Vorgehen/Methode

Art des Angebots: Masterarbeit

Problemstellung

Stickstoffverluste aus Agrarökosystemen stellen eine zentrale Herausforderung für die nachhaltige Landwirtschaft und den Umweltschutz dar. Die Nitrifikation – die Umwandlung von Ammonium (NH₄⁺) in Nitrat (NO₃⁻) – ist ein kritischer Schritt im Stickstoffkreislauf, bei dem erhebliche Stickstoffverluste auftreten können. Während im konventionellen Anbau synthetische Nitrifikationshemmer eingesetzt werden, sucht die ökologische Landwirtschaft nach Alternativen, wie Pflanzen mit biologischer Nitrifikationshemmung (BNI).

BNI beschreibt die Fähigkeit von Pflanzen, die Nitrifikation durch die Hemmung nitrifizierender Bakterien zu verlangsamen, wodurch potenziell Stickstoffverluste reduziert werden können. Bisherige Studien zeigen, dass Spitzwegerich (Plantago lanceolata) BNI-Potenzial besitzt und damit geeignet ist, Stickstoffverluste in Agrarökosystemen zu minimieren.

In der ökologischen Landwirtschaft spielen temporäre Klee-Gras-Wiesen eine wichtige Rolle in der Fruchtfolge. Sie liefern Stickstoff durch die Symbiose mit Leguminosen, verbessern die Bodenfruchtbarkeit und fördern die Bodenstruktur. Diese Kee-Gras-Wiesen werden in der Regel nach 1–2 Jahren umgebrochen, um eine Folgekultur anzubauen. Jedoch besteht nach dem Unterpflügen ein hohes Risiko, dass große Mengen mineralisierten Stickstoffs durch NO₃⁻- Auswaschung und N₂O-Emissionen verloren gehen. Die Integration von P. lanceolata in Klee-Gras-Mischungen könnte helfen, diese Stickstoffverluste zu verringern.

Vorgehen/Methode

Diese Hypothese wird in groß angelegten Topfexperimenten (Mikrokosmen) in einer Klimakammer getestet. Dabei werden unterschiedliche Anteile von Spitzwegerich gemeinsam mit Gras und Klee angebaut. Ziel ist es, die Dynamik des Stickstoffkreislaufs zu untersuchen, um das Potenzial von Spitzwegerich zur Reduktion von Stickstoffverlusten zu bewerten. Das Experiment ist in drei Phasen unterteilt:

In der Wachstumsphase (G1: Sommer 2025 – Sommer 2026) wird Spitzwegerich gemeinsam mit Gras und Klee in Mikrokosmen kultiviert, um seinen Einfluss auf die Dynamik des Stickstoffkreislaufs während der Wachstumsphase zu bewerten. Zu den wichtigsten Messgrößen gehören die Biomasseproduktion, die Stickstoffaufnahme, die Stickstofffixierung durch Klee und die Konzentration von mineralischem Stickstoff im Boden.

In der Umbruchphase (G2: Herbst 2026), nach der letzten Biomasseernte, wird das Umpflügen in den Mikrokosmen simuliert, um die Stickstoffverluste während dieses kritischen Übergangs zu analysieren. Messgrößen umfassen NO₃⁻- Auswaschung, Gasemissionen (N₂O, CH₄, CO₂) und den mineralischen Stickstoff im Boden. Der Fokus liegt dabei auf dem Potenzial von Spitzwegerich, Stickstoffverluste nach dem Umbruch zu reduzieren.

Nach dem Umbruch wird in den zuvor für die Wiesengemische genutzten Mikrokosmen eine Folgekultur angebaut (G3: Herbst 2026 – Frühjahr 2027). Ziel ist es, die Nachwirkung von Spitzwegerich auf die Stickstoffverfügbarkeit im Boden und den Ertrag der Folgekultur zu untersuchen.

Während allen drei Phasen werden regelmäßig Bodenproben entnommen, um den Einfluss von Spitzwegerich auf die Bodenmikroben zu analysieren.

Der/die Masterstudent*in wird eine Phase der Topfstudie durchführen, Messungen vornehmen, Proben für die Analyse vorbereiten und die Daten statistisch auswerten und visualisieren. Grundlegende Laborfertigkeiten sowie Erfahrung im Umgang mit Daten in R Studio sind erforderlich.

Kontaktperson

Melissa Lenhardt

Dr. Hanna Frick

Bearbeitungszeitraum

Die Masterarbeit kann zu verschiedenen Zeitpunkten / Projektphasen zwischen Herbst 2025 und Frühjahr 2027 begonnen werden, wobei die Schwerpunktthemen an die jeweiligen Projektphasen angepasst werden.

Literatur

• Simon, P. L., C. A. M. de Klein, and W. Worth, and A. J. Rutherford, and J. Dieckow. 2019. The efficacy of Plantago lanceolata for mitigating nitrous oxide emissions from cattle urine patches. The Science of the total environment 691:430–441. doi: 10.1016/j.scitotenv.2019.07.141.
• Frick, H., N. Efosa, and A. Oberson, and H.-M. Krause, and H.-J. Nägele, and E. Frossard, and E. K. Bünemann. 2024. Nitrogen dynamics after slurry application as affected by anaerobic digestion, biochar and a nitrification inhibitor. Soil Use and Management 40(1). doi: 10.1111/sum.12953.