Die Bedeutung der Bodengesundheit und wie Mikroben dazu beitragen können Landwirtschaftspraktiken zu verbessern.

Gesunde Böden sind für gute Ernteerträge von entscheidender Bedeutung und es gibt historische Belege dafür, dass der Rückgang der Bodenfruchtbarkeit zum Zusammenbruch von ganzen Gesellschaften beigetragen hat. Viele Aspekte der heutigen Landwirtschaftspraxis, wie Monokulturen, Pflügen und Düngen können kurzfristige Ertragssteigerungen erzielen, aber tatsächlich die langfristige landwirtschaftliche Produktivität bedrohen, weil sie die Bodengesundheit langfristig negativ beeinflussen.
Böden sind vielfältige Ökosysteme in denen Pflanzenwurzeln mit Mikroorganismen wie Bakterien, Pilzen und Amöben sowie mit Invertebraten als auch Wirbeltieren wechselwirken. In natürlichen Ökosystemen sind diese unterirdischen Organismen für die Aufrechterhaltung der Bodengesundheit durch Recycling von Nährstoffen und den Erhalt der Bodenstruktur verantwortlich. Allerdings haben wir in den meisten heutigen landwirtschaftlichen Systemen diese ökologischen Prozesse durch synthetische ausgewechselt: z.B. Pestizide, die natürliche Mechanismen der Schädlingsbekämpfung ersetzen, oder Düngemittel, die natürliche Prozesse des Nährstoffrecyclings ersetzen.
Obwohl Boden scheinbar überall auf der Erdoberfläche vorhanden ist, geht die dünne Schicht des fruchtbaren Bodens, die das Pflanzenwachstum tatsächlich ermöglicht, extrem schnell verloren. Der Grund findet sich hauptsächlich in nicht nachhaltigen landwirtschaftlichen Praktiken, die Erosion (Verlust der Bodenmenge) und Zersetzung (Verlust der Bodenqualität) verursachen. Diese Prozesse des Bodenverlustes treten mit einer Rate auf, die den natürlichen Prozess der Bodenbildung etwa um den Faktor 50 übersteigt. Berechnungen schätzen, dass, wenn wir mit diesen aktuellen landwirtschaftlichen Praktiken fortfahren, fast der gesamte fruchtbare Boden der Welt in etwa 60 Jahren verloren gegangen sein wird. Was können wir also anders machen, um diese wertvolle Ressource zu bewahren?

Eine umfassende Strategie zur Bodenerhaltung würde eine Vielzahl von Ansätzen beinhalten - Politische, Soziale, Wirtschaftliche und Technische. Vielleicht wäre eine der wichtigsten Ansätze die finanzielle Belohnung von Landwirten, die verantwortungsbewusst mit der Ressource Boden umgehen, und nicht die gegenwärtigen Praktiken, die kurzfristige Erfolge in Ernteerträgen belohnen, unabhängig von den Umweltkosten. Aber auch die Wissenschaft kann dazu beitragen, die Bodengesundheit zu fördern, indem sie Möglichkeiten für nachhaltigere landwirtschaftliche Systeme erforscht.
Unsere Arbeit bei CEPLAS beinhaltet die Charakterisierung des Nährstofftransfers, der durch Bakterienstämme an die Pflanzenwurzel erbracht wird. Ziel ist es, nachhaltigere Anbausysteme zu entwerfen, bei denen Mineraldünger durch organische Düngekompositionen ersetzt werden und Pflanzen durch Bodenmikroben auf diese Nährstoffe zugreifen können. Die Logik dieser Idee ist, dass organische Dünger nachhaltiger gewonnen werden können als Mineraldünger, indem sie verschiedene Abfallprodukte beinhalten, die die Gesellschaft derzeit wegwirft. Darüber hinaus kann das Beifügen von organischem Material zum Boden seine Struktur verfestigen, wodurch Erosion verringert wird.

Biobetriebe verwenden bereits Düngestrategien, die das Potenzial haben, die Bodengesundheit besser zu erhalten, aber die meisten wissenschaftlichen Forschungen haben sich auf konventionelle Betriebe konzentriert und die Vorgehensweisen von Biobetrieben sind daher erst schlecht untersucht. Es stellen sich Fragen wie z.B. "Welche besonders wachstumsfördernden Mikroben sind am effizientesten bei der Übertragung von Nährstoffen aus dem Boden an die Pflanze? Können wir Pflanzensorten züchten, die besser mit wachstumsfördernden Mikroben zusammenarbeiten? Wie kann Kompost formuliert und angewendet werden, um das Pflanzenwachstum zu fördern, die Bodengesundheit zu erhalten und den Nährstoffverlust zu minimieren?" Potenziell könnte dieses Wissen sowohl ‚biologische‘, als auch konventionelle Landwirte darüber informieren, wie sie Mikroben benutzen könnten, um ihre Pflanzen zu nähren und ihre Böden zu erhalten.
Bei CEPLAS untersucht unsere Arbeit auch die molekularen Ereignisse, die auftreten, wenn Mikroben die Boden-gebundenen Nährstoffe metabolisieren, und auch die molekularen Strategien, die von Pflanzen verwendet werden, um diese wachstumsfördernden Mikroben zu rekrutieren und zu nähren. Wir wollen erforschen, wie das zukünftige landwirtschaftliche System aussieht, das ein geringeres Niveau mineralischer Düngung und höhere Raten des mikrobiellen Nährstoff-Recyclings haben würde. Neben der Erhaltung der Bodengesundheit würden solche Systeme auch die Umwelt schonen, da die Mineraldüngerproduktion ressourcenintensiv und hochverschmutzend ist und während Düngerabfluss aquatische Ökosysteme schädigt.
Die heutigen landwirtschaftlichen Praktiken schädigen die Böden der Welt und erfordern multidisziplinäre Ansätze, um unsere landwirtschaftlichen Systeme zu modifizieren und um sicherzustellen, dass wir gesunde Böden für künftige Generationen bewahren. Bei CEPLAS untersuchen wir, wie Pflanzen und Mikroben zusammenarbeiten, um Nährstoffe zu transferieren, und dieses Wissen könnte potenziell zur Verbesserung der landwirtschaftlichen Nachhaltigkeit genutzt werden. Allerdings erkennen wir, dass unsere Wissenschaft nicht die einzige Lösung für dieses anspruchsvolle globale Problem sein wird. Ein umfassender Ansatz zur Bewältigung der Bodengesundheit muss die Kombination von wissenschaftlichen Entdeckungen mit sozialen, wirtschaftlichen und politischen Veränderungen beinhalten, sowie die Bedeutung des Bodens und auch seine Verwundbarkeit erkennen und berücksichtigen.

Richard Jacoby, Botanisches Institut, Universität zu Köln

Übersetzung Meike Hüdig, Molekulare Physiologie und Biotechnologie der Pflanzen, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf

Planter’s Punch

Unter der Rubrik Planter’s Punch wird jeden Monat ein bestimmter Aspekt des CEPLAS Forschungsprogramms vorgestellt. Alle Beiträge werden von Mitgliedern der Graduiertenschule und des Postdoc Programms erstellt.

Zum Nachlesen

"We’re treating soil like dirt. It’s a fatal mistake, as our lives depend on it" – The Guardian 2015 -

"Status of the World's Soil Resources" – United Nations Food and Agriculture Organisation -

"Soil and human security in the 21st century" – Amundson et al., Science, 2015 -

Über den Autor

Verfasst wurde der Planter’s Punch von Dr. Richard Jacoby, Mitglied des CEPLAS Postdoc Programms. Richard untersucht, welche Nährstoffe von Mikroorganismen im Boden aufgenommen werden und wie dies die Ernährung der Pflanzen erleichtern kann. Ein genaues Verständnis dieser Prozesse ermöglicht es, nachhaltige Anbausysteme zu entwerfen, bei denen Mineraldünger durch organische Düngekompositionen ersetzt werden und Pflanzen durch Bodenmikroben auf Nährstoffe zugreifen können. 

Heinrich Heine University
University of Cologne
Max Planck Institute for Plant Breeding Research
Forschungszentrum Jülich