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Stickstoffeintrag aus der Landwirtschaft und Stickstoffüberschuss

<p> <p>Stickstoff ist ein essenzieller Nährstoff für alle Lebewesen. Im Übermaß in die Umwelt eingebrachter Stickstoff führt aber zu enormen Belastungen von Ökosystemen.</p> </p><p>Stickstoff ist ein essenzieller Nährstoff für alle Lebewesen. Im Übermaß in die Umwelt eingebrachter Stickstoff führt aber zu enormen Belastungen von Ökosystemen.</p><p> Stickstoffüberschuss der Landwirtschaft <p>Eine Maßzahl für die Stickstoffeinträge in Grundwasser, Oberflächengewässer, Böden und die Luft aus der Landwirtschaft ist der aus der landwirtschaftlichen Stickstoff-Gesamtbilanz ermittelte Stickstoffüberschuss (siehe Abb. „Saldo der landwirtschaftlichen Stickstoff-Gesamtbilanz in Bezug auf die landwirtschaftlich genutzte Fläche“). Überschüssiger Stickstoff aus landwirtschaftlichen Quellen gelangt als Nitrat in Grund- und Oberflächengewässer und als Ammoniak und Lachgas in die Luft. Lachgas trägt als hochwirksames <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/treibhausgas">Treibhausgas</a> zur Klimaerwärmung bei. Der Eintrag von Nitrat und Ammoniak führt zur Belastung des Grundwassers als wichtige Trinkwasserressource, <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/versauerung">Versauerung</a> von Böden, Nährstoffanreicherung (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/eutrophierung">Eutrophierung</a>) in Land- und Wasserökosystemen und Beeinträchtigung der biologischen Vielfalt (siehe „<a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/landwirtschaft/umweltbelastungen-der-landwirtschaft/stickstoff#einfuhrung">Umweltbelastung der Landwirtschaft – Stickstoff</a>“).&nbsp;</p> <p>Ein Diagramm zeigt den zeitlichen Verlauf des Stickstoffüberschusses zwischen 1990 und 2023 für Einzeljahre und im gleitenden 5-Jahresmittel. Erkennbar ist eine Abnahme im 5-jährigen Mittel von 117 auf 70 Kilogramm Stickstoff pro Hektar und Jahr. Das Ziel für 2026-2030 sind 70 Kilogramm Stickstoff pro Hektar und Jahr.</p> <strong> Saldo der landwirtschaftlichen Stickstoff-Gesamtbilanz in Bezug auf die landwirtschaftlich ... </strong> <p>___<br> * jährlicher Überschuss bezogen auf das letzte Jahr des 5-Jahres-Zeitraums (aus gerundeten Jahreswerten berechnet)<br> ** 1990: Daten zum Teil unsicher, nur eingeschränkt vergleichbar mit Folgejahren. 2023: Daten teilweise vorläufig<br> *** Ziel der Nachhaltigkeitsstrategie der Bundesregierung, bezogen auf das 5-Jahres-Mittel des Zeitraums 2026 - 2030</p> Quelle: <p>Bundesministerium für Landwirtschaft, Ernährung und Heimat (BMLEH) 2025, Statistischer Monatsbericht Kap. A Nährstoffbilanzen und Düngemittel, Nährstoffbilanz insgesamt von 1990 bis 2023 (MBT-0111260-0000)</p> Downloads: <ul> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/DE_Indikator_AGRI-01_Stickstoffueberschuss-Landwirt_2026-03-05_0.pdf">Diagramm als PDF (99,24 kB)</a></li> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/DE-EN_Indikator_AGRI-01_Stickstoffueberschuss-Landwirt_2026-03-05_1.xlsx">Diagramm als Excel mit Daten (90,90 kB)</a></li> </ul> </p><p> <p>Die Stickstoff-Gesamtbilanz setzt sich zusammen aus den Komponenten Flächenbilanz (Bilanzierung der Pflanzen- bzw. Bodenproduktion), Stallbilanz (Bilanzierung der tierischen Erzeugung) und der Biogasbilanz (Bilanzierung der Erzeugung von Biogas in landwirtschaftlichen Biogasanlagen). Der Stickstoffüberschuss der Gesamtbilanz ergibt sich aus der Differenz von Stickstoffzufuhr in und Stickstoffabfuhr aus dem gesamten Sektor Landwirtschaft (siehe Schaubild „Schema der Stickstoff-Gesamtbilanz der Landwirtschaft“). Der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/indikator">Indikator</a> wird vom Institut für Pflanzenbau und Bodenkunde des Julius-Kühn-Instituts und dem Umweltbundesamt berechnet und jährlich vom BMLEH veröffentlicht (siehe&nbsp;<a href="https://www.bmel-statistik.de/fileadmin/daten/0111260-0000.xlsx">BMLEH, Tabellen zur Landwirtschaft, MBT-0111-260-0000</a>).&nbsp;</p> <p>Der Stickstoffüberschuss der Gesamtbilanz ist als mittlerer Überschuss aller landwirtschaftlicher Betriebe in Deutschland zu interpretieren.&nbsp;Regional unterscheiden sich die Überschüsse jedoch teilweise stark voneinander. Grund dafür sind vorrangig unterschiedliche Viehbesatzdichten und daraus resultierende Differenzen beim Anfall von Wirtschaftsdünger. Um durch <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/witterung">Witterung</a> und Düngerpreis verursachte jährliche Schwankungen auszugleichen wird ein gleitendes 5-Jahresmittel errechnet.</p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/3_schaubild_schema-n-gesamtbilanz_0.png"> </a> <strong> Schema der Stickstoff-Gesamtbilanz der Landwirtschaft </strong> Quelle: verändert nach Häußermann Downloads: <ul> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/3_schaubild_schema-n-gesamtbilanz_0.pdf">Schaubild als PDF (47,21 kB)</a></li> </ul> </p><p> <p>Die Ergebnisse der Bilanzierung zeigen einen deutlich abnehmenden Trend bei den Stickstoffüberschüssen über die gesamte Zeitreihe (siehe Abb. „Saldo der landwirtschaftlichen Stickstoff-Gesamtbilanz in Bezug auf die landwirtschaftlich genutzte Fläche“). Im Zeitraum 1994 bis 2023 ist der Stickstoffüberschuss im gleitenden 5-Jahresmittel von 117 Kilogramm Stickstoff pro Hektar landwirtschaftlich genutzter Fläche und Jahr (kg N/ha*a) auf 70 kg N/ha*a gesunken. Das entspricht einem jährlichen Rückgang von über 1 % sowie einem Rückgang über die Zeit um 40 %. Die Reduktion des Stickstoffüberschusses zu Beginn der 1990er Jahre ist größtenteils auf den Abbau der Tierbestände in den östlichen Bundesländern zurückzuführen. Der durchschnittliche Rückgang des Stickstoffüberschusses über die gesamte Zeit von 1994 bis 2023 beruht auf einem effizienteren Einsatz von Stickstoff-Düngemitteln, Ertragssteigerungen in der Pflanzenproduktion, höhere Futterverwertung bei Nutztieren und gesunkenen Tierzahlen.&nbsp;Seit 2015 ist der Überschuss besonders stark zurückgegangen. Der wesentliche Treiber dieses Rückgangs ist der deutlich verminderte Einsatz von Mineraldüngern. Dies ist u.a. auf eine verschärfte Düngegesetzgebung, der beschleunigten Einführung emissionsarmer Ausbringungstechnologien, mehrerer Dürrejahre und höherer Düngemittelpreise nach dem Angriffskrieg auf die Ukraine zurückzuführen.&nbsp;</p> <p>Im Jahr 2016 wurde in der&nbsp;<a href="https://www.bundesregierung.de/resource/blob/992814/2335292/3962877378d74837d4f4c611749b6172/2025-05-13-dns-2025-data.pdf">Deutschen Nachhaltigkeitsstrategie</a> der Bundesregierung (BReg 2016) ein Zielwert von 70 kg N/ha*a für das gleitende 5-Jahresmittel von 2028-2032 verankert. Mit der <a href="https://www.bundesregierung.de/resource/blob/976072/2335292/c4471db32df421a65f13f9db3b5432ba/2025-02-17-dns-2025-data.pdf?download=1">Weiterentwicklung</a> der Strategie in 2025 wurde der Zeitraum für die Zielerreichung auf die Jahre 2026 bis 2030 vorgezogen.&nbsp;</p> </p><p> Bewertung der Entwicklung <p>Das Ziel der Deutschen Nachhaltigkeitsstrategie wird mit Veröffentlichung des Bilanzjahres 2023 erstmalig erreicht, was einen großen Erfolg darstellt. Allerdings bedeutet dies nicht, dass es keiner weiteren Anstrengungen mehr Bedarf, die Stickstoffeinträge in die Umwelt weiter zu reduzieren oder auch dass die Überschüsse in den kommenden Jahren auf dem Niveau bleiben werden. Vielmehr ist dies als ein Teilziel zu betrachten, auf dem Weg Umwelt, Gesundheit und <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/klima">Klima</a> insgesamt vor zu hohen Stickstoffeinträgen zu schützen.&nbsp;Besonders im Hinblick auf die Umweltziele zur Verringerung der Nitratbelastung des Grundwassers - aufgrund seiner großen Bedeutung als Trinkwasserressource -, zur Minderung des Stickstoffeintrags in Nord- und Ostsee sowie zur Begrenzung der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/eutrophierung">Eutrophierung</a> aquatischer und terrestrischer Ökosysteme ist das Ziel von 70 kg Stickstoff pro Hektar nicht ausreichend. Denn hier kommt es weniger auf den durchschnittlichen nationalen Stickstoffüberschuss, sondern viel mehr auf die regionale Verteilung der&nbsp;Stickstoffüberschüsse an. Einen&nbsp;Überblick über die Verteilung der Überschüsse liefert <a href="https://gis.uba.de/maps/resources/apps/lu_nflaechenbilanzueberschuss/index.html?lang=de&amp;vm=2D&amp;s=9193427.02702703&amp;r=0&amp;bm=tpol&amp;c=1150000%2C6683301.2629420925&amp;l=nfbue_daten%2C%7E18b29039bd5-layer-2%28-2%2C-3%2C-4%2C-5%2C-6%29">die Karte zu den regionalen N-Flächenbilanzüberschüssen</a>.&nbsp;</p> </p><p> Stickstoffzufuhr und Stickstoffabfuhr in der Landwirtschaft <p>Die Stickstoffzufuhr in der landwirtschaftlichen Gesamtbilanz setzt sich aus mehreren Quellen zusammen. Dazu zählen vor allem Mineraldünger, importierte Wirtschaftsdünger, Kompost und Klärschlamm, die Stickstoffdeposition aus der Luft, die biologische Stickstoffbindung durch <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/leguminosen">Leguminosen</a>, Co-Substrate für die Bioenergieproduktion sowie Futtermittelimporte. Die Stickstoffabfuhr erfolgt über pflanzliche und tierische Marktprodukte.</p> <p>Zwischen 1990 und 2023 lag die durchschnittliche Stickstoffzufuhr bei 186 kg N/ha*a. Sie erreichte 1990 mit 209 kg N/ha*a ihren Höchstwert und sank bis 2023 auf ein Minimum von 143 kg N/ha*a. Bis 2017 blieb die Zufuhr weitgehend konstant, in den letzten sechs Jahren ging sie jedoch deutlich um durchschnittlich 8 kg N/ha*a zurück. Die Stickstoffabfuhr betrug im gesamten Zeitraum durchschnittlich 87 kg N/ha*a. Sie stieg bis 2017 kontinuierlich auf 98 kg N/ha*a an und ist seitdem leicht rückläufig. Aktuell liegt sie bei 89 kg N/ha*a. Durch den stärkeren Rückgang der Zufuhr im Vergleich zur Abfuhr hat sich der Stickstoffüberschuss deutlich verringert (siehe Abb. „Zu-und Abfuhr der landwirtschaftlichen Stickstoff-Gesamtbilanz, 1990-2023“).</p> <p>Im Jahr 2023 stammten 42 % der <u>Stickstoffzufuhr</u> aus Mineraldüngern, 24 % aus inländischem Tierfutter und 15 % aus Futtermittelimporten. Weitere Beiträge kamen aus der biologischen Stickstofffixierung von Leguminosen (10 %), aus atmosphärischer <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/deposition">Deposition</a> (3 %), aus Co-Substraten für die Biogasproduktion (2 %) sowie aus Saat- und Pflanzgut (1 %). Wirtschaftsdünger und betriebseigene Futtermittel werden in der Flächenbilanz, nicht jedoch in der Gesamtbilanz berücksichtigt (siehe Abb. „Stickstoff-Zufuhr zur landwirtschaftlichen Stickstoff-Gesamtbilanz in 2023“).</p> <p>Die <u>Stickstoffabfuhr</u> erfolgte 2023 zu 68 % über pflanzliche Marktprodukte und zu 32 % über Fleisch, Schlachtabfälle und andere tierische Produkte (siehe Abb. „Stickstoff-Abfuhr aus der landwirtschaftlichen Stickstoff-Gesamtbilanz in 2023“).</p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/image/4_Abb_N-Zu-und_Abfuhren_Zeitreihe_2026-03-05.png"> </a> <strong> Zu-und Abfuhr der landwirtschaftlichen Stickstoff-Gesamtbilanz, 1990-2023 </strong> Quelle: Bundesministerium für Landwirtschaft / Ernährung und Heimat <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/image/4_Abb_N-Zu-und_Abfuhren_Zeitreihe_2026-03-05.png">Bild herunterladen</a> (279,67 kB) <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/4_Abb_N-Zu-und_Abfuhren_Zeitreihe_2026-03-05.pdf">Diagramm als PDF</a> (57,58 kB) <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/4_Abb_N-Zu-und_Abfuhren_Zeitreihe_2026-03-05.xlsx">Diagramm als Excel mit Daten</a> (757,93 kB) <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/image/5_Abb_N-Zufuhren_Anteile_2026-03-05.png"> </a> <strong> Stickstoff-Zufuhr zur landwirtschaftlichen Stickstoff-Gesamtbilanz in 2023 </strong> Quelle: Bundesministerium für Landwirtschaft / Ernährung und Heimat <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/image/5_Abb_N-Zufuhren_Anteile_2026-03-05.png">Bild herunterladen</a> (119,91 kB) <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/5_Abb_N-Zufuhren_Anteile_2026-03-05.pdf">Diagramm als PDF</a> (36,68 kB) <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/5_Abb_N-Zufuhren_Anteile_2026-03-05.xlsx">Diagramm als Excel mit Daten</a> (746,79 kB) <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/image/6_Abb_N-Abfuhren_Anteile_2026-03-05.png"> </a> <strong> Stickstoff-Abfuhr aus der landwirtschaftlichen Stickstoff-Gesamtbilanz in 2023 </strong> Quelle: Bundesministerium für Landwirtschaft / Ernährung und Heimat <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/image/6_Abb_N-Abfuhren_Anteile_2026-03-05.png">Bild herunterladen</a> (88,19 kB) <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/6_Abb_N-Abfuhren_Anteile_2026-03-05.pdf">Diagramm als PDF</a> (34,71 kB) <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/6_Abb_N-Abfuhren_Anteile_2026-03-05.xlsx">Diagramm als Excel mit Daten</a> (746,41 kB) Weiter <i> </i> Vorherige <i> </i> </p><p> Maßnahmen zur Verringerung der Überschüsse <p>Um den Stickstoffüberschuss weiter zu verringern und die damit verbundenen Umweltziele zu <a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/umweltindikatoren/indikator-nitrat-im-grundwasser">Nitrat im Grundwasser</a>, <a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/umweltindikatoren/indikator-eutrophierung-durch-stickstoff">Eutrophierung von Ökosystemen</a>, <a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/umweltindikatoren/indikator-eutrophierung-der-meere">Stickstoffeinträge in Küstengewässer</a> und <a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/umweltindikatoren/indikator-emission-von-luftschadstoffen">Emissionen von Luftschadstoffen</a> zu erreichen, sollten die Stickstoffzufuhr in der Landwirtschaft weiter reduziert und der eingesetzte Stickstoff effizienter genutzt werden. Die Voraussetzung dafür ist ein möglichst geschlossener Stickstoffkreislauf. Um dies zu erreichen müssen Maßnahmen umgesetzt werden, die dazu führen, dass die Anwendung von Mineraldünger reduziert wird, importierte Futtermittel durch heimische ersetzt werden und die Anzahl von Nutztieren reduziert und gleichmäßiger auf die landwirtschaftliche Fläche verteilt wird. Zudem sollte die Effizienz der Stickstoffnutzung durch weitere Optimierungen des betrieblichen Nährstoffmanagements, wie standortangepasste Bewirtschaftungsmaßnahmen, geeignete Nutzpflanzensorten und passende, vielfältige Fruchtfolgen verbessert werden.&nbsp;</p> </p><p> Die Düngeverordnung <p>Die <a href="http://www.gesetze-im-internet.de/d_v_2017/index.html">Düngeverordnung</a> definiert „die gute fachliche Praxis der Düngung“ und gibt vor, wie die mit der Düngung verbundenen Risiken zu minimieren sind. Sie wurde 2017 und 2020 umfassend&nbsp;novelliert um Strafzahlungen als Folge des Urteils des EuGHs gegen Deutschland wegen Verletzung der EU-Nitratrichtlinie zu verhindern. Dieses Ziel wurde vorerst erreicht. Die kurzfristige Wirkung der Maßnahmen der Düngeverordnung soll zukünftig im Rahmen eines Wirkungsmonitorings geprüft werden, um eine schnelle Nachsteuerung von Maßnahmen vor allem in den mit Nitrat belasteten und von <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/eutrophierung">Eutrophierung</a> betroffenen Gebieten zu erreichen. Informationen zu den Novellierungen finden sich&nbsp;<a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/wasser/grundwasser/nutzung-belastungen/faqs-zu-nitrat-im-grund-trinkwasser#was-ist-der-unterschied-zwischen-trinkwasser-rohwasser-und-grundwasser">hier</a>.</p> </p><p> </p><p>Informationen für...</p>

Stickstofffixierung in der monsunbeeinflussten Flussfahne des Mekong

Das Südchinesische Meer ist das größte Randmeer der Erde und ausschließlich von stark besiedelten Ländern wie China, Indonesien, Philippinen oder Vietnam umgeben. Klimaänderung und menschliche Einflüsse im Einzugsgebiet des Mekong (18 geplante Stauseen zu Stromgewinnung und Intensivierung der Aquakultur) werden die Flusseinträge drastisch verändern und in der Folge die Biogeochemie der Küstengewässer. Die Geschwindigkeit und Größenordnung dieser Veränderungen lassen es wahrscheinlich erscheinen, dass das hier geplante Feldprogramm eine der wenigen Gelegenheiten sein wird, dieses Meeresgebiet zu erfassen, bevor es sich grundlegend verändert hat. Die gegenwärtige Rolle der Nährstoffeinträge des Mekong für die Produktivität des Südchinesischen Meeres soll im Vergleich zu den Nährstoffeinträgen durch den Auftrieb während des SW Monsuns untersucht werden. Ergebnisse früherer Arbeiten von uns lassen vermuten, dass die Stickstofffixierung von Cyanobakterien, die in Symbiose mit Diatomeen vorkommen, eine zentrale Rolle spielt. Zudem gibt es einzellige und koloniebildende N-Fixierer wie Trichodesmium in der Flussfahne. Die Interaktion von stickstofffixierenden Organismen, die von den Einträgen des Mekong abzuhängen scheinen, ist bislang nicht verstanden und steht im Fokus dieses Projektes. Die Nährstoffzusammensetzung in Wasser und die Aufnahme von markierten Kohlenstoff und Stickstoffverbindungen wird in der Flussfahne und im Auftriebsgebiet quantifiziert. Zudem wird auf Zellebene der Austausch von Stickstoff und Kohlenstoff zwischen Diatomeen und ihren stickstofffixierenden Symbionten mittels NanoSIMS analysiert. Zeitgleich wird die Gemeinschaft der Stickstofffixierer entlang der Flussfahne und im offenen südchinesischen Meer von amerikanischen und vietnamesischen Kollegen durch genomische, molekularbiologische und taxonomische Methoden erfasst. In der Synthesephase des Projektes soll durch die Zusammenführung aller Ergebnisse ein tiefgreifendes Verständnis des menschlichen Einflusses auf die Biogeochemie des Küstenmeeres vor Vietnam erreicht werden. Zwei Expeditionen in das Gebiet des Mekongausstroms sind bereits durch einen genehmigten Antrag des Schmidts Oceanographic Institute aus den USA abgesichert, so dass Probennahmen und Experimente an Board geplant werden können. Aufgrund des früheren, sehr erfolgreichen DFG finanzierten Vorhabens bestehen enge Kontakte zum Institute of Oceanography in Nha Trang, Vietnam, auf die hier aufgebaut wird.

Sicherung von Multifunktionalität in der Grobfutterproduktion durch Artenreichtum im intensiven Grasland, Teilprojekt A

Durch artenreiches Grasland werden vielfältige Ökosystemleistungen (ÖSL) simultan erbracht. Die Bandbreite der in der intensiven Graslandnutzung für Milchvieh eingesetzten Pflanzenarten beschränkt sich auf einige wenige Vertreter der Gräser und Leguminosen. Viele leguminose und nicht-leguminose dikotyle Pflanzenarten wurden bisher nicht züchterisch bearbeitet, sie werden bislang im Anbau kaum berücksichtigt und offiziell gar nicht empfohlen. Dikotyle Pflanzenarten weisen einen hohen Futterwert auf, sind durch tiefe Wurzeln häufig trockentoleranter als Gräser und enthalten sekundäre Inhaltsstoffe. Diese Eigenschaften sind bei zu erwartender zunehmender Trockenheit (tiefe Wurzel) und zur Reduktion der Methanemission von Wiederkäuern (sekundäre Inhaltsstoffe) entscheidend. Ein zentrales Problem dieser bisher wenig verbreiteten, minoren dikotylen Pflanzenarten ist die unzureichende Kenntnis der agronomischen und qualitativen Eigenschaften sowie die Aussichten für eine weitergehende züchterische Bearbeitung, weil zur intra-spezifischen Variation der ÖSL einzelner Pflanzenarten weitgehend Unklarheit herrscht. Das beantragte Verbundprojekt verfolgt deshalb das Ziel der Etablierung und Nutzung von artenreichem Grünland, um wichtige ÖSL durch verbesserte Zuchtsorten in angepassten neuartigen Mischungen oder durch Streifenanbau simultan zu erbringen. Es werden in einem systematischen Ansatz ausgewählte Arten mit wertvollen Eigenschaften identifiziert und die intra-spezifische Variabilität der Eigenschaften in einem 'pre-breeding' Ansatz ermittelt und beschrieben. Im Besonderen richten sich die ÖSL auf Biodiversität (Blütenangebot), Trockentoleranz (stomatäre Leitfähigkeit), pflanzliche Sekundärmetabolite (PSM wie Tannine), Ausdauer, Winterhärte, Konkurrenzkraft und Etablierungserfolg sowie auf Futterqualität, Ertrag und die biologische Stickstofffixierung. Ein Anbauprotokoll jeder Art wird eigens erstellt.

Sonderforschungsbereich (SFB) 990: Ökologische und sozioökonomische Funktionen tropischer Tieflandregenwald-Transformationssysteme (Sumatra, Indonesien), Teilprojekt A05: Fachliche Zuordnung Bodenwissenschaften Förderung Förderung seit 2012

Unser Projekt hat folgende Ziele: 1. Die Bewertung von Managementsystemen von Palmöl-Plantagen im Hinblick auf die N2-Fixierung und die Effizienz mit der Nährstoffe genutzt und im System gespeichert werden. 2. Ableitung einer Treibhausgasbilanz auf Ökosystemebene durch die Kombination von Gasflussmessungen im Boden mit Messungen der Eddy-Kovarianz. 3. Die Bestimmung des Anteils von Nitrifikation und Denitrifikation an den N2O-Flüssen und die Quantifizierung der räumlichen und zeitlichen Variabilität von Treibhausgasflüssen im Boden. 4. Die Bewertung des Beitrags von Flussufer- und -Auenbereichen sowie Baumstammemissionen zur Treibhausgasbilanz auf Landschaftsebene.

Physiologische und molekulare Regulation der N2-Fixierung bei Medicago truncatula

Symbiontische N2-Fixierung von Leguminosen und Rhizobiumbakterien in spezifischen Organen der Pflanze (Wurzelknöllchen) stellt einen wirtschaftlich und ökologisch bedeutsamen Beitrag zur N-Ernährung von Leguminosen dar. Die Bedeutung von Leguminosen für die menschliche und tierische Ernährung wird auf nationaler und internationaler Ebene wachsen. Symbiontische N2-Fixierung ist für die Pflanze mit erheblichen Energieaufwendungen verbunden und kann im Gegenzug den überwiegenden Teil der N-Ernährung der Leguminose realisieren. Diese für die Pflanze enormen Stoffumsätze bestimmten wesentlich ihre Produktivität. Die N2-Fixierung ist über gut koordinierte längerfristige (Knöllchenansatz, Knöllchenseneszenz) und kurzfristige Mechanismen (Limitierung der Bildung organischer Säuren, N-Feedbackmechanismus) dem N-Bedarf der Sprosse der Leguminosen angepasst. Das vorliegende Projekt verfolgt das Ziel, einen Beitrag zu einem umfassenden physiologischen und molekularbiologischen Bild der Regulationsmechanismen der N2-Fixierung auf Ganzpflanzenebene zu erbringen, um Ansatzpunkte für eine verbesserte Effizienz dieses Vorgangs zu finden. Hierzu werden auf Basis umfangreicher experimenteller Erfahrung über die längerfristige Manipulation der Atmosphäre um die Wurzeln und/oder um die Sprosse einerseits und durch die Manipulation der Phloemzusammensetzung (N-Feedbackmechanismus) andererseits unterschiedliche 'Regulationszustände' der Knöllchen eingestellt. Diese Pflanzen werden dann einer vergleichenden Transkriptomanalyse auf der Basis von Genchips unterzogen. Identifizierte 'Schlüsselgene' der Knöllcheneffizienz sollen anschließend überexprimiert und die Reaktion der Symbiose verfolgt werden. Die Arbeiten sind an der Modellleguminose Medicago truncatula geplant.

Lachgasemissionen

Distickstoffoxid (N2O; Lachgas) ist ein starkes Treibhausgas und eine ozonabbauende Substanz. Während des letzten Jahrhunderts ist die atmosphärische Konzentration von N2O als Folge der Erfindung der menschengemachten Stickstofffixierung (des Haber-Bosch-Prozesses) und der Intensivierung der landwirtschaftlichen Düngung ständig angestiegen, was zu einem starken anthropogenen Ungleichgewicht im globalen biogeochemischen Stickstoffkreislauf geführt hat. Obwohl erkannt wurde, dass N2O-Emissionen eine wichtige Rolle beim Klimawandel spielen, blieben entsprechende Strategien zur Emissionsminderung weitgehend unerforscht. Das Ziel dieses interdisziplinären und kollaborativen Projekts ist die Untersuchung von N2O-atmenden Bakterien (NrB) und deren Anwendbarkeit zur Verminderung von N2O-Emissionen aus Kläranlagen. Die beiden Hauptziele sind (i) die Identifizierung der am besten geeigneten NrB für diese Aufgabe und (ii) der Einsatz dieser Organismen unter kontinuierlichen Bedingungen, die für die Abwasserbehandlung realistisch sind. Das Arbeitsprogramm beinhaltet eine gründliche mikrobiologische Charakterisierung von repräsentativen NrB in Kurzzeit-Experimenten, einschließlich der Untersuchung der Lachgasatmung bei Anwesenheit von gelöstem Sauerstoff und dem Einfluss anderer relevanter Faktoren, wie der Kohlenstoffquelle oder der Abwassermatrix. Geeignete NrB sollen in Langzeitexperimenten Abwasser-ähnlichen Bedingungen ausgesetzt werden. Diese Studien sollen in Laborreaktoren durchgeführt werden und beinhalten unter anderem die Exposition zu wechselnden Bedingungen, z. B. dynamische Veränderungen der Konzentration des gelösten Sauerstoffs. Das Projekt wird eine Eignungsbewertung hinsichtlich der Verwendung von NrB unter Abwasserbedingungen und der Implementierung von NrB in Abwasserbehandlungssystemen liefern. Es wird weiterhin dazu beitragen, die noch nahezu unerforschte natürliche Ressource der N2O- atmenden Bakterien zu nutzen.

Nitrogen supply of grassland and its belowground productivity as influenced by stocking rate, management and availability of water

Wechselwirkungen zwischen N2-Fixierung und Denitrifizierung in einem Erdsystem-Modell mit flexibler Stöchiometrie und deren Einfluss auf das marine Stickstoffinventar in einem sich wandelnden Klima

Der Schlüssel zu Verständnis und Projektion des künftigen Stickstoffinventars des Ozeans und der Veränderung der Biologischen Pumpe im globalen Klimawandel liegt in der Frage, wie und wie stark die Fixierung von atmosphärischem Stickstoff und die Denitrifizierung im Ozean gekoppelt sind. Während in bisherigen Modellstudien Stickstofffixierung und Denitrifizierung eng gekoppelt sind, zeigt ein neu entwickeltes optimalitätsbasiertes Ökosystemmodell mit flexibler Stöchiometrie (OPEM) im globalen UVic-ESCM eine deutlich schwächere Kopplung. In diesem Projekt sollen die Faktoren und Mechanismen, die die Kopplung steuern, identifiziert und ihre Veränderung in ver- schiedenen Klimaszenarien untersucht werden. Hierzu wird OPEM in einem vorindustriellen Szenario, einem Szenario der Maximalphase der letzen Eiszeit und einem heutigen Szenario angewendet und die Sensitivität der Modellergebnisse in Bezug auf das ozeanische Stickstoffinventar und die biolo- gische Kohlenstoffpumpe bewertet. Das Ziel des Projekts ist es, die Steuerungsprozesse des marinen Stickstoffinventars genauer abzubilden, um bessere Projektionen der biogeochemischen Kreisläufe im Ozean und ihrer Auswirkungen auf den CO2-Gehalt der Atmosphäre zu ermöglichen.

Untersuchungen zu einem möglichen N-Feedbackmechanismus der Regulation der sym-biontischen N2-Fixierung bei Leguminosen

Der Mechanismus der Regulation der symbiontischen N2-Fixierung auf Ganzpflanzenebene ist unklar. Ein Verständnis dieses Prozesses könnte eine wesentliche Schubwirkung haben, etwa für züchterische Anstrengungen, Sorten mit während der Hülsenfüllung länger andauernder N2-Fixierung zu erzeugen. Es existiert eine Vielzahl mit unterschiedlichsten methodischen Ansätzen erzielter Hinweise dafür, dass eine N-Feedbackwirkung ein wesentliches Bindeglied der Regulation der N2-Fixierung auf Ganzpflanzenebene darstellt. Diese Hinweise sind jedoch nur indirekter Natur und die genaue Funktionsweise einer solchen N-Feedbackwirkung ist nicht geklärt. Eine Hypothese sieht einen Zusammenhang mit der Sauerstoffdiffusion ins Knöllchen, wobei die experimentell gewonnen Daten zur Stützung dieser Hypothese in einzelnen Punkten unsicher erscheinen. Darüber hinaus gibt es unterschiedliche Angaben in welchem Organ der Pflanze eine N-Anreicherung für eine N-Feedbackwirkung erfolgen muss und welche Verbindungen dabei eine Rolle spielen. Das vorliegende Projekt nimmt sich dieser offenen Fragen an. Ziel ist es, ein vertieftes Verständnis der N-Feedbackregulation der N2-Fixierung bei Leguminosen zu gewinnen. Als experimentelle Grundlage dient dabei die bei einigen Leguminosenarten während der Hülsenfüllung zu beobachtende N-Feedbackwirkung infolge der Mobilisierung von N aus während dieser Zeit absterbenden alten (tief inserierten) Blättern. Die detaillierte Untersuchung dieses Phänomens soll klären 1) welche N-haltig(en) Verbindung(en) dabei eine Rolle spielen, 2) wann und wo sie für eine Wirkung akkumulieren müssen und welche Rolle dabei neu fixierter N und die Geschwindigkeit seines Abtransportes aus den Knöllchen spielt, 3) ob die Wirkung über die Sauerstoffpermeabilität der Knöllchen vermittelt wird und schließlich 4) ob der Mechanismus bei unterschiedlichen Leguminosenarten vergleichbar ist.

Sicherung von Multifunktionalität in der Grobfutterproduktion durch Artenreichtum im intensiven Grasland, Teilprojekt B

Durch artenreiches Grasland werden vielfältige Ökosystemleistungen (ÖSL) simultan erbracht. Die Bandbreite der in der intensiven Graslandnutzung für Milchvieh eingesetzten Pflanzenarten beschränkt sich auf einige wenige Vertreter der Gräser und Leguminosen. Viele leguminose und nicht-leguminose dikotyle Pflanzenarten wurden bisher nicht züchterisch bearbeitet, sie werden bislang im Anbau kaum berücksichtigt und offiziell gar nicht empfohlen. Dikotyle Pflanzenarten weisen einen hohen Futterwert auf, sind durch tiefe Wurzeln häufig trockentoleranter als Gräser und enthalten sekundäre Inhaltsstoffe. Diese Eigenschaften sind bei zu erwartender zunehmender Trockenheit (tiefe Wurzel) und zur Reduktion der Methanemission von Wiederkäuern (sekundäre Inhaltsstoffe) entscheidend. Ein zentrales Problem dieser bisher wenig verbreiteten, minoren dikotylen Pflanzenarten ist die unzureichende Kenntnis der agronomischen und qualitativen Eigenschaften sowie die Aussichten für eine weitergehende züchterische Bearbeitung, weil zur intra-spezifischen Variation der ÖSL einzelner Pflanzenarten weitgehend Unklarheit herrscht. Das beantragte Verbundprojekt verfolgt deshalb das Ziel der Etablierung und Nutzung von artenreichem Grünland, um wichtige ÖSL durch verbesserte Zuchtsorten in angepassten neuartigen Mischungen oder durch Streifenanbau simultan zu erbringen. Es werden in einem systematischen Ansatz ausgewählte Arten mit wertvollen Eigenschaften identifiziert und die intra-spezifische Variabilität der Eigenschaften in einem 'pre-breeding' Ansatz ermittelt und beschrieben. Im Besonderen richten sich die ÖSL auf Biodiversität (Blütenangebot), Trockentoleranz (stomatäre Leitfähigkeit), pflanzliche Sekundärmetabolite (PSM wie Tannine), Ausdauer, Winterhärte, Konkurrenzkraft und Etablierungserfolg sowie auf Futterqualität, Ertrag und die biologische Stickstofffixierung. Ein Anbauprotokoll jeder Art wird eigens erstellt.

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