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| Book/Report | FZJ-2026-00087 |
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2025
Technische Informationsbibliothek
Hannover
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Please use a persistent id in citations: doi:10.34657/25924 doi:10.34734/FZJ-2026-00087
Report No.: 031B1066C
Abstract: Das Gesamtprojekt Soil3 untersucht die Rolle des Unterbodens für die Ernährungssicherung und Produktion gesunder Lebensmittel.Das Ziel ist, das gesamte Bodenvolumen durch gezielte Unterbodenbearbeitung für die agrarische Nutzung zu optimieren, da biszu 80 % der für Pflanzen verfügbaren Nährstoffe und Wasser im Untergrund gespeichert sind. In der dritten Phase des Projekteshat das vorliegende Teilprojekt angestrebt, diese Effekte zu quantifizieren und die Nachhaltigkeit der Unterbodenmelioration zuuntersuchen.Im Zentralfeldversuch CF3 in Thyrow wurden Elementkonzentrationen sowie 87Sr/86Sr-, δ26Mg- und δ56Fe-Werte in verschiedenenBodenschichten sowie in Roggen- und Maispflanzen untersucht. Die δ56Fe-Werte der pflanzenverfügbaren Fe-Fraktion unter-schieden sich dabei nicht zwischen den Varianten. Zwar erhöhte die geschlitzte Variante mit Biokompost die Fe-Konzentrationenin Roggenähren, doch blieben die δ56Fe-Werte unverändert. Auch die Mg-Konzentration im Boden stieg durch den Biokompost,ohne die Mg-Gehalte im Roggen zu beeinflussen; Maispflanzen zeigten geringere, aber ausreichende Mg-Werte. Insgesamtnahmen die Pflanzen nicht ausreichend Nährstoffe aus der Kompostschicht auf, um eine Veränderung der Stabilisotopen-verhältnisse in den Pflanzen herbeizuführen, obwohl die Pflanzen in die Kompostschicht hineinwuchsen. Die Nährstoffaufnahmeblieb auf die oberen 30 cm beschränkt. Die erhöhte Wasserverfügbarkeit führte nicht – wie ursprünglich angenommen – zu einerstärkeren Nährstoffaufnahme, sondern ermöglichte Maispflanzen vor allem eine effizientere Nutzung des vorhandenenMagnesiums. Insgesamt verbesserten die Tiefenlockerung und der Biokompost vor allem die Wasserrückhaltung und weniger dieNährstoffaufnahme in dem trockenen Sandboden, was wiederum zu einer Verbesserung des Ernteertrags führte.Das neue Boden-Wurzel-Modell erlaubt die Berechnung der Wasser- und Nährstoffaufnahme auf Grundlage dynamischer 3D-Simulationen und bestätigte, dass der überwiegende Teil der Wasseraufnahme in den oberen 30 cm erfolgt. Nur in unmittelbarerNähe des mit Kompost versehenen Meliorationsstreifens zeigte das Modell eine deutliche Zunahme der Wasseraufnahme austieferen Bodenschichten, die vor allem durch eine Verringerung des Penetrationswiderstands bedingt war. Eine Metaanalyse zeigte,dass Nährstoffmangel sowohl Wurzellänge als auch Biomasse reduziert, jedoch die Wurzellänge pro Sprossbiomasse erhöht. Zurpräziseren Beschreibung der Wurzelwasseraufnahme wurden vereinfachte 1D-Senkenterme entwickelt, die bodenhydraulischeEigenschaften der Rhizosphäre berücksichtigen und Trockenstress realitätsnäher abbilden. Damit lässt sich dieWurzelwasseraufnahme allein aus Bodenwasserpotentialen und potenzieller Transpiration ableiten; auch Kompensation sowiehydraulische Umverteilung werden erfasst. Das virtuelle Boden-Wurzel-System wurde erweitert, um das Wurzelwachstum unterverschiedenen Unterbodenmaßnahmen simulieren zu können. Durch die Implementierung der analytischen Lösung der Fokker-Planck-Gleichung wurden zudem Szenarioanalysen zur Langlebigkeit der Maßnahmen ermöglicht. Die Simulationen zeigen, dassverbesserte bodenhydraulische Eigenschaften selbst nach einer Rückverfestigung zu günstigeren Wachstumsbedingungen führen,insbesondere durch erhöhte Wasserspeicherkapazität und reduzierten Penetrationswiderstand.
Keyword(s): 500 | Naturwissenschaften ; Boden ; Unterboden ; Landwirtschaft ; Wasser ; Nährstoffe ; Modellierung ; Stabilisotope
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