse dieser Simulationen für die Parameterisierung von Modellen auf der Feldskala nutzen, (ii) analytische Werkzeuge entwickeln, um erstmals die Pflanzenaufnahme und -nutzungseffizienz von wichtigen Vertretern der Erdalkalimetalle (Mg; kationischen Makronährstoff), Übergangsmetalle (Fe, kationischer Mikronährstoff) und Halbmetalle (B, anionischer Mikronährstoff) aus dem Unterboden zu erfassen, sowie Indikatoren finden, unter welchen Bedingungen auf ausgesuchten Feldversuchen eine Nährstoffaufnahme o.g. Elemente aus dem Unterboden erfolgt, und (iii) mit Hilfe großskaliger dreidimensionaler elektromagnetischer Induktion (EMI) und Georadar-Messungen die physikalischen Eigenschaften des Ober- und Unterbodens charakterisieren sowie durch selektive EMI-, Georadar- und Bodenfeuchte-Monitoringsmessungen die Wasserverteilung auf der Feldskala hochskalieren.
Durch den system- und prozessbezogenen Ansatz und die Entwicklung der beschriebenen analytischen und modelltechnische Verfahren zur Beschreibung des Wasser- und Nährstoff-haushaltes im Unterboden wird ein Skalenübergang von der Einzelwurzel- über die Boden-Pflanzenebene zur Management-Skala erzielt. Dadurch können anwendungsbezogene Optimierungstools mittelfristig auf eine prozess- und modellbasierte Grundlage gestellt werden.

Principal Investigator Jülich Partner:
Dr. Anne E. Berns
Tel. : +49 2461 61 5656
Email: a.berns@fz-juelich.de


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