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Verlängerte Wurzeln zur effizienten Erschließung von Stickstoffquellen durch Veränderung der Brassinosteroid- und Auxinbioynthese und Signaltransduktion

Pflanzen passen sich an räumliche und zeitliche Fluktuationen von Nährstoffen im Boden durch das "Sensing" von Nährstoffen und Veränderungen in der Wurzelarchitektur an. Solche morphologischen Anpassungen ermöglichen es, verfügbare Nährstoffe im Boden effizienter zu erschließen. Wenn Pflanzen unter leichtem bzw. mildem Mangel an Stickstoff (N) wachsen, erhöhen sie die Länge von Primär- und Seitenwurzeln. Diese Reaktion birgt Potential zur Verbesserung der N-Effizienz, weil sich das Bodenvolumen vergrößert, aus dem limitierende Nährstoffe aufgenommen werden. In unseren Vorarbeiten haben wir in natürlichen Akzessionen der Modellpflanze Arabidopsis allelische Variation in Genen der Brassinosteroid- und Auxinbiosynthese bzw.-Signaltransduktion (YUC8, BSK3) gefunden, die die Wurzelverlängerung unter mildem N-Mangel verändern. Das finale Ziel dieses 6-jährigen Projekts ist es, die hormonelle Regulation der Wurzelverlängerung unter N-Mangel aufzuklären und diese Kenntnis zu nutzen, um in Gerstenwurzeln die Wurzelentwicklung unter N-Mangel und damit die N-Aufnahmeeffizienz zu verbessern. Ziele der ersten 3 Jahre sind: i) in Arabidopsis die Rolle der YUC8-abhängigen Auxinbiosynthese und ihre Beziehung zu Brassinosteroiden in der Wurzelverlängerung unter leichtem N-Mangel aufzuklären und ii) in einem translationalen Ansatz in Gerste den Beitrag der allelischen Variation von Genen der Brassinosteroid- bzw. Auxinbiosynthese oder Signaltransduktion zur Wurzelstreckung zu untersuchen und zu modulieren. Zunächst werden in Arabidopsis die molekularen Mechanismen hinter den identifizierten allelischen Variationen im YUC8-Gen sowie seine Rolle in der Regulation der Wurzelverlängerung bestimmt. Dabei wird die Wurzelantwort auf milden N-Mangel in yuc-Mutanten und YUC8-komplementierten Linien charakterisiert. Diese und weitere Mutanten- und Reporterlinien werden auch eingesetzt, um die Beziehung zwischen Brassinosteroiden und Auxin in der transkriptionellen Regulation der Wurzelantwort auf milden N-Mangel aufzuklären. In einem translationalen Ansatz wird in Gerste das "schwache" BSK3-Allel durch das "starke" BSK3-Allel aus Arabidopsis ersetzt, da alle bisher untersuchen Gerstenakzessionen nur ein "schwaches" BSK3-Allel tragen. In einem Schritt wird die Cas Endonuklease-vermittelte Deletion des schwachen BSK3-Endogens mit der Komplementation durch das starke Transgen kombiniert. In einem RNA-Sequenzierungsansatz werden N-Mangel-regulierte Gene in Gerstenwurzeln identifiziert, um Kandidatengene auszuwählen, die zur CRISPR-Cas-vermittelten Gendeletion und zur Überexpression mithilfe eines wurzelspezifischen Promoters eingesetzt werden. Alle transgene Linien werden anschliessend hinsichtlich der Veränderung ihrer Wurzelarchitektur unter N-Mangel phänotypisiert.

Schwefeldynamik in Sumpfreisböden

Kenntnisse über S-Bindungsformen und deren Flüsse in terrestrischen Ackerböden können nicht auf Sumpfreisböden übertragen werden, da nach deren Überflutung anaerobe Verhältnisse vorherrschen. Ergebnisse über die Bedeutung der einzelnen S-Fraktionen für die S-Nachlieferung in Sumpfreisböden und somit der S-Versorgung von Reis liegen kaum vor bzw. sind aufgrund des Trocknens der Bodenproben vor der Analyse nicht aussagefähig. Weiterhin wurde seither nicht berücksichtigt, dass in unmittelbarer Wurzelnähe von Reispflanzen im Gegensatz zum Restboden aerobe Verhältnisse vorherrschen. Aus diesem Grund soll in zwei typischen chinesischen Sumpfreisböden nach Dotierung mit 35S der Einbau des zugeführten Schwefels in definierte S-Fraktionen (SO42- in der Bodenlösung, adsorbiertes SO42-, FeS, FeS2, Sulfatester, Kohlenstoff gebundener S, Biomasse S) erfasst und in einer Zeitreihenuntersuchung Flüsse zwischen ihnen abgebildet werden. Dabei gilt es, zwischen der oberflächennahen aeroben Zone und der darunter liegenden anaeroben Zone bzw. dem wurzelnahen und wurzelfernen Boden zu differenzieren. Da Reisstroh häufig nach der Ernte in den Boden eingearbeitet wird, soll dessen Mineralisierungsverhalten mittels Einsatz von 35S markiertem Reisstroh untersucht werden. Des weiteren soll in speziellen Versuchsgefäßen, die das Gewinnen von Bodenproben in definierten Abständen von der Wurzeloberfläche erlauben, die Dynamik anorganischer und organischer S-Fraktionen in der Rhizosphäre erfasst werden.

Bodenbewertung - Nährstoffverfügbarkeit im effektiven Wurzelraum, landesweit bewertet

Der sogenannte S-Wert ist ein Kennwert zur Bewertung des Bodens als Bestandteil des Nährstoffhaltes und wird über die Nährstoffverfügbarkeit bewertet. Der S-Wert ist die Menge an Nährstoffen (Kationen, nicht z. B. Nitrat), die ein Boden austauschbar an Ton-, Humusteilchen, Oxiden und Hydroxiden binden bzw. sorbieren kann (Kationenaustauschkapazität). Der S-Wert ist somit gut geeignet, die Nährstoffverfügbarkeit zu beschreiben. Ähnlich wie bei der Feldkapazität im effektiven Wurzelraum (FKwe) bedingen hohe Gehalte an Ton, Humus, sowie ein großer effektiver Wurzelraum einen hohen S-Wert und umgekehrt. Auch der pH-Wert hat einen großen Einfluss auf den S-Wert. Der pH-Wert kann in Abhängigkeit von der Nutzung in einem weiten Bereich schwanken. Je höher der S-Wert, desto mehr Nährstoffe kann der Boden an Austauschern binden. Nährstoffeinträge über Luft oder Düngung werden so vor einem Austrag mit dem Sickerwasser geschützt. Gleichzeitig wird dadurch eine gleichmäßigere Nährstoffversorgung der Pflanzen sichergestellt. Mit dem S-Wert wird eine natürliche Bodenfunktionen nach § 2 Abs. 2 BBodSchG bewertet und zwar nach Punkt 1.b) als Bestandteil des Naturhaushalts, insbesondere mit seinen Wasser- und Nährstoffkreisläufen. Das hierfür gewählte Kriterium ist die Nährstoffverfügbarkeit mit dem Kennwert S-Wert. Die Karten liegen für die folgenden Maßstabsebenen vor: - 1 : 1.000 - 10.000 für hochaufgelöste oder parzellenscharfe Planung, - 1 : 10.001 - 35.000 für Planungen auf Gemeindeebene, - 1 : 35.001 - 100.000 für Planungen in größeren Regionen, - 1 : 100.001 - 350.000 für landesweit differenzierte Planung, - 1 : 350.001 - 1000.000 für landesweite bis bundesweite Planung. In dieser Darstellung wird der S-Wert landesweit einheitlich klassifiziert. Unter dem Titel "Bodenbewertung - Nährstoffverfügbarkeit im effektiven Wurzelraum (SWE), regionalspezifisch bewertet" gibt es noch eine naturraumbezogene Klassifikation des S-Wertes, die den S-Wert regional differenzierter darstellt.

mittlere Sickerwasserrate BB

Der Datensatz beinhaltet Daten vom LBGR über die mittlere Sickerwasserrate Brandenburgs und wird über je einen Darstellungs- und Downloaddienst bereitgestellt. Die mittlere jährliche Sickerwasserrate (SWR) beschreibt die mit einem Berechnungsverfahren (TUB-BGR Verfahren) geschätzte mittlere Sickerwassermenge in mm/a, die den Boden unter Berücksichtigung des kapillaren Aufstiegs abwärts verlässt. Das gebildete Sickerwasser trägt zur Grundwasserneubildung bei und/oder verlässt die Sickerzone als Zwischenabfluss. Die Sickerwasserrate ist eine entscheidende Eingangsgröße bei Wasserhaushaltsberechnungen oder der hydrogeologischen Grundwassermodellierung. Ebenso steuert sie maßgeblich die Verlagerung von Schad- und Nährstoffen (bspw. Nitrat) im Boden und beeinflusst indirekt die Standorteignung für Flora und Fauna. Weiterführende Informationen finden Sie hier: https://geo.brandenburg.de/karten/htdocs/21042020_Sickerwasserrate.pdf

maximale Sickerwasserrate BB

Der Datensatz beinhaltet Daten vom LBGR über die maximale Sickerwasserrate Brandenburgs und wird über je einen Darstellungs- und Downloaddienst bereitgestellt. Die maximale jährliche Sickerwasserrate (SWR) beschreibt die mit einem Berechnungsverfahren (TUB-BGR Verfahren) geschätzte maximale Sickerwassermenge in mm/a, die den Boden unter Berücksichtigung des kapillaren Aufstiegs abwärts verlässt. Das gebildete Sickerwasser trägt zur Grundwasserneubildung bei und/oder verlässt die Sickerzone als Zwischenabfluss. Die Sickerwasserrate ist eine entscheidende Eingangsgröße bei Wasserhaushaltsberechnungen oder der hydrogeologischen Grundwassermodellierung. Ebenso steuert sie maßgeblich die Verlagerung von Schad- und Nährstoffen (bspw. Nitrat) im Boden und beeinflusst indirekt die Standorteignung für Flora und Fauna. Weiterführende Informationen finden Sie hier: https://geo.brandenburg.de/karten/htdocs/21042020_Sickerwasserrate.pdf

jährliche Sickerwasserrate BB

Der Datensatz beinhaltet Daten vom LBGR über die jährliche Sickerwasserrate Brandenburgs und wird über je einen Darstellungs- und Downloaddienst bereitgestellt. Die jährliche Sickerwasserrate (SWR) beschreibt die mit einem Berechnungsverfahren (TUB-BGR Verfahren) geschätzte mittlere Sickerwassermenge in mm/a, die den Boden unter Berücksichtigung des kapillaren Aufstiegs abwärts verlässt. Das gebildete Sickerwasser trägt zur Grundwasserneubildung bei und/oder verlässt die Sickerzone als Zwischenabfluss. Die Sickerwasserrate ist eine entscheidende Eingangsgröße bei Wasserhaushaltsberechnungen oder der hydrogeologischen Grundwassermodellierung. Ebenso steuert sie maßgeblich die Verlagerung von Schad- und Nährstoffen (bspw. Nitrat) im Boden und beeinflusst indirekt die Standorteignung für Flora und Fauna. Weiterführende Informationen finden Sie hier: https://geo.brandenburg.de/karten/htdocs/21042020_Sickerwasserrate.pdf

minimale Sickerwasserrate BB

Der Datensatz beinhaltet Daten vom LBGR über die minimale Sickerwasserrate Brandenburgs und wird über je einen Darstellungs- und Downloaddienst bereitgestellt. Die minimale jährliche Sickerwasserrate (SWR) beschreibt die mit einem Berechnungsverfahren (TUB-BGR Verfahren) geschätzte minimale Sickerwassermenge in mm/a, die den Boden unter Berücksichtigung des kapillaren Aufstiegs abwärts verlässt. Das gebildete Sickerwasser trägt zur Grundwasserneubildung bei und/oder verlässt die Sickerzone als Zwischenabfluss. Die Sickerwasserrate ist eine entscheidende Eingangsgröße bei Wasserhaushaltsberechnungen oder der hydrogeologischen Grundwassermodellierung. Ebenso steuert sie maßgeblich die Verlagerung von Schad- und Nährstoffen (bspw. Nitrat) im Boden und beeinflusst indirekt die Standorteignung für Flora und Fauna. Weiterführende Informationen finden Sie hier: https://geo.brandenburg.de/karten/htdocs/21042020_Sickerwasserrate.pdf

Bodenbewertung - Nährstoffverfügbarkeit im effektiven Wurzelraum, regionalspezifisch bewertet

Der sogenannte S-Wert ist ein Kennwert zur Bewertung des Bodens als Bestandteil des Nährstoffhaltes und wird über die Nährstoffverfügbarkeit bewertet. Der S-Wert ist die Menge an Nährstoffen (Kationen, nicht z. B. Nitrat), die ein Boden austauschbar an Ton-, Humusteilchen, Oxiden und Hydroxiden binden bzw. sorbieren kann (Kationenaustauschkapazität). Der S-Wert ist somit gut geeignet, die Nährstoffverfügbarkeit zu beschreiben. Ähnlich wie bei der Feldkapazität im effektiven Wurzelraum (FKwe) bedingen hohe Gehalte an Ton, Humus, sowie ein großer effektiver Wurzelraum einen hohen S-Wert und umgekehrt. Auch der pH-Wert hat einen großen Einfluss auf den S-Wert. Der pH-Wert kann in Abhängigkeit von der Nutzung in einem weiten Bereich schwanken. Je höher der S-Wert, desto mehr Nährstoffe kann der Boden an Austauschern binden. Nährstoffeinträge über Luft oder Düngung werden so vor einem Austrag mit dem Sickerwasser geschützt. Gleichzeitig wird dadurch eine gleichmäßigere Nährstoffversorgung der Pflanzen sichergestellt. Mit dem S-Wert wird eine natürliche Bodenfunktionen nach § 2 Abs. 2 BBodSchG bewertet und zwar nach Punkt 1.b) als Bestandteil des Naturhaushalts, insbesondere mit seinen Wasser- und Nährstoffkreisläufen. Das hierfür gewählte Kriterium ist die Nährstoffverfügbarkeit mit dem Kennwert S-Wert. Die Karten liegen für die folgenden Maßstabsebenen vor: - 1 : 1.000 - 10.000 für hochaufgelöste oder parzellenscharfe Planung, - 1 : 10.001 - 35.000 für Planungen auf Gemeindeebene, - 1 : 35.001 - 100.000 für Planungen in größeren Regionen, - 1 : 100.001 - 350.000 für landesweit differenzierte Planung, - 1 : 350.001 - 1000.000 für landesweite bis bundesweite Planung. In dieser Darstellung wird der S-Wert regionalspezifisch klassifiziert. Unter dem Titel "Bodenbewertung - Nährstoffverfügbarkeit im effektiven Wurzelraum (SWE), landesweit bewertet" gibt es noch eine Klassifikation des S-Wertes, die den S-Wert über die Naturraumgrenzen hinweg landesweit einheitlich darstellt.

Bodenbewertung - Wasserrückhaltevermögen (FKWe), regionalspezifisch bewertet

Die Bodenfunktion „Bestandteil des Wasserhaushaltes“ ist eine Teilfunktion der natürlichen Bodenfunktion „Bestandteil des Naturhaushalts, insbesondere mit seinen Wasser- und Nährstoffkreisläufen“ (BBodSchG, § 2, Abs. 2, Punkt 1.b). Ein Bewertungskriterium hierfür sind die allgemeinen Wasserhaushaltsverhältnisse mit dem Kennwert „Feldkapazität“, die die Menge an Wasser kennzeichnet, die im Boden entgegen der Schwerkraft zurückgehalten werden kann. Je höher das Wasserrückhaltevermögen bzw. die Feldkapazität ist, desto mehr und länger wird das Wasser dem Kreislauf Atmosphäre – Boden – Gewässer entzogen und steht bodenbezogenen Prozessen wie z. B. der Versorgung der Pflanzen mit Wasser und Nährstoffen oder Zersetzung organischer Substanz zur Verfügung. Die konkreten Werte für das Wasserrückhaltevermögen bzw. die Feldkapazität werden in fünf Stufen von sehr gering bis sehr hoch klassifiziert. Je höher das Wasserrückhaltevermögen ist, desto höher ist auch die Erfüllung der Bodenfunktion „Bestandteil des Wasserhaushaltes“. Die regionale Klassifikation gibt die dem Naturraum entsprechende Bedeutung dieser Bodenfunktionen wieder. Dies stellt bei kleinräumigen Planungen, z. B. auf Gemeindeebene oder Detail- oder Ausführungsplanungen häufig eine fachlich angemessene Grundlage dar. Um möglichst viele Nutzer zu erreichen und verschiedene Zwecke abdecken zu können, stellt das LLUR das Kartenwerk in fünf verschiedenen Maßstabsebenen bereit: 1 : 2.000 für die konkrete Landbewirtschaftung oder Bauausführung vor Ort oder für eine hochaufgelöste Planung, 1 : 25.000 für Planungen auf Gemeindeebene, 1 : 100.000 für Planungen in größeren Regionen, 1 : 250.000 für eine landesweit differenzierte Planung, 1 : 1000.000 für eine landesweite bis bundesweite Planung.

Bodenbewertung - Wasserrückhaltevermögen (FKWe), landesweit bewertet

Die Bodenfunktion „Bestandteil des Wasserhaushaltes“ ist eine Teilfunktion der natürlichen Bodenfunktion „Bestandteil des Naturhaushalts, insbesondere mit seinen Wasser- und Nährstoffkreisläufen“ (BBodSchG, § 2, Abs. 2, Punkt 1.b). Ein Bewertungskriterium hierfür sind die allgemeinen Wasserhaushaltsverhältnisse mit dem Kennwert „Feldkapazität“, die die Menge an Wasser kennzeichnet, die im Boden entgegen der Schwerkraft zurückgehalten werden kann. Je höher das Wasserrückhaltevermögen bzw. die Feldkapazität ist, desto mehr und länger wird das Wasser dem Kreislauf Atmosphäre – Boden – Gewässer entzogen und steht bodenbezogenen Prozessen wie z. B. der Versorgung der Pflanzen mit Wasser und Nährstoffen oder Zersetzung organischer Substanz zur Verfügung. Die konkreten Werte für das Wasserrückhaltevermögen bzw. die Feldkapazität werden in fünf Stufen von sehr gering bis sehr hoch klassifiziert. Je höher das Wasserrückhaltevermögen ist, desto höher ist auch die Erfüllung der Bodenfunktion „Bestandteil des Wasserhaushaltes“. Vor allem bei großräumigeren oder die Naturraumgrenzen überschreitenden Planungen, stellt eine Übersicht nach (landesweit) einheitlichen Klassifikationen, die nicht naturräumlich differenziert sind, häufig eine fachlich angemessene Grundlage dar. Um möglichst viele Nutzer zu erreichen und verschiedene Zwecke abdecken zu können, stellt das LLUR das Kartenwerk in fünf verschiedenen Maßstabsebenen bereit: 1 : 2.000 für die konkrete Landbewirtschaftung oder Bauausführung vor Ort oder für eine hochaufgelöste Planung, 1 : 25.000 für Planungen auf Gemeindeebene, 1 : 100.000 für Planungen in größeren Regionen, 1 : 250.000 für eine landesweit differenzierte Planung, 1 : 1000.000 für eine landesweite bis bundesweite Planung.

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