Nährstoffdynamik im Wurzelraum
Ein tiefgründiges Verständnis von der Wurzelverteilung im Boden, von unterirdischen Stickstoff- und Kohlenstoffeinträgen, sowie deren Residualeffekten ist die Grundlage für ein gezieltes Nährstoffmanagement, eine effiziente Ressourcennutzung und Nachhaltigkeitsbewertung in Agrarökosystemen.
Wurzelverteilung im Boden
Die Ausprägung des Wurzelsystems bestimmt massgeblich, wann und wieviel bodenbürtige Ressourcen durch die Pflanze genutzt werden können, und kann entscheidend für die Ertragsbildung sein. Zusätzlich zu genetischen Informationen beeinflussen physikochemische Faktoren im Wurzelraum die Wurzeltiefe und -proliferation. In verschiedenen Projekten werden sowohl der Einfluss des Wurzelverteilung auf die Nährstoff- und Wasserdynamik im Boden-Pflanze-System als auch die Auswirkungen von Bewirtschaftungsmassnahmen und Standortbedingungen auf die Wurzelausprägung untersucht. Dabei setzen wir den Fokus auf Interaktionen zwischen dem Wurzelsystem und der oberirdischen Pflanzenperformance durch z.B. Sortenwahl und Nährstoffmanagement, insbesondere vor dem Hintergrund von zunehmender Wasserknappheit während sensibler Perioden der phänologischen Entwicklung.
Unterirdische Kohlen- und Stickstoffeinträge
Neben struktureller Wurzelbiomasse tragen Pflanzen über Rhizodeposition (Wurzelausscheidung und Wurzelumsatz) organische Kohlen- und Stickstoffverbindungen in den Boden ein. Diese werden durch lebende Wurzeln passiv oder aktiv abgesondert, dienen verschiedenen Zwecken und sind unterschiedlich komplex in ihrer molekularen Zusammensetzung. Mit Hilfe von stabilen Isotopen (13C und 15N) kann die Rhizodeposition abgeschätzt werden. Unsere Forschung macht sich sowohl natürlich vorkommende Unterschiede in der Isotopenzusammensetzung, z.B. 13C-Abundanz in C3- und C4-Pflanzen, als auch künstliche Isotopenanreicherung durch Tracerapplikation zunutze. Dabei liegt unser Fokus auf der in-situ Bestimmung der Rhizodeposition und dem Verbleib der unterirdischen Kohlen- und Stickstoffeinträge in verschiedenen Anbausystemen oder in Abhängigkeit von der Düngungsintensität.
Residualeffekte von unterirdischen Stickstoffeinträgen
Unterirdische Stickstoffeinträge durch Leguminosen über Wurzeln und Rhizodeposition stellen eine wichtige Stickstoffquelle in landwirtschaftlichen Systemen und insbesondere im Biolandbau dar. In 15N-Tracerstudien wird sowohl der Anteil von Leguminosen-Stickstoff am Gesamtstickstoffeintrag als auch die Verfügbarkeit des residualen Stickstoffs und dessen Aufnahme durch die Folgekultur in verschiedenen Anbausystemen bestimmt. Diese Erkenntnisse helfen, die Stickstoffversorgung von Nichtleguminosen wie Getreide, Mais oder Kartoffeln in konventioneller und biologischer Landwirtschaft zu verbessern und deren Umweltwirkung besser abschätzen zu können.
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