Stabilisotop-Massenspektrometer
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel der Anschaffung des Gerätes war es, die Methodik zur Nutzung der Stabilisotope in der Prozessforschung im Bereich der Umsetzung von N- und S-haltigen Düngern (Stichwort Nährstoffnutzungseffizienz), sowie der Umsetzung N-haltiger Dünger im Boden im Hinblick auf Umweltwirkungen (Stichwort Atmosphären- und Gewässerbelastung) projektspezifisch auszubauen, bisherige Einschränkungen im Hinblick auf die Mess- und Nachweisempfindlichkeit zu eliminieren und weitere innovative Methoden (Stichwort Isotopomere) zu entwickeln. Im ersten Jahr nach der Inbetriebnahme wurde zunächst die Kopplung des Elementar Analysators (EA) zur Bestimmung von δ15N, δ34S und δ13C in Boden- und Pflanzenproben, sowie des Hochtemperatur- Pyrolyseofens zur Bestimmung δ18O und δ2H eingearbeitet. Eine allgemein wichtige Arbeit war u.a. die Auswahl und Prüfung geeigneter Laborstandards (Pflanzen, sowie Nitrat- und Ammoniumsalze). Weiterhin kam das Gerät bei verschiedenen institutsübergreifenden Projekten zur Nutzung. Die Analytik konnte erstmalig erfolgreich im Rahmen zweier Doktorarbeiten eingesetzt werden. Hier wurde der Einfluss einer späten N-Düngung auf die Backqualität von Weizen untersucht, sowie verschiedene Rapssorten hinsichtlich ihrer N- und S-Nährstoffnutzungseffizienz unter verschiedenen N-Versorgungsstufen ausführlich charakterisiert. Durch die Nutzung der 15N- und 34S-Isotopensignaturen war es möglich zu zeigen, dass sich ein N-Splitting effektiver in der Verbesserung der Backqualität darstellt als vergleichsweise die Erhöhung der N-Zufuhr. Hieraus ergibt sich ein großes Potential, zukünftig die N-Düngungsraten im Weizenanbau deutlich zu reduzieren. Daneben ließen sich zukünftige Düngestrategien für den praktischen Rapsanbau ableiten. Weitere Arbeiten (Bachelor-, Master-, Doktorarbeiten) widmeten sich dann der Etablierung und Optimierung von Pflanzen- und Boden-Festproben zur δ15N-Isoptopenverhältnis-Methodik nach Einsatz verschiedener 15N-markierter Dünger (Nitrat, Ammonium). Ebenso konnte das Gerät erfolgreich in einer Reihe regional (Stiftung Schleswig-Holsteinische Landschaft; Land S-H, MELUR Kiel), national (DFG, BMEL/FNR) und EU (EU-Interreg Baltic Slurry)-geförderter Projekte mit unterschiedlichstem Themenschwerpunkt zum Erkenntnisgewinn beitragen. Einen substantiell wichtigen Beitrag soll das Gerät aber bei der Erfassung klima-relevanter Gase (z.B. N2O) und deren Einordnung im Gefüge Dünger–Boden–Pflanzen–Atmosphäre leisten. Bei der Lagerung von Biogas-Gärrückständen sowie nach der Ausbringung Nitrat-haltiger Düngemittel, insbesondere in Zeiten hoher Niederschläge mit Gefahr der Überstauung der Böden ist mit vermehrten Lachgas-Emissionen zu rechnen. Hierbei ist der Prozess der Denitrifikation in den Vordergrund zu stellen. Dieser kann mit Hilfe der Isotopentechnik (Stichwort Isotopomere) von anderen Lachgas-produzierenden Quellen abgegrenzt werden. Hierzu wurde im dritten Jahr nach Inbetriebnahme die Kopplung IRMS mit dem GasBench-Interface begonnen. Im Rahmen einer Masterarbeit wurde hierzu der Einfluss einer 15N-basierten N-Düngung bei unterschiedlichem Temperatur und Bodenfeuchteregime nach Einsatz verschiedener Nitrifikationshemmer auf die N2O-Freisezung untersucht. Hierbei zeigte sich bereits, dass ENTEC® nicht in der Lage war, Emissionen zu reduzieren. Um den Prozess der Nitrifikation/Denitrifikation zukünftig detailliert aufzuschlüsseln zu können und deren Einfluss nicht nur auf die Lachgas-Emissionen, sondern auch auf die Verfügbarkeit anderer Nährelemente (z.B. Mangan) abschätzen zu können, werden derzeit in weiteren Projekten die Auswahl geeigneter Isotopomer-Standards (14N14N16O, 15N14N16O, 14N15N16O, 14N14N17O, 14N14N18O) geprüft im Hinblick auf eine hohe Messsensitivität (nach Einsatz mit EA).
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2016): Late nitrogen application increased protein concentration but not baking quality of wheat. Journal of Plant Nutrition and Soil Science 179: 591–601
Xue, C., G. Schulte auf`m Erley, S. Rücker, P. Köhler, U. Obenauf & K. H. Mühling
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/jpln.201500569) - (2016): Nitrogen efficiency and leaf nitrogen remobilization of oilseed rape lines and hybrids. Annals of Applied Biology 169: 125–133
Wang, L., K. H. Mühling & G. Schulte auf`m Erley
(Siehe online unter https://doi.org/10.1111/aab.12286) - (2016): Split nitrogen application improves wheat baking quality by influencing protein composition rather than concentration. Frontiers in Plant Science 7: 738
Xue, C., G. Schulte auf`m Erley, A. Rossmann, R. Schuster, P. Köhler & K. H. Mühling
(Siehe online unter https://doi.org/10.3389/fpls.2016.00738) - (2017): Classification of oilseed rape accessions according to sulphur-related plant traits in shortterm experiments reflects agronomic performance in field experiments. Industrial Crops & Products 107: 73–80
Schulte auf`m Erley, G., L. Wang, A. C. Wollmer, J. Rudloff, H. C. Becker & K. H. Mühling
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2017.05.036) - (2017): Effects of catch crops on silage maize (Zea mays L.): yield, nitrogen uptake efficiency and losses. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 1–19
Komainda, M., F. Taube, C. Kluß, C., & A. Herrmann
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s10705-017-9839-9) - (2017): Sulfur uptake and remobilization are differentially affected by N deficiency in winter oilseed rape cultivars. Journal of Plant Nutrition 40, 524–531
Wang, L., A. Hampe, K. H. Mühling & G. Schulte auf'm Erley
(Siehe online unter https://doi.org/10.1080/01904167.2016.1245324) - (2017): Waterlogging events during stem elongation or flowering affect yield of oilseed rape (Brassica napus L.) but not seed quality. Journal of Agronomy and Crop Science 204: 165–174
Wollmer, A. C., B. Pitann & K. H. Mühling
(Siehe online unter https://doi.org/10.1111/jac.12244) - (2018): Grain storage protein concentration and composition of winter wheat (Triticum aestivum L.) as affected by waterlogging events during stem elongation or ear emergence. Journal of Cereal Science 83: 9–15
Wollmer, A. C., B. Pitann, B. & K. H. Mühling
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.jcs.2018.07.007) - (2018): Nutrient deficiencies do not contribute to yield loss after waterlogging events in winter wheat (Triticum aestivum). Annals of Applied Biology 173: 141–153
Wollmer, A. C., B. Pitann, B. & K. H. Mühling
(Siehe online unter https://doi.org/10.1111/aab.12449)
