SP2: Wasser und Nährstoffflüsse

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Lutz Breuer; Dr. Maren Dubbert; Professor Dr. Jan Siemens
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften ; Ökologie der Landnutzung
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 517723694

FORMULA hat zum Ziel die ökosystemaren Leistungen (Nature’s Contributions to People, NCP) von Agroforstsystemen zu bewerten sowie das mechanistische Verständnis der räumlichen Muster aufzuklären. Teilprojekt SP2 konzentriert sich dabei auf die NCP zur „Regulierung der Wassermenge“, „Regulierung der Wasserqualität“ sowie „Bodenentwicklung und Bodenschutz“. Das erste Ziel von SP2 ist zu prüfen, wie sich die Einführung von Bäumen in Ackerflächen auf die räumliche Dynamik der Bodenfeuchtigkeit, der Wasserflüsse und der Verteilung der Wasserflüsse (Verdunstung gegenüber Transpiration) auswirkt. Das zweite Ziel ist die Bewertung des Nährstoffhaushalts und -nutzungseffizienz sowie der räumlichen Muster der Nährstoffauswaschung (insbesondere Stickstoff) in Agroforstsystemen im Vergleich zu Ackersystemen ohne Baumreihen. Um diese Ziele zu erreichen, testet SP2 zwei teilprojektspezifische Hypothesen. Die erste Hypothese postuliert, dass die Bodenfeuchte mit zunehmender Nähe zu den Baumreihen abnimmt, was auf eine höhere Transpiration durch Bäume und dazwischen wachsenden Grasstreifen zurückzuführen ist. Die zweite Hypothese postuliert, dass Baum- und Graswurzeln ein "Sicherheitsnetz" bilden, das die Nährstoffauswaschung in der Nähe der Baumreihe verringert. Umgekehrt führen höhere Bodenfeuchtigkeit und Nährstoffverfügbarkeit in Richtung der Feldmitte zu erhöhten Auswaschungsverlusten. Der Nettoeffekt ist eine geringere Nährstoffauswaschung und eine höhere Nährstoffnutzungseffizienz in Agroforstsystemen im Vergleich zu Ackersystemen ohne Bäume in Folge einer verbesserten Ertragsstabilität und Nährstoffbindung durch tiefe Baumwurzeln. Das Teilprojekt ist in fünf Arbeitspakete (WP) unterteilt. WP1 untersucht die Dynamik der Bodenfeuchtigkeit. Es nutzt Bodenfeuchte- und -temperaturdaten aus Sensornetzwerken, um raum-zeitliche Muster und präferenzielle Fließwege zu bestimmen. WP2 quantifiziert die Aufteilung der Wasserflüsse zwischen Ackerkulturen und Bäumen durch Nutzung stabiler Wasserisotope. Eine kostengünstige Methode zur Bewertung der Nährstoffmobilität im Boden unter Verwendung von Ionenaustauschern in einem innovativen Aufbau wird im WP3 validiert. Die Methode wird in WP4 angewandt, um Gradienten der Nährstoffmobilität zu messen und Nährstoffverluste zu analysieren. Schließlich wird in WP5 der Stickstoffumsatz im Boden und die Stickstoffaufnahme von Ackerkulturen und Bäumen durch ein in situ 15N-Markierungsexperiment untersucht. SP2 wird das 15N-Experiment in Zusammenarbeit mit dem Koordinationsprojekt leiten. SP2 wird ein grundlegendes Verständnis der Auswirkungen von Bäumen auf die räumliche und zeitliche Dynamik des Wasser- und Nährstoffkreislaufs in Agroforstsystemen liefern. Zusammen mit den Erkenntnissen der anderen Teilprojekten von FORMULA stellt dies die Grundlage für die Optimierung dieser Systeme mit dem Ziel der Maximierung ihrer Vorteile bei gleichzeitiger Minimierung ihrer Nachteile im Vergleich zu Ackersystemen ohne Baumreihen dar.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5664: Agroforstwirtschaft für eine nachhaltige multifunktionale Landwirtschaft (FORMULA)
• Mitverantwortliche: Dr. Kathrin Grahmann; Professorin Dr. Suzanne Jacobs; Dr. Philipp Kraft