Erhöhte Stickstoffnutzungseffizienz in der Landwirtschaft durch Zwischenfrüchte als Produzenten natürlicher Nitrifikationsinhibitoren

• Antragsteller: Professor Dr. Nicolaus von Wirén
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenbau, Pflanzenernährung, Agrartechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 459536758

Agarsysteme in industrialisierten Ländern stehen vor großen Herausforderungen: Sie sollen den zunehmenden Nahrungsmittelbedarf bei gleichzeitiger Reduktion von Umweltbelastungen durch Düngemittel decken. Der Einsatz synthetischer Stickstoff (N)-Düngemittel hat die Produktivität der landwirtschaftlichen Pflanzenproduktion erhöht. Jedoch führt die geringe Nutzungseffizienz von N-Düngemitteln zu N-Verlusten durch Nitratauswaschung und N-Emissionen und damit zur Belastung von Grundwasser und Atmosphäre. Die Entwicklung von Strategien zur Optimierung des Düngungsmangements und zur Verhinderung solcher N-Verluste stimmen mit einigen der „UN Strategic Development Goals“ (SDGs) überein, nämlich die globale Erwärmung zu verringern (SDG13), verantwortlich zu produzieren (SDG12), sauberes Wasser zu erhalten (SDG6) und die Biodiversität zu erhöhen (SDG15). Im CATCH-BNI Projekt wird das Potential von Zwischenfrüchten untersucht, Schlüsselfunktionen in der Regulation des N-Kreislaufs in Böden konventioneller und biologischer Landwirtschaft zu übernehmen. Der Nitrifikationsprozess, der Ammonium-N zu Nitrat-N oxidiert und durch Bodenbakterien und Pilze vermittelt wird, führt zu erhöhter Nitratauswaschung und fördert die anschließende Denitrifikation und Bildung von Treibhausgasen (NOx). Während die chemische Hemmung des Denitrifikationsprozesses sich als erfolgreiches Mittel etabliert hat, N-Verluste zu reduzieren, wurde kürzlich gezeigt, dass einige Pflanzenarten in der Lage sind, Wurzelabscheidungen mit nitrifikationshemmender Wirkung abzugeben. Diese biologischen Nitrifikationsinhibitoren (BNI) ermöglichen es, die Strategie der Nitrifikationshemmung unter geringem Kostenaufwand auf eine biologische und nachhaltige Landwirtschaft zu übertragen. In der Tat synthetisieren Zwischenfrüchte BNI, wie z.B. einige Brassicaceen Glucosinolate. Deren Sproßbiomasse kann nach Einarbeitung im Boden zu erhöhter Ammoniumakkumulation in der Bodenlösung führen. Im CATCH-BNI Projekt wird daher untersucht, welche Auswirkungen Zwischenfrüchte mit erhöhtem Potential zur Synthese und Abgabe von BNI auf das Nitrifikationspotential des Bodenmikrobioms haben. Vorrangiges Ziel von CATCH-BNI ist es, innovative Ansätze zu erarbeiten, die die Konversion von Ammonium in Nitrat verlangsamen, um die Ammoniumverfügbarkeit zugunsten verbesserter Ernährungsbedingungen zu erhöhen. Ziele sind i) Zwischenfruchtarten und –genotypen zu identifizieren, die hohe BNI-Aktivitäten in ihren Sproßgeweben oder Wurzelabscheidungen aufweisen, ii) nachzuweisen, wie stark sich N-Formen im Boden durch den Anbau von BNI-produzierenden Zwischenfruchtarten beeinflussen lassen, iii) Bedingungen zu finden, wie sich Ammonium in organischen Düngemitteln durch den Einsatz von Zwischenfrüchten oder deren Biomasse stabilisieren lässt, und iv) die entwickelten Innovationen unter Feldbedingungen zu validieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Belgien, Großbritannien, Spanien
• Partnerorganisation: Agencia Estatal de Investigación; Fonds National de la Recherche Scientifique - FNRS
• Anwendungspartner: Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial; Department for Environment Food and Rural Affairs
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Maria Begona; Professor Tony Miller, Ph.D.; Professor Hervé Vanderschuren, Ph.D.