Graslandwissenschaft

Prof. Dr. Johannes Isselstein (Sprecher)
Projektbearbeitung: Sara Heshmati, Isabelle Nölke
Thema: Pflanzeneigenschaften in gemischten Grünlandbeständen

Der Anbau von Artenmischungen im Grasland hat in Mitteleuropa eine lange Tradition. Insbesondere Gemenge von Futtergräsern und Leguminosen sind wissenschaftlich gut untersucht und in der Praxis gebräuchlich. Ertragliche Vorteile solcher Gemenge können vorrangig auf die symbiotische N-Fixierung der Leguminosen zurückgeführt werden. Die Rolle anderer physiologischer oder auch morphologischer Eigenschaften der Partner ist dagegen bisher weitaus weniger bekannt. Spezifische Kenntnisse könnten dazu genutzt werden, die Mischungseignung von Graslandarten gezielt durch Züchtung zu verbessern. Ziel dieses Teilprojektes ist es, die Rolle der genetischen Variabilität von Wuchseigenschaften bei Weißklee im Hinblick auf die agronomische Leistung von Mischbeständen zu analysieren.

Pflanzenzüchtung

Prof. Dr. Wolfgang Link
Projektbearbeitung: Tina Tietz, Daniel Siebrecht, Rüdiger Jung, Wolfgang Ecke
Thema: Pflanzeneigenschaften in gemischten Ackerkulturen

Dieses Teilprojekt steuert zum Gesamtprojekt IMPAC³ die pflanzenzüchterische und pflanzenbauliche Expertise (Acker) bei. Die benutzten Winterweizen und Wintertriticale stammt von der GSL (incl. NPZ), es sind zugelassene Sorten. Die Winterackerbohnen stammen aus der Forschungskooperation von W. Link mit O. Sass (NPZ), das Saatgut wird in Göttingen erzeugt und vorgehalten. Die Gruppe verantwortet die jährliche Anlage und Pflege des zentralen Acker-Experiments an beiden Standorten. Bestandteil des Arbeitsgebietes ist weiterhin die zusammenfassende Analyse der Resultate der ersten Phase (2015-2017) und der zweiten Phase (2018, 2019), für die DNA-basierten Daten, die physiologischen Resultate und die Ergebnisse der Ertrags-, Protein- und Isotopenanalysen. Für die übergreifende Analyse werden angepasste Analysestrategien entwickelt..

Pflanzenbau

Prof. Dr. Stefan Siebert, Dr. Catharina Meinen
Bearbeitung: Juliane Streit, Dr. Inga Dirks
Thema: Wurzelsysteme in Rein- und Mischbeständen

Das Wurzelwachstum und die Wurzelverteilung von genetisch verschiedenen Komponenten im Mischanbau (Gemenge) sind weitgehend unerforscht. Es ist bekannt, dass unterirdische Interaktionen, z.B. im Bereich der Nährstoffe, zu einem erhöhten Ertrag im Gemenge, vergli-chen mit den Reinsaaten, führen können. Das zentrale Anliegen des Teilprojektes ist, die vielfältigen Prozesse in Gemengen im unterir-dischen Bereich besser zu verstehen. In einer Kausal-Analyse soll versucht werden, erhobene Daten über Wurzelmasse und -verteilung in Verbindung mit oberirdischen Parametern wie Blattflächenindex, Wasserverbrauch und Ertrag zu bringen. Dieses Teilprojekt beschäftigt sich mit allen drei Domänen (Acker, Grünland, Forst). Ziel des Teilprojektes ist die Erfassung der vertikalen Wurzelmassenverteilung von Leguminosen und Nichtleguminosen in Reinsaat und im Gemenge. Der jeweilige Prozentanteil der Arten an der Wurzelgesamtmasse wird erhoben.

Pflanzenernährung

Prof. Dr. Klaus Dittert
Bearbeitung: Annika Lingner
Thema: Wasser- und Nährstoffaufnahme in Rein- und Mischbeständen

Im Zuge klimatischer Veränderungen ist in Zukunft häufiger mit Trockenheitsperioden im Frühjahr und Sommer zu rechnen. Stress durch Trockenheit ist ein Umweltfaktor, der Pflanzenwachstum und Ertragsbildung stark negativ beeinflusst. Deshalb sind Eigenschaften von Pflanzen besonders wichtig, die auch unter trockenen Bedingungen zu guten Leistungen in Mischbeständen führen. Um eine Verbesserung von Produktivität und Wassernutzung in Mischbeständen gegenüber Reinsaaten zu evaluieren, wurde in mehrjährigen Feldversuchen die Entwicklung der Pflanzenbestände mittels Drohnentechnik erfasst. Anhand von Thermographie und dem Normalized difference vegetation Index (NDVI) konnte gezeigt werden, dass Gemenge mit Leguminosen die Produktivität sowie die Effizienz der Wassernutzung gegenüber Nicht-Leguminosen in Reinsaat erhöhen. Darüber hinaus werden vielversprechende Genotypen von Winterackerbohne und Weißklee ausgewählt, um detailliertere Forschung zu physiologischen Stressreaktionen im Gewächshaus anzuschließen und genotypische Unterschiede zu bewerten. Hierbei zeigte sich bei Gemenge von Winterackerbohnen und Winterweizen eine deutliche Interaktion des Genotyps mit dem Anbausystem, was spezifische Züchtung für Gemengeanbau erforderlich macht.

Entomologie

Prof. Dr. Stefan Vidal
Bearbeitung: Sandra Granzow
Thema: Multitrophische Interaktionen in Mischbeständen (Pflanzenbestand)

Im Ackerbau sind endophytische und rhizosphärische Mikroorganismen wie Bakterien und Pilze von zentraler Bedeutung aufgrund ihres Potentials die Nährstoffaufnahme, die Gesundheit und das Wachstum einer Pflanze zu beeinflussen. Obwohl diese nützlichen Mikroorganismen einen wichtigen Anteil in grundlegenden Prozessen, unter anderem, dem Nährstoffkreislauf, in der Kohlenstoffbindung und dementsprechend im Ökosystem haben, ist wenig bekannt wie landwirtschaftliche Praktiken diese beeinflussen. Schwerpunkt der Arbeit ist zu verstehen wie Pflanzen-assoziierte Mikroorganismen Gemeinschaften in ihrer Diversität und Zusammensetzung beeinflusst werden gegenüber unterschiedlicher Anbaumethoden, hier Mono- und Mischkulturen von Winter Weizen und Winter Ackerbohne. Dafür wurden Untersuchungen auf dem Feld und mehrere Gewächshausversuche durchgeführt. Zusätzlich wurde untersucht wie abiotische und biotische Faktoren (Trockenstress und Applikation von einem entomopathogenen Pilz) in Verbindung mit unterschiedlichen Anbausystemen diese Mikroorganismen Gemeinschaften beeinflussen können. Grundlegendes Wissen über Pflanzen-assoziierte Mikroorganismen und deren Beeinflussung durch landwirtschaftliche Praktiken ist wichtig um eine nachhaltige Landwirtschaft zu realisieren

Waldbau

Prof. Dr. Christian Ammer
Projektbearbeitung: Jessica Rebola Lichtenberg
Thema: Interaktionen von Pflanzen in gemischten Gehölzkulturen

Pappelhybride sind schnellwüchsig und werden in der Produktion von Holzbiomasse bevorzugt in Monokulturen angebaut. Die Robinie ist in der Biomassenproduktion eine weniger bekannte Baumart, die aber für die Produktion von Bioenergie oder Zellstoff vielversprechende Eigenschaften vorweist. Robinien weisen eine erhöhte Toleranz gegen Trockenstress und haben die Fähigkeit Stickstoff zu binden. Diese letzte Eigenschaft der Robinie kann für die Pappel innerhalb einer Mischkultur ein Vorteil darstellen indem eine interne Selbstregulierung des Anbausystems begünstigt und infolgedessen das Potenzial aufweist den Biomassenzuwachs zu erhöhen. Forschungsmethoden sind Wiederholte Messungen des Baumstammes und Baumhöhen und Ernte zur Schätzung des Biomassenzuwachs und Biomassenvorrats einer Kultur anhand von allometrischen Funktionen sowie die Analyse der Kronenstruktur, Platzaufteilung und Blattflächenindex als Indikatoren für Baumkonkurrenz.

Forstbotanik

Prof. Dr. Andrea Polle
Projektbearbeitung: Dr. Dejuan Euring
Thema: Nährstoffaufnahme in schnellwachsenden Gehölzen

Pappeln eignen sich auf Grund ihres schnellen Wachstums und der Fähigkeit zum Stockausschlag für den Anbau in Kurzumtriebsplantagen. Allerdings benötigen die derzeit verfügbaren Kultivare für optimales Wachstum eine gute Wasser- und Stickstoffversorgung. Für ökologisch nachhaltige Bewirtschaftungssysteme ist es daher von großem Interesse zu wissen, ob der Ertrag von Pappeln durch Mischung mit stickstofffixierenden Baumarten erhöht werden kann oder ob negative Einflüsse durch die zwichenartliche Konkurrenz der Bäume untereinander um Licht und Wasser überwiegen. Für ein zukünftiges wissensbasiertes Management von Mischkulturen ist es auch wichtig zu verstehen, auf welchen genetischen und molekularen Grundlagen die potentielle Ertragssteigerung beruht. Um zu untersuchen, ob die Produktivität in Mischung von Pappeln und Robinien verändert ist, wird das Wachstum der Bäume mehrfach im Jahr bestimmt und daraus die Biomasse abgeleitet. Auf der Basis von Biomasse und Stickstoffkonzentration der Gewebe, kann die Stickstoffnutzungseffizienz bestimmt werden. Photosynthese- und Transpirationsmessungen sowie Erfassung der Blattbiomasse ermöglichen zusammen mit δ13C Messungen die Evaluation der kurz- und langfristigen Wassernutzung. Holzanatomie und Holzdichte sind wichtige Eigenschaften für die weitere Verwertung und werden daher anlässlich von Zwischenernten erfasst. Um Hinweise auf die molekular-genetischen Grundlagen von Wachstumsänderungen zu erhalten, werden vergleichende Transkriptomanalysen im Holz und in den Wurzeln von Pappeln durchgeführt, die im Hinblick auf Nachbarschaftseffekte durch die Robinie unterschiedliche Reaktionen zeigen. Es wird erwartet, dass durch diesen Ansatz potentielle Markergene identifiziert werden können, die dann weiterentwickelt und getestet werden können, um besonders Stickstoff-effiziente Pappelsorten zu identifizieren.

Forstgenetik

Prof. Dr. Oliver Gailing
Projektbearbeitung: Dr. Oleksandra Kuchma
Thema: Pflanzeneigenschaften in gemischten Gehölzbeständen

Das Bedürfniss an eine erhöhte Produktion von Biomasse führen zu einer Intensivierung von Landnutzungssystemen, die meist einhergeht mit einer reduzierten ökologischen Diversität. Aufgrund ihres schnellen Wachstums werden häufig Pappel Hybride für die Produktion von Biomasse verwendet. Im Vergleich dazu fand die Robinie bisher weniger Beachtung, obwohl sie die Fähigkeit besitzt Stickstoff zu binden und damit grundsätzlich die Produktion von Biomasse positiv beeinflussen kann. Im Projekt IMPAC3 wird untersucht, ob die Mischung der für die Biomasse Produktion wichtigen Baumart Pappel mit der Stickstoff bindenden Robinie positive Auswirkungen auf die Produktion von Biomasse und die ökologischen Funktionen der Landnutzung hat. Unter anderem wurden dazu genetische Analysen an verschiedenen Pappelklonen in Mischung mit Robinienherkünften durchgeführt. Grundlage für diese Analysen war die vollständige Sequenzierung des Genoms der Pappelart Populus trichocarpa in 2006 durch das „Joint Genome Institute, United States Department of Energy, USA“. Diese Datenbasis konnte im Projekt genutzt werden, um die genetische Basis für Wachstumsunterschiede verschiedener Pappelklone in Monokultur und in Mischung mit der Robinie zu analysieren. Mit Transkriptom-Analysen wurde die genomweite Genexpression verschiedener Pappleklone untersucht. Mit Hilfe der RNA-Sequenzierung werden dabei die Expression von Genen in verschiedenen Standortsbedingungen und Mischungen mit der Robinie analysiert.

Bodenökologie

Prof. Dr. Stefan Scheu
Bearbeitung: Paul Götsch
Thema: Multitrophische Interaktionen in Mischbeständen (Boden)

Bodenorganismen einschließlich Mikroflora und Bodenfauna, bilden einen wesentlichen Bestandteil der Biodiversität in Agrarökosystemen. Insbesondere in der Rhizosphäre von Pflanzen reagieren sie empfindlich auf die Identität und Vielfalt der Pflanzen. Dabei modifizieren Pflanzen sowohl die Struktur als auch die Funktionsweise der Bodengemeinschaften mit potenziell wichtigen Rückkoppelungseffekten, für die Leistungsfähigkeit, Biomasseproduktion und den Ernteertrag der Pflanzen. Es wird zunehmend anerkannt, dass Bodenorganismen in der Rhizosphäre von Pflanzen nicht nur Auswirkungen auf das Pflanzenwachstum haben, sondern auch die Anfälligkeit der Pflanzen für Krankheitserreger und Pflanzenfresser beeinflussen. Im Rahmen des IMPAC³-Projektes untersuchen wir die Reaktion von Bodenorganismen auf Unterschiede in der Pflanzenzusammensetzung, sowohl verschiedener Genotypen, Mischungen verschiedener Genotypen, als auch Mischungen mit anderen Pflanzenarten der Acker, Grasland und Waldsysteme. Ferner wird die Reaktion verschiedener Pflanzen-Genotypen und Genotyp Mischungen mit anderen Pflanzenspezies untersucht, um Variationen in der Reaktion von Bodenorganismen der Rhizosphäre zu erkunden. Die Struktur der mikrobiellen Gemeinschaften im Boden soll mittels substratinduzierter Atmung und Phospholipid-Fettsäure-Analyse untersucht werden und die der Bodentiergemeinschaften mittels Hitzeaustreibung. Bestimmte Mikroorganismen und Bodentiere, die signifikant auf Veränderungen der Pflanzen Genotypen und Mischungen von Pflanzen Genotypen mit anderen Pflanzenarten reagieren, werden zur Beurteilung von Bodenrückkoppelungseffekten auf die Leistungsfähigkeit der Pflanzen untersucht.

Agrarmarketing

Prof. Dr. Achim Spiller
Bearbeitung: Dominic Lemken
Thema: Einstellungen zu Mischkulturbeständen

Das Teilprojekt widmet sich der Frage, welche Einstellungen Landwirte und andere Stakeholder zum Mischkulturanbau haben. Dabei sollen Hemmnisse identifiziert, aber auch Faktoren herausgearbeitet werden, die für eine Akzeptanz des Mischanbaus förderlich sind. Diese Erkenntnisse können helfen, kritische Punkte für Forschung Züchtung und Beratung aufzuzeigen, an denen weitere Arbeiten nötig sind. Weiterhin können Ableitungen für auch für andere Formen vielfältigerer Anbausysteme getroffen werden.

Betriebswirtschaft

Prof. Dr. Oliver Mußhoff
Bearbeitung: Vanessa Bonke
Thema: Ökonomik von Mischkulturbeständen

Eine Diversifizierung des Anbauprogramms kann, im Sinne des innerbetrieblichen Risikomanagements, dazu beitragen, das gesamtbetriebliche Risiko zu reduzieren. Ziel dieses Teilprojektes ist es, zu analysieren, welche Auswirkungen die Implementierung von Mischanbausystemen auf den gesamtbetrieblichen Erfolg hat. Auf Basis der Projektdaten aus den ersten Versuchsjahren sollen Deckungsbeiträge auf Feld- und Betriebsebene für verschiedene Anbauszenarien von Rein- und Mischkulturanbau berechnet werden. Diese sollen es mittels stochastischer Simulation ermöglichen, Risikoprofile für Mischanbausysteme zu identifizieren. Darüber hinaus soll basierend auf verhaltensökonomischen Experimenten untersucht werden, ob sich die subjektive Risikoeinstellung der Landwirte auf die Bereitschaft zum Anbau von Gemengen auswirkt.

Modellierung

Prof. Dr. Reimund Rötter / Dr. Munir Hoffmann
Bearbeitung: William Nelson
Thema: Modellierung von Mischbeständen

Auf der Basis vorhandener Pflanzenwachstumsmodelle sollen für die im Projekt untersuchten Mischkulturbestände Simulationen der Produktivität durchgeführt werden. Ziel ist es, die Ressourcennutzungseffizienz dieser Mischbestände besser zu verstehen. Weiterhin sollen Interaktionen zwischen traits und umweltbedingten Einflüssen identifiziert werden.

Bild unten: Das Team bei der Präparierung der Wurzelproben