Erhöhte Stickstoffnutzungseffizienz in der Landwirtschaft durch Zwischenfrüchte als Produzenten natürlicher Nitrifikationsinhibitoren

Description: Agarsysteme in industrialisierten Ländern stehen vor großen Herausforderungen: Sie sollen den zunehmenden Nahrungsmittelbedarf bei gleichzeitiger Reduktion von Umweltbelastungen durch Düngemittel decken. Der Einsatz synthetischer Stickstoff (N)-Düngemittel hat die Produktivität der landwirtschaftlichen Pflanzenproduktion erhöht. Jedoch führt die geringe Nutzungseffizienz von N-Düngemitteln zu N-Verlusten durch Nitratauswaschung und N-Emissionen und damit zur Belastung von Grundwasser und Atmosphäre. Die Entwicklung von Strategien zur Optimierung des Düngungsmangements und zur Verhinderung solcher N-Verluste stimmen mit einigen der „UN Strategic Development Goals“ (SDGs) überein, nämlich die globale Erwärmung zu verringern (SDG13), verantwortlich zu produzieren (SDG12), sauberes Wasser zu erhalten (SDG6) und die Biodiversität zu erhöhen (SDG15). Im CATCH-BNI Projekt wird das Potential von Zwischenfrüchten untersucht, Schlüsselfunktionen in der Regulation des N-Kreislaufs in Böden konventioneller und biologischer Landwirtschaft zu übernehmen. Der Nitrifikationsprozess, der Ammonium-N zu Nitrat-N oxidiert und durch Bodenbakterien und Pilze vermittelt wird, führt zu erhöhter Nitratauswaschung und fördert die anschließende Denitrifikation und Bildung von Treibhausgasen (NOx). Während die chemische Hemmung des Denitrifikationsprozesses sich als erfolgreiches Mittel etabliert hat, N-Verluste zu reduzieren, wurde kürzlich gezeigt, dass einige Pflanzenarten in der Lage sind, Wurzelabscheidungen mit nitrifikationshemmender Wirkung abzugeben. Diese biologischen Nitrifikationsinhibitoren (BNI) ermöglichen es, die Strategie der Nitrifikationshemmung unter geringem Kostenaufwand auf eine biologische und nachhaltige Landwirtschaft zu übertragen. In der Tat synthetisieren Zwischenfrüchte BNI, wie z.B. einige Brassicaceen Glucosinolate. Deren Sproßbiomasse kann nach Einarbeitung im Boden zu erhöhter Ammoniumakkumulation in der Bodenlösung führen. Im CATCH-BNI Projekt wird daher untersucht, welche Auswirkungen Zwischenfrüchte mit erhöhtem Potential zur Synthese und Abgabe von BNI auf das Nitrifikationspotential des Bodenmikrobioms haben. Vorrangiges Ziel von CATCH-BNI ist es, innovative Ansätze zu erarbeiten, die die Konversion von Ammonium in Nitrat verlangsamen, um die Ammoniumverfügbarkeit zugunsten verbesserter Ernährungsbedingungen zu erhöhen. Ziele sind i) Zwischenfruchtarten und -genotypen zu identifizieren, die hohe BNI-Aktivitäten in ihren Sproßgeweben oder Wurzelabscheidungen aufweisen, ii) nachzuweisen, wie stark sich N-Formen im Boden durch den Anbau von BNI-produzierenden Zwischenfruchtarten beeinflussen lassen, iii) Bedingungen zu finden, wie sich Ammonium in organischen Düngemitteln durch den Einsatz von Zwischenfrüchten oder deren Biomasse stabilisieren lässt, und iv) die entwickelten Innovationen unter Feldbedingungen zu validieren.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Denitrifikation ? Main ? Ammonium ? Nitrifikationshemmer ? Nitrat ? Organischer Dünger ? Biopharmazeutikum ? Zwischenfrucht ? Globale Nachhaltigkeitsziele ? Bodenbakterien ? Düngemittel ? Grundwasserverschmutzung ? Nitrifikation ? Stickstoff ? Stickstoffemission ? Nitratauswaschung ? Pflanzenart ? Pflanzenproduktion ? Stickstoffdüngung ? Umweltbelastung ? Globale Erwärmung ? Stickstoffeffizienz ? Bodenlösung ? Hemmstoff ? Ökologischer Landbau ? Pflanzenernährung ? Stickstoffkreislauf ? Pilz ? Nachhaltige Landwirtschaft ? Biodiversität ? Landwirtschaft ? Biomasse ? Agrartechnik ? Atmosphäre ? Treibhausgas ? Plant Cultivation ? Nahrungsbedarf ?

Region: Saxony-Anhalt

Bounding boxes: 11.7333° .. 11.7333° x 52° .. 52°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Agencia Estatal de Investigacion (Mitwirkung)
• Centro para el desarrollo tecnologico Industrial (Mitwirkung)
• Department for Environment, Food and Rural Affairs (Mitwirkung)
• Fonds National de la Recherche Scientifique (Mitwirkung)
• John Innes Centre, Department Biochemistry and Metabolism (Mitwirkung)
• Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (Projektverantwortung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)
• Universidad del Pais Vasco, Departamento de Biologia Vegetal y Ecologia (Mitwirkung)
• University of Liege, Department Plant Genetics, Gembloux Agro Bio Tech AgroBioChem (Mitwirkung)

Time ranges: 2021-01-01 - 2024-12-31

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Improved nitrogen use efficiency in agriculture by CATCH crops as producers of Biological Nitrification Inhibitors
  Description: Agrosystems in industrialized countries are confronted with important challenges: they are facing increasing food demand while they are requested to reduce external inputs and to minimize negative environmental impact. The widespread use of synthetic nitrogen (N) fertilizers has promoted the productivity in agricultural plant production. However, due to the low N use efficiency in crop cultivation, the intensive use of N fertilizers entails losses from the plant-soil system via nitrate leaching and/or N gas emissions, leading to water and atmosphere pollution. Strategies aiming at optimizing N fertilizer management and reducing N losses contribute to several of the UN Strategic Development Goals (SDGs) dealing with global warming (SDG13), responsible production (SDG12), clean water (SDG6) and biodiversity (SDG15). In the CATCH-BNI project, we will investigate the potential of catch crops to provide key functions and services in the regulation of N cycling in conventional and organic agrosystems. The nitrification process operated by soil bacteria and archaea leads to rapid conversion of ammonium into nitrate, which is prone to leaching, and associates with denitrification and the production of greenhouse gases (NOx). While chemical inhibition of nitrification has emerged as a tool to limit nitrate losses, several plant species were lately shown to display nitrification inhibiting activities, mostly through release of Biological Nitrification Inhibitors (BNIs). The use of BNIs allows transferring the nitrification inhibition strategy to organic production systems and represents a low-cost alternative to the application of chemical inhibitors. Tissues from certain catch crop species accumulate compounds with BNI activities, which can be used as green manure to improve soil fertility and reduce the speed of nitrification. This is e.g. the case for glucosinolate-containing plant tissues from some Brassicaceae, for which a greater accumulation of ammonium was observed in soils amended with their tissues. In the CATCH-BNI project we will investigate the incorporation of catch crops with BNI potential into crop rotations as a mitigation strategy to slow down nitrification processes and retain ammonium in soils as well as to increase soil N pools for the subsequent target crop.The main objective of the CATCH-BNI project is to design innovative approaches slowing down the conversion of ammonium to nitrate in soils for optimized nutrition of target crops. For this, we aim at: i) identifying catch crop plant species and/or cultivars with BNI activities in their root exudates and/or root and shoot tissues; ii) understanding how efficiently the N cycle is impacted by the use of BNI-producing catch crops and how the target crops perform (yield and NUE); iii) determining the best options and modalities to stabilize organic fertilizers with BNI plant material and iv) validating in real-field conditions the proposed innovations. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1140423

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/459536758 (Webseite)

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