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Pflanzenbauliche Maßnahmen beeinflussen Bodenorganismen und Pflanzengesundheit.
Boden ist die mit Abstand wichtigste Ressource für die Nahrungsmittelproduktion. Mikroorganismen (Boden-Mikrobiota) sind entscheidend für die Bodenfruchtbarkeit. Die Pflanzenbaupraxis (z.B. Bodenbearbeitung, Düngung, Pflanzenschutz) beeinflusst nützliche, aber auch krankheitserregende Bodenmikroben und damit die Pflanzengesundheit.
Hintergrund
Die steigende Nachfrage nach pflanzlichen Produkten stellt die Landwirtschaft vor große Herausforderungen. Ein gesunder und fruchtbarer Boden ist die Grundlage, um den steigenden Bedarf an Nahrungsmitteln und pflanzlichen Rohstoffen für die Bioökonomie auch in Zukunft zu sichern. Fruchtbare Böden wieder herzustellen oder zu erhalten ist deshalb eine dringende gesellschaftliche Aufgabe. Doch unsere Böden leiden, weil in der industriellen Landwirtschaft zu viel künstliche Mineraldünger und synthetische Pflanzenschutzmittel eingesetzt werden. Hohe Erträge werden so auf Kosten der Nachhaltigkeit bzw. der Umwelt erzielt. Die ökonomischen Rahmenbedingungen, wie der hohe Wettbewerbsdruck Produktionsverfahren auf hohem Ertragsniveau zu optimieren, die Spezialisierung auf bestimmte Kulturen oder die Weltmarkpreise führen dazu, dass Landwirtinnen und Landwirte Nutzpflanzen wie z.B. Mais oder Weizen in kurzen Fruchtfolgen anbauen. Gefürchtete pilzliche Krankheitserreger der Gattung Fusarium, die beide Kulturen befallen können, reichern sich so im Boden an. Dieses intensive Wirtschaften führt dazu, dass das Risiko für Ernteausfälle durch Pflanzenschädlinge steigt, die weltweit für 20-30 Prozent der Ertragsverluste verantwortlich sind.
Den Milliarden von Bakterien und Pilzen (Boden-Mikrobiota), die in einem Gramm Boden leben, kommt einen enorme Bedeutung zu, da sie an nahezu allen Bodenprozessen beteiligt sind. So sind Humus- und Bodenbildung nur durch die Aktivität dieser Mikroorganismen im Boden möglich. Einerseits stellen Bodenmikroorganismen die für das Pflanzenwachstum notwendigen Nährstoffe bereit und können andererseits die Pflanzen vor negativen Einflüssen wie Krankheitserregern oder Bodenaustrocknung schützen.
Einfluss pflanzenbaulicher Maßnahmen auf Boden-Mikrobiota und Pflanze
Derzeit wissen wir noch wenig darüber, wie die landwirtschaftliche Praxis die Boden-Mikrobiota und die Pflanzengesundheit beeinflussen. Diese Frage zu beantworten ist das Ziel der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im DiControl Projekts.
Mit Hilfe von Salatpflanzen, die unter kontrollierten Bedingungen in einer Klimakammer in verschiedenen Böden angebaut wurden, konnten wir nachweisen, dass organische Düngung die Boden- und die Pflanzengesundheit fördert. Hierfür haben wir die Boden-Mikrobiota unterschiedlich gedüngter Dauerfeldversuche untersucht und miteinander vergleichen.
Pflanzen scheiden über ihre Wurzeln Substanzen aus, die bestimmte Mikroorganismen anlocken. Diese Organismen besiedeln die Wurzeloberfläche und den Wurzelraum (Rhizospäre) und ernähren sich von den Wurzelausscheidungen. Die Boden-Mikrobiota interagieren in der Rhiszosphäre mit der Pflanze und können sie so direkt vor Pflanzenschädlingen schützen und indirekt die „Immunität“ der Pflanze gegenüber Krankheitserregern im Boden erhöhen. Diese Prozesse können die Forscherinnen und Forscher auf molekularer Ebene anhand der Aktivität von sogenannten Abwehrgenen der Pflanze nachweisen.
Außerdem konnte im DiControl Projekt gezeigt werden, dass auch andere pflanzenbauliche Maßnahmen wie die Bodenbearbeitung mit Pflug oder Grubber (bodenwendende bzw. bodenlockernde nicht-wendende Bodenbearbeitung) und die Intensität der Stickstoff (N)-Düngung (übliche bzw. 50% reduzierte N-Düngung) die Boden-Mikrobiota beeinflussen. Bei nicht-wendender Bodenbearbeitung und reduzierter Stickstoffdüngung konnte eine deutlich höhere mikrobielle Biomasse in den Böden nachgewiesen werden. Im Vergleich zur derzeit üblichen N-Düngung und zur pflügenden Bodenbearbeitung wirkt sich die erhöhte mikrobielle Biomasse durch die alternativen landwirtschaftlichen Praktiken auch positiv auf Pflanzenwachstum und die Pflanzengesundheit aus, verursacht dabei aber weniger Umweltprobleme.
Derzeit werden diese Ergebnisse im Feld überprüft und es zeigt sich auch hier bereits, dass pflanzenbauliche Maßnahmen die Bodengesundheit entscheidend beeinflussen und somit zur Sicherung einer nachhaltigen Pflanzenproduktion beitragen können.
Wir bedanken uns bei dem Bundesministerium für Bildung und Forschung für die Finanzierung des Projektes DiControl im Rahmen der Förderinitiative „Boden als nachhaltige Ressource für die Bioökonomie – BonaRes.