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Development of a modelling system for prediction and regulation of livestock waste pollution in the humid tropics

Introduction: In Malaysia, excessive nutrients from livestock waste management systems are currently released to the environment. Particularly, large amounts of manure from intensive pig production areas are being excreted daily and are not being fully utilised. Alternatively, the excess manure can be applied as an organic fertiliser source in neighbouring cropping systems on the small landholdings of the pig farms to improve soil fertility so that its nutrients will be available for crop uptake instead of being discharged into water streams. Thus, there is a need for better tools to analyse the present situation, to evaluate and monitor alternative livestock production systems and manure management scenarios, and to support farmers in the proper management of manure and fertiliser application. Such tools are essential to quantify, and assess nutrient fluxes, manure quality and content, manure storage and application rate to the land as well as its environmental effects. Several computer models of animal waste management systems to assist producers and authorities are now available. However, it is felt that more development is needed to adopt such models to the humid tropics and conditions of Malaysia and other developing countries in the region. Objectives: The aim is to develop a novel model to evaluate nutrient emission scenarios and the impact of livestock waste at the landscape or regional level in humid tropics. The study will link and improve existing models to evaluate emission of N to the atmosphere, and leaching of nutrients to groundwater and surface water. The simulation outputs of the models will be integrated with a GIS spatial analysis to model the distribution of nutrient emission, leaching and appropriate manure application on neighbouring crop lands and as an information and decision support tool for the relevant users.

Datengetriebene und genom-editierte Züchtung lokal angepasster Weizensorten zur Steigerung der Agrarbiodiversität, der nachhaltigen Klimaresistenz und der Ressourceneffizienz, Teilvorhaben K

Optimierung der Naehrstoffzufuhr bei hohem Ertragsniveau von Kulturpflanzen unter besonderer Beruecksichtigung der Ertragsstabilitaet

a) Bei hohem Ertragsniveau ist die adaequate Zufuhr der mineralischen Duengung, insbesondere der Stickstoffduengung, ein bisher nicht geloestes Problem, so dass weitere Untersuchungen erforderlich sind. b) Freiland-, Gefaess- und Modelluntersuchungen in Verbindung mit chemischen Analysen bilden den Kern der Arbeiten. c) Langfristig.

Untersuchungen zur Vererbung von Qualitätseigenschaften bei Durumweizen und ihre Verbesserung

Von Seiten der Durumweizen-verarbeitenden Industrie besteht hohes Interesse an einer heimischen Rohstoffbasis. Durumweizen stammt ursprünglich aus Mittelmeerländern und Küstenregionen des Schwarzen Meeres und ist in Deutschland nicht adaptiert. Ein Schwerpunkt bei der Züchtung von Durumsorten im Hinblick auf die Qualität liegt daher auf der Bearbeitung der mehr von Umwelteinflüssen geprägten Merkmale glasiges Endosperm, Auswuchsresistenz und Resistenz gegenüber dunkelfleckigkeitsbildender Pilze. Der andere Schwerpunkt bezieht sich auf die hohen Anforderungen an das (gelbe) Farb- und Kochpotential bezüglich der Teigware. Die Entwicklung von Durumsorten schließt die Berücksichtigung von Ertrags- und Resistenzeigenschaften mit ein. Es konnten bereits Durumlinien hervorgebracht werden, die hohe Ertragsleistung mit hoher Ausprägung von Qualitätseigenschaften kombinieren. Aus dem Programm wurden in Frankreich die Sorte ORJAUNE, in Deutschland die Sorten DURAFIT und DURABON, in Spanien die Sorten BURGOS, COMBO und VETRODUR zugelassen.

Die Salztoleranz einiger Kulturpflanzen, Baumwolle, Reis und Futterpflanzen

In Gefaessversuchen werden Baumwoll- und Reispflanzen unter verschiedenen Versalzungsgraden angezogen. Es stellen sich bei bestimmten Konzentrationen Schaeden an den Kulturpflanzen ein.

Datengetriebene und genom-editierte Züchtung lokal angepasster Weizensorten zur Steigerung der Agrarbiodiversität, der nachhaltigen Klimaresistenz und der Ressourceneffizienz, Teilvorhaben A

Die systemisch erworbene Resistenz bei Pflanzen - ein - omics Ansatz zur Pathogenantwort

Ziel dieses Projekts ist es, Signalkomponenten der systemisch erworbenen Resistenz (SAR) in Arabidopsis thaliana und einer Mutante, eds1, welche nicht mehr in der Lage ist, SAR Signale zu produzieren oder zu transportieren, zu identifizieren. EDS1 abhängige Peptide, Lipide und polare niedermolekulare Stoffe werden mit massenspektrometrischen Methoden identifiziert. Danach wird in verschiedenen (Nutz)Pflanzen untersucht, ob die so identifizierten möglichen SAR Komponenten Resistenz gegen Krankheitserreger auslösen. Des Weiteren wird der Einfluss von SAR Signalen auf Prozesse wie z.B. Trockenresistenz untersucht.

Untersuchungen ueber die Physiologie des Wachstums, der Entwicklung, Ertragsbildung und Naehrstoffaufnahme bei verschiedenen Kulturpflanzen auf tropischen Boeden und Standorten (72/73-16-46)

Bei verschiedenen Kulturpflanzen (Reis, Bohnen, Weizen, Teff, Mais, Futterpflanzen) werden Naehrstoffaufnahme und Ertragsbildung in Abhaengigkeit von der Duengung und des Bodens auf tropischen Standorten (Kolumbien, Aethiopien, Iran, Nigeria) untersucht.

Einsatz von phototrophen Biofilmen im Agrarsektor zur Verbesserung des Pflanzenwachstums

Im Jahr 2018 wurden in Deutschland rund 866 Millionen Tonnen Treibhausgase produziert, wobei weltweit 10-12 % der anthropogenen Treibhausemissionen der Landwirtschaft zuzuordnen sind. Während der Austausch an CO2 durch die gleichzeitige CO2 Fixierung in organische Masse fast ausgeglichen ist, beträgt der Anteil der Landwirtschaft bei Methan 50 % und Lachgas sogar 60 % aller Emissionen. Dies ist vor allem auf den Einsatz mineralischer und organischer Düngemittel zurückzuführen. Ohne ein aktives Gegensteuern wird eine Steigerung der Lachgasemissionen um 30-65 % bis 2030 in der Agrarwirtschaft erwartet. Um das gesetzte klimapolitische Ziel einer weitgehenden Treibhausgas-Neutralität bis 2050 zu erreichen, stellt ein klimaschonender Anbau von nachwachsenden Rohstoffen in der Landwirtschaft eine wichtige Strategie dar. Ein zentraler Teilaspekt dieser Strategie könnte die Ansiedlung der gegenüber biotischen und abiotischen Bedingungen toleranten terrestrischen Cyanobakterien sein, die in der Lage sind Luftstickstoff zu fixieren und in - für andere Organismen verwertbaren - Stickstoff umzuwandeln und an die Umgebung abzugeben. Zusätzlich dazu wachsen terrestrische Cyanobakterien eingebettet in einer Matrix aus extrazellulären polymeren Substanzen was zu einer wünschenswerten Bodenstabilisierung und damit zum Schutz vor Bodenerosion sowie zur Förderung der Wasserspeicherung im Boden beitragen könnte. Hierzu sollen stickstofffixierende Cyanobakterien, die aus der kühlgemäßigten Klimazone isoliert wurden, eingesetzt werden. Geeignete Stämme müssen die Stickstofffixierung räumlich durch die Ausbildung von Heterozysten vom Photosyntheseapparat getrennt haben und den bioverfügbaren Stickstoff an die Umgebung abgeben. Co-Kultivierungen von Cyanobakterien mit Arabidopsis thaliana (Acker-Schmalwand) sowie Triticum aestivum (Weizen) sollen zeigen, ob eine künstlich induzierte Symbiose möglich ist. Neben der Agrarpflanze Weizen wurde A. thaliana ausgewählt, da es sich hierbei um eine schnellwachsende und gut charakterisierte Modellpflanze handelt und sie zur selben Familie wie die Nutzpflanzen Kohl, Brokkoli und Meerrettich zählt. Zur Ausbringung der Biofilme in die Agrarwirtschaft sollen diese auf einem biologisch abbaubaren Trägermaterial immobilisiert werden. Hierfür soll ein Aerosolreaktor konzipiert und charakterisiert sowie ein Animpf- und Ernteverfahren etabliert werden. Zusätzlich dazu soll der Wasserrückhalt der Biofilme durch Variation der Prozessparameter optimiert werden. Abschließend soll die Co-Kultivierung von immobilisierten Cyanobakterien auf dem Trägermaterial und Pflanzen in Pflanzsubstraten in Abhängigkeit der Temperatur untersucht werden. Hier soll die Frage beantwortet werden, ob ein periodisches Ausbringen der Cyanobakterien notwendig ist, oder ob eine dauerhafte Implementierung von Biofilmen im Boden möglich ist.

Naehrstoffhaushalt landwirtschaftlicher Wassereinzugsgebiete in Abhaengigkeit von Standort und Nutzungsintensitaet

Das Ziel des SFB 179 'Wasser- und Stoffdynamik in Agrar-Oekosystemen' ist die Modellierung der Energie-, Wasser- und Stofffluesse, um Prognosen ueber die Langzeitstabilitaet von Agrar-Oekosystemen bei unterschiedlicher Nutzungsintensitaet erstellen zu koennen. Das Teilprojekt 'Naehrstoffhaushalt landwirtschaftlicher Wassereinzugsgebiete' erstellt in zwei Wassereinzugsgebieten Standort- und Gebietsnaehrstoffbilanzen. Hierzu werden der Naehrstoffeintrag durch Duengung (Befragung der Landwirte), Ertraege und Naehrstoffentzuege durch die Kulturpflanzen, Naehrstoffgehalte in Sickerwaessern, Kenndaten zur Durchwurzelbarkeit verschiedener Ackerflaechen sowie teils regelmaessig, teils ereignisabhaengig, Naehrstoffkonzentrationen in Draen- und Vorfluterwaessern ermittelt. Die Messung der N2-Denitrifikationsverluste sowie 15N-Versuche zur Frage der Ausnutzung und des Verbleibs von Duengerstickstoff vervollstaendigen die Datenbasis zur Weiterentwicklung eines bereits erarbeiteten Modell

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