Ertragreichere Böden durch weniger Düngemittel
Der Einsatz chemischer Dünger, die die Pflanzen mit den notwendigen Nährstoffen fürs Wachstum versorgen, ist aus der modernen Landwirtschaft nicht mehr wegzudenken. Leider sind viele unserer Kulturpflanzen – und der landwirtschaftlichen Betriebe – übermäßig von ihnen abhängig geworden. Durch diese Übernutzung wurden die Böden verunreinigt, sodass der Anbau ohne umweltschädliche Düngemittel in einigen Fallen schon fast unmöglich ist. „Die Herausforderung besteht darin, Lösungen zu finden, mit denen die Erträge erhöht und gleichzeitig der Einsatz von Düngemitteln reduziert wird“, sagt Lionel Dupuy, Forscher bei Neiker, einem Forschungszentrum zur Verbesserung der Land-, Nutztier- und Forstwirtschaft im Baskenland. Für Dupuy und das Team von Neiker sind die Lösung nicht bessere Düngemittel, sondern gesündere Böden. Mit Unterstützung des EU-finanzierten Projekts SENSOILS (Sensing soil processes for improved crop nitrogen bioavailability) verfolgten sie genau dieses Ziel.
Die Dynamik zwischen Pflanzenwurzeln und Bodenmikroben
Das Herzstück des Projekts, das über den Europäischen Forschungsrat unterstützt wurde, stellte eine tiefgreifende Untersuchung der Dynamik zwischen Pflanzenwurzeln und Bodenmikroben dar. „Wir konzentrierten uns auf die Rhizosphäre, also die Bodenschicht um die Pflanzenwurzeln, in der zahlreiche biologische Prozesse stattfinden“, erklärt Dupuy. Im Kern wollten die Forschenden gesündere Böden schaffen, indem sie näher analysieren, wie sich der Wurzelbereich bildet und wie er die Aufnahme von Nährstoffen durch die Wurzeln fördert. Doch wie so häufig in der Forschung verlief nicht alles nach Plan. „Erst stellten sich die von uns gewählten Mikroorganismen als sehr langsam wachsend heraus, sodass deren genetische Umwandlung nur schwer zu erreichen wäre“, ergänzt Dupuy. „Selbst die Arbeit mit einer gewöhnlicheren Art Mikroorganismus stellte sich als schwieriger heraus als zunächst angenommen.“
Veränderungen in der Bodenzusammensetzung beobachten
Durch diese Schwierigkeiten musste der Gesamtumfang der Forschung zwar eingeschränkt werden, doch gleichzeitig ergab sich so die Chance, die Bemühungen auf die vielversprechendsten Ideen zu begrenzen – darunter die Möglichkeit der Echtzeit-Mikroskopie innerhalb von Bodenporen. „So konnten wir Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung des Bodens beobachten und letztendlich den Wurzelbereich in Aktion erleben“, merkt Dupuy an. Sie beobachteten zum Beispiel, wie sich Bakterien koordinierten, um als gesammelte Schar durch die Bodenporen zu migrieren. Diese Entdeckung ist laut Dupuy sehr wichtig, denn sie könnte den Weg für Lösungen ebnen, mit denen die Population günstiger Mikroben in den Wurzeln aufrechterhalten werden kann. Dies führt schließlich zu gesünderen Kulturpflanzen, die weniger Düngemittel benötigen.
Künstliche Böden
Mit diesem neuen Wissen im Gepäck entwickelte das Projektteam verschiedene künstliche Böden, die dann als Sensoren eingesetzt werden können, um chemische Veränderungen im Boden aufzuzeichnen. „Wir konnten zeigen, dass wir mit künstlichen Böden und innovativen Bildgebungsverfahren die mikrobiellen Interaktionen und deren Einfluss auf die Pflanzenwurzeln sowie die chemische Zusammensetzung des Bodens selbst beobachten können“, berichtet Dupuy. Diese Ergebnisse sind zwar sehr wichtig, doch laut Dupuy steht noch viel Arbeit aus. „Das SENSOILS-Projekt ist erst der Anfang, und unsere Ergebnisse werden das Labor für die absehbare Zukunft auf Trab halten“, schließt er. „Ich bezweifle jedoch nicht, dass unsere Arbeit zum Bodenökosystem letztendlich zu neuen Lösungen führen wird, die die nachhaltigere und ertragreichere Landwirtschaft der Zukunft gestalten werden.“
Schlüsselbegriffe
SENSOILS, Landwirtschaft, landwirtschaftlicher Betrieb, Landwirt, Landwirtin, Boden, Mikroben, Ernte, Kulturpflanzen, Rhizosphäre, Wurzelbereich
