Um mit fluktuierenden Verfügbarkeiten unterschiedlicher Stickstoff (N)-Verfügbarkeiten im Boden zurecht zu kommen, haben Pflanzen unterschiedliche Transportsysteme für die Aufnahme von Nitrat und Ammonium entwickelt. Um einer Belastung des Metabolismus bei ungleicher Aufnahme dieser beiden entgegen gesetzt geladenen N-Formen zu entgegnen, müssen die Kapazitäten von Ammonium- und Nitrattransportsystemen eng koordiniert werden. Bei geringen Aussenkonzentrationen wird die Wurzelaufnahme von Ammonium über hochaffine AMT1-artige und von Nitrat über hochaffine NRT2-artige und niederaffine NRT1-artige Membrantransporter vermittelt. Dabei vermittelt der Transceptor NRT1.1 nicht nur den Transport sondern auch das ‚Sensing‘ von Nitrat, indem er das Expressionsniveau von NRT2- und AMT1-Transportergenen reguliert. Unsere bisherigen Experimente in Arabidopsis zeigen, dass eine amt-Vierfachmutante mit defekter Ammoniumaufnahme auf Nitrat oder Ammoniumnitrat besser wächst als der Wildtyp, während Influx- und Genexpressionsstudien auf regulatorische Komponenten deuten, die nicht durch die Sensingfunktion von NRT1.1 allein erklärt werden können. Daher ist das übergreifende Ziel dieses Antrags die regulatorischen Mechanismen zu untersuchen, die das Ammonium-zu-Nitrat Verhältnis bei der N-Aufnahme über die Wurzel steuern. Dazu wird i) die spezifische Rolle des Ammoniumtransporters AMT1.5 in der hochaffinen Ammoniumaufnahme in Anwesenheit von Nitrat aufgeklärt; ii) die regulatorische Funktion von N-Form-abhängigen pH-Wert-Veränderungen in der NRT1.1-abhängigen und -unabhängigen Regulation von NRT2- und AMT1-Genen ergründet; und iii) transkriptionale Regulatoren von NRTs und AMTs identifiziert und charakterisiert, die das Aufnahmeverhältnis von Ammonium zu Nitrat modulieren. Die erwarteten Ergebnisse sollen erklären, wie Pflanzen ein unausgewogenes Aufnahmeverhältnis der beiden N-Formen erkennen und Erkenntnisse liefern, wie die pflanzliche N-Ernährung verbessert werden kann.
Das Wachstum und die Erträge von Weizen sind durch eine Veränderung der Dürre- und Hitzewellen, infolge des Klimawandels, beeinträchtigt. Eine Kombination aus Hitze- und Trockenstress kann sich zusätzlich auf die höheren Durchschnittstemperaturen direkt negativ auf die Phänologie der Pflanzen auswirken. Es werden keine alten und modernen Weizensorten auf das Vorhandensein oder das Potenzial von phänologischer Plastizität (PP) untersucht, um Überschneidungen zwischen den sensiblen Phasen und den extremen Hitze und Trockenheit zu vermeiden. Zudem gibt es nur wenige Informationen darüber, a. Ob die phänologische Plastizität (PP) als Escape-Mechanismus in alten Winterweizensorten, die in Deutschland unter Trocken- und Hitzestress angebaut werden, vorhanden sind oder ob es sich um eine neue Eigenschaft handelt b. Ob die Pflanzenmodelle die langfristigen Raum und zeitliche Variabilität des Weizenertrags erfassen können, indem der PP-Mechanismus als neues Modellierungsmodul implementiert wird c. Ob die Änderung der Sorte, der Aussaattermine integraler Bestandteile und die Anpassung an dem Klimawandel für die Weizenproduktion in Deutschland sein könnten. Diese Wissenslücken werden durch eine Reihe von Experimenten im Feld und in der Wachstumskammer (Hitze- und Trockenstress), durch langfristige Datenverarbeitung, Modellentwicklung und Experimente zur Modellierung von Kulturen geschlossen. Winterweizensorten (alte und moderne) werden den Feld- und Kammerversuchen unterzogen, um die Mechanismen zu entschlüsseln, die an ihrer phänologischen Reaktion auf den kombinierten Hitze- und Trockenheitsstress beteiligt sind. Auf der Grundlage der Ergebnisse wird eine neue Erntemodellierungsroutine entwickelt, die Hitze-/Trockenstress berücksichtigt. Die Validierung des Erntemodells wird anhand von Feldversuchen erfolgen. In dem deutschlandweiten Simulationsexperiment werden wir die neue Modellierungsroutine nutzen, um die Variabilität der Phänologie und des Ertrags von Winterweizen zu erfassen. Die Daten werden mit den langfristigen Phänologie Beobachtungen und Ertragsstatistiken verglichen. Daraus wird die Eignung langfristiger Änderungen von Sorten und Aussaatterminen als Anpassungsstrategie an den Klimawandel anhand von acht Modellrekonstruktionen getestet. Die Kombinationen aus historischem/aktuellem Klima - alten/modernen Sorten - historischem/modernerem Aussaattermin von Winterweizen enthalten.
Weltweit werden Böden zunehmend mit Plastikmüll belastet. Der kontinuierliche Eintrag von Mikroplastik beeinflusst Lebensbedingungen von Pflanzen und Bodenorganismen. Bislang verstehen wir nur unzureichend, wie sich die Anwesenheit von Mikroplastik auf Struktur und Funktionsweise des Bodens auswirkt. Es ist unklar, wie stark die Rhizosphäre dadurch beeinflusst wird und welche Risiken sich daraus für die Pflanzen ergeben. Inzwischen gibt es verschiedene Analyseverfahren, um unterschiedliche Aspekte der Mikroplastikverschmutzung des Bodens zu untersuchen. Allerdings beinhalten diese Verfahren üblicherweise Prozessschritte, bei denen die Integrität der Probe zerstört wird, wodurch sich der Zusammenhang zwischen der Verteilung von Mikroplastik in der Probe und der Mikrostruktur und Hydraulik des Bodens nicht mehr erschließen lässt. Vor kurzem haben wir jedoch einen nicht-invasiven Ansatz entwickelt, mit dem Mikroplastik in sandigen Böden nachgewiesen werden kann. Mittels komplementärer Neutronen- und Röntgentomographie lassen sich Mikroplastikpartikeln im trockenen Boden detektieren und gleichzeitig die dreidimensionale Struktur der Bodenmatrix analysieren. In diesem Projekt wird die Methode getestet, optimiert und dann angewandt, um besser zu verstehen, wie Mikroplastik unterschiedlicher Größe und Form die Mikrostruktur und Eigenschaften des Bodens beeinflusst. Außerdem wird untersucht, ob in die Rhizosphäre eingelagertes Mikroplastik die Bedingungen für das Wurzelwachstum und die Wasseraufnahme verändert und welchen Einfluss Mikroplastik unterschiedlicher Größe und Form auf die Infiltration und Wasserbewegung im Boden hat. Zunächst wird die Auflösung der Methode optimiert, um auch sehr feine Strukturen, wie Mikroplastikfasern und Folienfragmente, detektieren zu können. Die Segmentierung der 3D Bilddaten wird durch die Berücksichtigung von Form-Deskriptoren sowie durch Maschinelles Lernen unterstützt, um Mikroplastikpartikeln von organischen Bodenbestandteilen zu unterscheiden. In einem Aggregationsexperiment mit wird für einen natürlichen Sandboden der Einfluss von Mikroplastikfasern auf die Bildung und Stabilität von Bodenaggregaten mittels hochauflösender Dual-mode Tomographie analysiert. Im nächsten Schritt wird die Rhizosphäre junger Mais- und Lupinenpflanzen untersucht, um potentielle Einflüsse verschieden geformter Mikroplastikpartikel auf lokale Strukturen der Bodenmatrix, Wurzeln und Wasserpfade zu ermitteln. Schließlich werden wir High-Speed Neutronentomographie einsetzen, um dynamischen 3D-Infiltrationsmuster in Bodensäulen mit und ohne Wurzelsysteme zu erfassen. Die Form und Geschwindigkeit der Wasserfront wird zeigen, ob und wie die Bodenbenetzbarkeit durch eingelagerte Mikroplastikpartikel beeinflusst wird. Das vorgeschlagene Projekt wird einzigartige neue Einblicke in die durch Mikroplastik modifizierte Struktur der Bodenmatrix geben, die für das mechanistische Verständnis der resultierenden Bodeneigenschaften gebraucht werden.
In einem Forschungsverbund wird an der teilflächenspezifischen Umsetzung von agrotechnischen Maßnahmen gearbeitet. Schwerpunkt ist die Zusammenführung und Richtung unterschiedlicher Informationen (Bodennutzungssysteme, Ertragskartierung, Erfahrungswerte) mit dem Ziel, Applikationstechnik teilflächenspezifisch steuern zu können.
Obwohl in den letzten Jahren vermehrt auf dem Gebiet der Latentwärmespeicherung und deren Anwendung in den unterschiedlichsten Bereichen geforscht wird, liegen bislang kaum Arbeiten über die Implementierung dieser Speichertechnik in Solartrocknungsanlagen für landwirtschaftliche Produkte vor. Durch die Realisierung einer solchen Speicherung der stark fluktuierenden Solarstrahlung würde eine weitere Erschließung der Solarenergienutzung für die landwirtschaftliche Trocknungstechnik ermöglicht. Latentwärmespeicher können die unvermeidlichen Tag/Nacht-Unterschiede der Trocknungstemperaturen reduzieren, die aus Sicht einer gleichmäßigen Prozessführung unerwünscht sind und in der Regel negative Auswirkungen auf die Produktqualität haben. Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll modelliert werden, wie sich ein mit Latentwärmespeicher ausgestatteter Solartrockner im Vergleich zu einem konventionellen System verhält, welches nur aus einem Luftkollektor und einer Trocknereinheit besteht. Eine Simulationsrechnung erlaubt dabei die Bestimmung des Einflusses der verschiedensten Designparameter auf die Gesamtsystemleistung.Es werden dazu zunächst numerische Modelle für die Hauptsystemkomponenten Luftkollektor, Latentwärmespeicher und Trockner in Simulationsprogramme in einer MATLAB Umgebung implementiert. Mit diesen können anschließend parametrische Studien der unterschiedlichen Konfigurationen durchgeführt werden und deren Kenndaten etwa hinsichtlich der erwarteten Trocknungsdauer, des spezifischen Energiebedarfs, des solaren Deckungsgrades und der Produktqualität verglichen werden. Die erwarteten Forschungsergebnisse und die zu entwickelnden Simulationsprogramme ermöglichen eine wesentliche Erweiterung des Wissensstandes zur Nutzung von Solarenergie in der landwirtschaftlichen Trocknungstechnik und bilden zudem die Grundlage der technischen und ökonomischen Bewertung von Latentwärmespeichern bei Trocknungsprozessen.
Die GS Blankenese blickt auf eine langjährige und reiche Erfahrung mit Nord-Süd-Schulpartnerschaften zurück, am intensivsten haben wir bisher sicherlich mit verschiedenen Bildungsorganisationen der nicaraguanischen Stadt Leon (unter anderem Universität UNAN), Technik-Schule La Salle) zusammengearbeitet. Unser gemeinsames Thema ist seit nunmehr drei Jahren die solargestützte Feldbewässerung. Die Festlegung auf dieses Thema folgte einer Anregung des Universitätspräsidenten von Leon, Dr. Ernesto Medina. Seit Jahren kann man an der Pazifikküste Nicaraguas eine dramatische Verkürzung der Regenzeit beobachten, in manchen Jahren von sechs auf drei Monate. Für den landwirtschaftlichen Anbau in Nicaragua wird die künstliche Bewässerung zur Überlebensfrage. Das Agrarinstitut der UNAN arbeitet eng an den Fragen des Landes und verfügt über landwirtschaftliche Versuchsfelder. Es lag also nahe, die Bedingungen der solargestützten Feldbewässerung auf ihre Tauglichkeit für die landwirtschaftliche Produktion zu untersuchen. Im Jahr 2002 machte ein Physikkurs des 11. Jahrgangs nach reiflicher Diskussion mit den nicaraguanischen Partnern den Anfang. Er installierte auf dem Gelände der Universität von Leon eine Demonstrations- und Versuchsanlage mit solarbetriebenen Wasserpumpen - gemeinsam mit nicaraguanischen Studierenden und Wissenschaftlern. Im Mai 2003 folgte der nächste Kurs. Ziel dieses Kurses bestand in dem Aufbau zweier solargestützter Pumpen zu Feldbewässerung, die direkt auf Bauernhöfen zum Einsatz kamen. Ein Jahr später wurden die vierte Pumpe in dem Dorf San Pedro installiert, inzwischen hatten sich uns als weitere Kooperationspartner Schüler und Lehrer der Tecnico La Salle angeschlossen. Die Pumpsysteme der Jahre 2003 und 2004 dienen unmittelbar der Produktivitätssteigerung - Ernten sind nunmehr auch während der Trockenzeit möglich, alle fünf Systeme sind mit einer Messstrecke ausgestattet, um ihre Leistungsfähigkeit fortlaufend untersuchen und bewerten zu können, sie dienen somit auch der wissenschaftlichen Betrachtung. Als Physikkurs steht man vor scheinbar unlösbaren Problemen, wenn die Grenzen des Fachgebiets überschritten werden. Gerade solche Projekte, wie wir sie realisieren, treiben immer über ihre ursprüngliche Fragestellung hinaus und treffen auf Nahtstellen zu anderen Disziplinen (in unserem Fall handelt es sich um Ökonomie, Klimageographie und vor allem Biologie). In solchen Fällen ist es oft unausweichlich, kluge Geister zu Rate zu ziehen, die mit Ihrem Spezialwissen unsere Lernprozesse außerordentlich bereichern. Wir bedanken uns in diesem Zusammenhang bei Herrn Dr. Sorell, Mitarbeiter der Forschungsanstalt für Landwirtschaft (FAL) in Braunschweig, der uns für einen Tag in sein Institut eingeladen hat, um uns mit dem aktuellen Stand der Bewässerungstechnik und mit der Methodik der Wasserbedarfsberechnung vertraut gemacht hat. usw.
Die Erhaltung hoher Erträge bei Weizen ist Grundpfeiler der globalen Ernährungssicherheit. Es ist zu erwarten, dass umweltbedingte und regulatorische Beschränkungen im Pflanzenbau sowie zunehmende Schwankungen der Umweltbedingungen aufgrund des Klimawandels die Entwicklung zukünftiger Weizenerträge beeinträchtigen werden. Ein besseres Verständnis des Zusammenwirkens von Genetik und physiologischen Prozessen der Quelle-Senke-Beziehung ist essentiell, um ertragslimitierende Anpassungsprozesse unter Genotyp-Umwelt-Management-Interaktionen (G*U*M) zu optimieren.In einem vorangegangenen Projekt wurde eine große Population europäischer Elite-Weizensorten, die 50 Jahre Zuchtfortschritt umfasst, unter verschiedenen G*U*M-Szenarien untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die jahrzehntelange Selektion in einer Anreicherung von Chromosomensegmenten mit günstigen Effekten auf wichtige Quelle-Senke-Teilkomponenten des Ertrags, wie z. B. Wasser-, Nährstoff- und Photosyntheseeffizienz, resultierte. Nicht alle Sorten mit vorteilhaften Quelle-Senke-Eigenschaften wiesen jedoch auch einen erhöhten Ertrag auf. Effiziente Rekombination von Quelle-Senke-Merkmalen als Teilkomponenten des Ertrags birgt daher großes Potential für eine Steigerung des Selektionsgewinns in zahlreichen Umwelt- und Managementszenarien.Das Ziel des Teilprojektes 2 besteht darin, die Wechselwirkungen zwischen Wasser- und Stickstoffaufnahme einerseits und ihrer zeitlichen Verteilung entlang der Vegetationsperiode andererseits zu analysieren. Dazu wird durch den Einsatz von zwei komplementären Phänotypisierungsplattformen (DroughtSpotter XXL und Plantarray) die Wasseraufnahme in ultra-hoher Auflösung erfasst. Dies ermöglicht nicht nur über die gesamte Vegetationsperiode, sondern auch innerhalb jeden einzelnen Tages die Transpirationsmuster nachzuvollziehen und mit anderen phänoytypischen Eigenschaften in Verbindung zu setzen. Parallel werden mehrortige Feldversuche mit kontrastierender Wasser- und Stickstoffversorgung durchgeführt und anhand von multispektralen Reflexionsmessungen die Wachstumsdynamik erfasst. Die gemeinsame Datenanalyse soll dazu führen, Eigenschaftsprofile des Weizens zu bestimmen, die unter den jeweiligen Stressszenarien die kleinsten Zielkonflikte ermöglichen. In Zusammenarbeit mit den anderen Teilprojekten stellt die Bestimmung der genetischen Determinanten das finale Projektziel dar.
Zur Simulation von Fruchtfolgen - im einfachsten Fall ein Fruchtfolgeglied aus zwei aufeinanderfolgenden Nutzpflanzenbeständen - müssen mechanistische Wachstumsmodelle mit Modellen der vorfruchtabhängigen Stickstoffnachlieferung gekoppelt werden. Bisher wurden wenige derartige Modelle entwickelt und oft unzureichend validiert. Es ist jedoch aus pflanzenbaulichen und ökologischen Gründen notwendig, die fruchtfolgespezifischen N-Flüsse quantifizieren zu können. Während eines 6-monatigen Aufenthaltes am Department for Theoretical Production Ecology in Wageningen (NL) soll ein vom Antragsteller in Hohenheim entwickeltes Modell der N-Transformationsprozesse im Boden mit dort vorhandenen Wachstumsmodellen für Körnerfruchtbestände je einer Vor- und Nachfrucht verknüpft werden. Zur Kalibration und Validierung der resultierenden Modelle stehen mehrjährige Datensätze aus Feldversuchen in Hohenheim für unterschiedliche Fruchtfolgefelder zur Verfügung. Anschließend soll ein Vergleich zwischen diesen und einem in Wageningen entwickelten, weniger detaillierten Fruchtfolgemodell erfolgen. Das Wageninger Institut ist wegen der dort verfolgten originellen Wachstumsmodellierung unter Einbezug produktionstechnischer Maßnahmen für die gewählte Zielsetzung besonders geeignet.
Die unterschiedlichen Entwicklungs- und Signalprozesse in Pflanzen erfordern eine spezifische Planung der Probenahmezeit und eine Anpassung für die Genotypen, die sich in der Entwicklung unterscheiden. Überraschenderweise gibt es weder etablierte Methoden für eine dynamische Planung der Probenahme, noch Werkzeuge für die Echtzeitüberwachung von Entwicklungsstadien verschiedener Genotypen. Wir werden statistische und maschinelle Lernmethoden für die Überwachung von Pflanzenentwicklungsstadien unter Verwendung eines Hochdurchsatzphänotypisierungssystems entwickeln und Werkzeuge für die dynamische Planung der Probenahme solchen Experimenten bereitstellen. Unsere Haupthypothese ist, dass wir durch die Anpassung der Versuchspläne an die in den Versuchen tatsächlich beobachtete Pflanzenentwicklung eine höhere statistische Aussagekraft bei der Verknüpfung von Phänotypen mit molekularen Parametern ermöglichen und die Effizienz der Schätzung genetischer Effekte verbessern werden. Wir bezeichnen das Phänomen, dass Pflanzen unterschiedlich auf Umweltsignale reagieren und zu unterschiedlichen Zeitpunkten in Entwicklungsstadien eintreten, als (Entwicklungs-)Heterochronie. Unsere Hauptforschungsfrage lautet: Wie können phänotypische und umweltbezogene Daten, die in Echtzeit verarbeitet, als Input für ein Entscheidungshilfesystem dienen, das eine dynamische Planung der Probenahme für Assays auf molekularer Ebene in Anwesenheit von Entwicklungsheterochronie ermöglicht. Wir schlagen Methoden der Datenverarbeitung und -integration vor, die für eine dynamische Versuchsplanung unter Verwendung zweier statistischer Ansätze erforderlich sind: multivariate lineare gemischte Modelle und funktionale Datenanalyse. Wir werden eine Echtzeit-Klassifizierung der Entwicklungsstadien mit Hilfe einer auf Deep Learning basierenden Bildanalyse erreichen. Wir werden die auf statistischem und maschinellem Lernen basierenden Methoden in Echtzeit als Hilfsmittel für Planungsentscheidungen bei Experimenten einsetzen. Wir werden die entwickelten Algorithmen für die Analyse von Datensätzen aus einer Reihe von früheren Experimenten in verschiedenen Weizen- und Gerstenpanels verifizieren. Außerdem werden wir die Methoden auf der Grundlage neu generierter molekularer und phänomischer Daten validieren und weiter optimieren. Das Projekt wird erhebliche Auswirkungen auf die quantitative Genetik, die Pflanzenzüchtung und die Analyse phänotypischer Daten haben, da es sich mit wichtigen, aber bisher weitgehend übersehenen Aspekten der Versuchsplanung, der Datenmodellierung und der Entwicklung der Infrastruktur für Phänotypisierungsdaten befasst. Nicht zuletzt werden die vorgeschlagenen Proof-of-Concept-Experimente ein neues Licht auf zeitliche Aspekte der Trockentoleranz von Gerste werfen und neue, einzigartige Daten über die Interaktion zwischen genetischen Determinanten der Stresstoleranz, der Pflanzenentwicklung und dem Zeitpunkt des Auftretens von Stress liefern.
Irrigation in the Yanqi Basin, Sinkiang, China has led to water table rise and soil salination. A model is used to assess management options. These include more irrigation with groundwater, water saving irrigation techniques and others. The model relies on input data from remote sensing.The Yanqi Basin is located in the north-western Chinese province of Xinjiang.This agriculturally highly productive region is heavily irrigated with water drawn from the Kaidu River. The Kaidu River itself is mainly fed by snow and glacier melt from the Tian Mountain surrounding the basin. A very poor drainage system and an overexploitation of surface water have lead to a series of environmental problems: 1. Seepage water under irrigated fields has raised the groundwater table during the last years, causing strongly increased groundwater evaporation. The salt dissolved in the groundwater accumulates at the soil surface as the groundwater evaporates. This soil salinization leads to degradation of vegetation as well as to a loss of arable farmland. 2. The runoff from the Bostan Lake to the downstream Corridor is limited since large amount of water is used for irrigation in the Yanqi Basin. Nowadays, the runoff is maintained by pumping water from the lake to the river. The environmental and ecological system is facing a serious threat.In order to improve the situation in the Yanqi Basin, a jointly funded cooperation has been set up by the Institute of Environmental Engineering, Swiss Federal Institute of Technology (ETH) , China Institute of Geological and Environmental Monitoring (CIGEM) and Xinjiang Agricultural University. The situation could in principle be improved by using groundwater for irrigation, thus lowering the groundwater table and saving unproductive evaporation. However, this is associated with higher cost as groundwater has to be pumped. The major decision variable to steer the system into a desirable state is thus the ratio of irrigation water pumped from the aquifer and irrigation water drawn from the river. The basis to evaluate the ideal ratio between river and groundwater - applied to irrigation - will be a groundwater model combined with models describing the processes of the unsaturated zone. The project will focus on the following aspects of research: (...)
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 612 |
| Kommune | 5 |
| Land | 52 |
| Weitere | 5 |
| Wirtschaft | 1 |
| Wissenschaft | 301 |
| Zivilgesellschaft | 17 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 609 |
| Text | 24 |
| Umweltprüfung | 2 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 24 |
| Offen | 611 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 601 |
| Englisch | 189 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Bild | 2 |
| Dokument | 30 |
| Keine | 310 |
| Unbekannt | 2 |
| Webseite | 308 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 492 |
| Lebewesen und Lebensräume | 635 |
| Luft | 349 |
| Mensch und Umwelt | 635 |
| Wasser | 344 |
| Weitere | 630 |