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DFG Trilateral collaboration Deutschland-Israel-Palestine: Nematodes as potential vectors for human pathogens

Outbreaks of foodborne illness linked to consumptions of fresh, or partially processed, agricultural products are a growing concern in industrialized and developing countries. The incidence of human pathogens on fresh fruits and vegetables is often related to the use of recycled wastewaster in surface irrigation as well as high amounts of animal manure in agricultural management practice. Thereby the soil inhabiting fauna plays an important role in the transport and dissemination of microorganisms. The focus of the proposed project is on nematodes, well known vectors for bacteria and viruses in soil. The major goals are to: (1) survey human pathogens in soil and on/in free-living and plant parasitic nematodes in agriculture field sites irrigated with recycled wastewater or fertilized with fresh animal manure in Israel and the Palestinian Authority, (2) assess the function of nematodes as vectors in transmitting bacteria from microbial hot spots to plants, and (3) localize bacteria on and/or within the nematode and identify bacterial factors required for survival in the nematode host. Understanding the mechanisms involved in dissemination of human pathogens by nematodes will enhance the ability to develop practical means to minimize contamination of fresh produce and increase safety in food production.

Nachhaltige Nutzung von Energie aus Biomasse im Spannungsfeld von Klimaschutz, Landschaft und Gesellschaft - Phase II - Teilprojekt: Sicherung der landwirtschaftlichen Rohstoffbasis - Entscheidungsverhalten landwirtschaftlicher Betriebsleiter

Ressortforschungsplan 2023, Hochschulkurs 'Agrarmanagement und Biodiversität'

Toolbox Ökoeffizienz für die landwirtschaftlichen Beratungs- und Bildungspraxis (FarmLifeII)

Übergeordnetes Ziel des Projektes ist, eine Vereinfachung des Betriebsmanagement-Werkzeugs 'FarmLife' für die Beratungspraxis und den Einsatz durch Bildungspartner des Bundes und der Länder. Die Verbesserungen betreffen sowohl die Anwendung als auch die Unterstützung im Bereich der Beratungsinhalte. Ergänzende Arbeiten betreffen die Verbesserung der nationalen Eingangsdaten für die Bewertung von Umweltwirkungen.

Soil research challenges in response to emerging agricultural soil management practices

Agricultural management is a key force affecting soil processes and functions. Triggered by biophysical constraints as well as rapid structural and technological developments, new management practices are emerging with largely unknown impacts on soil processes and functions. This impedes assessments of the potential of such emerging practices for sustainable intensification, a paradigm coined to address the growing demand for food and nonfood products. In terms of soil management, sustainable intensification means that soil productivity is increased while other soil functions and services, such as carbon storage and habitat for organisms, are simultaneously maintained or even improved. In this paper we provide an overview of research challenges to better understand how emerging soil management practices affect soil processes and functions. We distinguish four categories of soil management practices: spatial arrangements of cropping systems, crops and rotations, mechanical pressures, and inputs into the soil. Key research needs identified for each include nutrient efficiency in agroforestry versus conventional cropping systems, soil-rhizosphere microbiome elucidation to understand the interacting roles of crops and rotations, the effects of soil compaction on soilâ€Ìplantâ€Ìatmosphere interactions, and the ecotoxicity of plastics, pharmaceuticals and other pollutants that are introduced into the soil. We establish an interdisciplinary, systemic approach to soil science and include cross-cutting research activities related to process modeling, data management, stakeholder interaction, sustainability assessment and governance. The identification of soil research challenges from the perspective of agricultural management facilitates cooperation between different scientific disciplines in the field of sustainable agricultural production. © 2020 Elsevier Inc.

Agricultural management and below ground carbon inputs - Sustaining soil quality

Les racines des plantes cultivées constituent le principal facteur de formation de substances organiques du sol dans lagriculture. Jochen Mayer et son équipe étudient la quantité de carbone entrant dans le sol par le biais des racines dans plusieurs grandes cultures de Suisse. Ils observent également linfluence de différents systèmes dexploitation. Les substances organiques du sol sont le principal facteur déterminant les fonctions écologiques du sol, telles que sa fertilité, le bilan hydrique, la qualité de leau ou la protection contre lérosion. Elles jouent en outre un rôle central dans la fixation du carbone, exerçant de fait une influence sur le changement climatique. Dans lagriculture, les entrées de carbone par les racines des plantes cultivées représentent la principale source du carbone contenu dans le sol. Dans ce contexte, on ne sait pas avec précision dans quelle mesure ces entrées dépendent du mode et de lintensité dexploitation ou des espèces et variétés végétales. De même, peu de recherches se sont intéressées à limpact des périodes prolongées de stress hydrique dues au changement climatique sur les entrées de carbone. Léquipe de projet examine les entrées de carbone dans le sol par les principales grandes cultures suisses et linfluence des différents modes et intensités dexploitation agricole sur ces entrées. Elle analyse par ailleurs limpact de la sécheresse provoquée par le changement climatique et lévolution de laspect des plantes au cours des 100 dernières années du fait de la sélection. Les résultats du projet montreront quels facteurs déterminent les entrées de carbone dans les systèmes de grandes cultures suisses et, ce faisant, lenrichissement et lappauvrissement des substances organiques du sol. Des modèles adaptés de représentation de la dynamique des substances organiques du sol peuvent permettre de dégager les avantages et inconvénients des différents systèmes dexploitation du point de vue des entrées de carbone dans le sol, ce qui permettra daméliorer la gestion des sols dans la pratique. (FRA)

Development of rehabilitation technologies and approaches for multipressured degraded waters and the integration of their impact on river basin management (AQUAREHAB)

Objective: Within the AQUAREHAB project, different innovative rehabilitation technologies for soil, groundwater and surface water will be developed to cope with a number of hazardous (nitrates, pesticides, chlorinated and aromatic compounds, mixed pollutions, ) within heavily degraded water systems. The technologies are activated riparian zones/wetlands; smart biomass containing carriers for treatment of water in open trenches; in-situ technologies to restore degraded surface water by inhibiting influx of pollutants from groundwater to surface water; multifunctional permeable barriers and injectable Fe-based particles for rehabilitation of groundwater. Methods will be developed to determine the (long-term) impact of the innovative rehabilitation technologies on the reduction of the influx of these priority pollutants towards the receptor. A connection between the innovative technologies and river basin management will be worked out. In a first stage of the project, the technologies and integration of their impact in river basin management will be developed in three different river basins (Denmark, Israel, Belgium). In a second stage, the generic approaches will be extrapolated to one or two more river basins. One of the major outcomes of the project will be a generic river basin management tool that integrates multiple measures with ecological and economic impact assessments of the whole water system. The research in the project is focused on innovative rehabilitation strategies to reduce priority pollutants in the water system whereas the generic management tool will include other measures related to flood protection, water scarcity and ecosystem health. The project will aid in underpinning river basin management plans being developed in EU Member States, and will demonstrate cost effective technologies that can provide technical options for national and local water managers, planners and other stakeholders (drinking water companies, industry, agriculture.

Why are climbing plants so invasive? - an experimental and biomechanical approach to study enhanced growth and competitiveness of climbing plants in the context of CO2 enrichment.

Our current understanding of the ecology of lianas and their role in natural ecosystems falls well behind that of most of other plant groups. This gap in current knowledge has potentially serious consequences because (1) climbing plants are known to show significantly enhanced growth under CO2 enrichment (2) many climbing plant species are serious invasive elements in both tropical and temperate ecosystems and cultivated areas and (3) recent censuses of tropical lianas suggest that recent changes in climbing plant growth dynamics might be actually changing vegetation communities in the tropics. These issues therefore beg for detailed studies on the effects of CO2 enrichment on invasive climbing plants. The main aim of this study was to analyse the effects of elevated CO2 concentration on the development, biomass and mechanical properties of two selected invasive climbing species (Ipomoea triloba, Momordica charantia) and an agricultural C4 host plant (Sorghum bicolor) with a new approach on the interface of biophysics and ecophysiology. We investigated a) the effect of elevated CO2 on sorghum without climbers, b) the effect of elevated CO2 on developmental traits of the two invasive species and c) the effect of elevated CO2 on the interaction and crop/climbing plant competition with the effects on growth and yield. Sorghum bicolor plants were grown with two invasive climbing species under ambient (380 ppm) and elevated CO2 (750 ppm) in glasshouse conditions. The results are summarized in three main articles in preparation: First, Sorghum grown alone showed significant differences in biomass allocation between ambinet and elevated CO2, particularly between vegetative and reproductive components and a significant decrease in yield under elevated CO2. In terms of mechanical architecture sorghum plants grown without climbers showed no change in the stiffness of the leaf sheath at elevated CO2 despite increases in vegetative biomass. Second, both liana species showed changes in mechanical, morphological and photosynthetic traits under elevated CO2 resulting in enhanced growth (length + branching). Third, the results from the crop/climbing plant competition experiment demonstrated that the sorghum host plants are more affected under elevated CO2 than ambient CO2 leading to a weakened mechanical architecture and a decrease in panicle biomass and stem carbohydrate production. The results of this study provide fundamental knowledge for the effects of climate change on weed/crop competition and liana growth. Elevated CO2 can potentially increase the invasive climber threat for crops in future which should be taken in account for agricultural management.

MACMIT - Mitigation von Klimawandel in der Landwirtschaft durch nachhaltiges Ressourcenmanagement (Nachwuchsgruppe Globaler Wandel 4+1)

Ziel des Antrags ist eine Analyse der Optionen, Treibhausgasemissionen in der Landwirtschaft durch verbesserte Managementoptionen im Ackerbau zu reduzieren. Dabei stellen die Berücksichtigung einer ansteigenden Nachfrage nach landwirtschaftlichen Produkten (Bevölkerungswachstum, Ernährungsgewohnheiten), der notwendige stärkere Schutz von Boden- und Wasserressourcen und die Folgen von Klimawandel wichtige Randbedingungen dar. Für diese Untersuchung wird ein globales, prozess-basiertes Simulationsmodell um die nötigen Prozesse erweitert und zur Untersuchung der Optionen zur Treibhausgasreduktion in der Landwirtschaft und gleichzeitiger Ernährungssicherung eingesetzt. Das Projekt gliedert sich in 4 Arbeitsbereiche: Bodendynamik, Managementsysteme, Nahrungsmittelproduktion, Vermeidung von Klimawandel, die zunächst einzeln bearbeitet und anschließend integriert werden sollen. In der ersten Phase werden die Grundlagen für die Analyse im Modell gelegt und implementiert (Nährstoffkreisläufe, Bodendynamik, Managementsysteme) sowie die Folgen des Klimawandels ohne Anpassung abgeschätzt. In der zweiten Phase werden Limitierungen und ungewollte Rückkopplungsmechanismen einzeln untersucht, um in der dritten Phase in ihrem Zusammenwirken gemeinsam analysiert zu werden und das Potential abzuschätzen, Treibhausgasemissionen in der Landwirtschaft zu reduzieren bei gleichzeitiger globaler Ernährungssicherung.

Zentrum für Entwicklungsforschung (ZEF) der Universität Bonn, Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz der Universität Bonn

Innerhalb des Verbundprojektes 'Verbesserung der Ernährungssicherheit in Afrika durch erhöhte Systemproduktivität von biomassebasierten Wertschöpfungsnetzen' (BiomassWeb) hat das Teilprojekt 'Crop productivity and resource use efficiency in biomass webs' (WP2.1) das Ziel räumliche Muster in der aktuellen und potentiellen Produktion von Biomasseprodukten zu identifizieren, die gegenwärtige Ressourcennutzung in verschiedenen Wertschöpfungsnetzen zu quantifizieren, Gründe für Differenzen zwischen potenziellem und aktuellem Ertrag zu benennen und mögliche Maßnahmen zur Erhöhung der Produktivität und der Effizienz der Ressourcennutzung in ausgewählten Wertschöpfungsnetzen vorzuschlagen. Eine Geodatenbank wird aufgebaut, die Sekundärinformationen über die Produktivität von Biomassenetzen und die Umweltbedingungen in den Projektregionen enthält. Großskalige Pflanzenwachstumsmodelle werden entwickelt, um die Produktion von Maniok und Maize in definierten Boden-Klima-Management-Einheiten zu simulieren. Außerdem werden räumliche Muster der Düngeranwendung geschätzt. Die Effekte von anderen ertragslimitierenden Faktoren (Mikronährstoffe, Schädlinge etc.) und die potentiellen Erträge werden ermittelt und mit den beobachteten Erträgen in den Projektregionen verglichen. Die Ressourcennutzungseffizienz wird berechnet aus dem Ressourceneinsatz, der Ressourcenaufnahme und der Biomasse der geernteten Produkte. Das Modell wird in der benutzerfreundlichen Modellumgebung SIMPLACE implementiert.

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