Das Geheimnis des lebendigen Bodens

Effiziente Nährstoffaufnahmewege in der regenerativen Landwirtschaft

Das Bodenleben spielt eine grundlegende Rolle für den Nährstoffkreislauf und die Nährstoffaufnahme durch Pflanzen. Wenn die Bodenbiota geschädigt oder geschwächt ist, erhalten die Pflanzen nicht alle Nährstoffe, die sie benötigen, selbst wenn dem Boden große Mengen an Düngemitteln zugeführt werden. Tatsächlich spielt der Einsatz von Düngemitteln eine wichtige Rolle bei der Verringerung der mikrobiellen Biomasse und Vielfalt im Boden. Traditionell hat man den Pflanzen beigebracht, dass sie Nährstoffe aus der Bodenlösung in Form von anorganischen Ionen durch einfache physikalisch-chemische Prozesse wie Osmose oder aktiven Transport aufnehmen. Die Rolle der Mikroorganismen im Boden wird auf die Zersetzung organischer Stoffe reduziert. Dieser Ansatz behandelt die Pflanzen jedoch als relativ passive Akteure und ignoriert die komplexen Auswirkungen des Bodenmikrobioms und den vielschichtigen Dialog zwischen Pflanzen und Mikroorganismen.

Das Mikrobiom als Nährstofftransportsystem

Die Forschung der letzten Jahrzehnte hat gezeigt, dass Mikroben eine viel wichtigere Rolle bei der Nährstoffaufnahme spielen als bisher angenommen. Pflanzen und Bodenmikroorganismen arbeiten in einer engen, symbiotischen Beziehung zusammen. Einige Bakterien- und Pilzarten transportieren Nährstoffe in die Pflanze. Endophytische Bakterien und Mykorrhizapilze zum Beispiel helfen bei der Aufnahme von Phosphor, Stickstoff und Mikronährstoffen, während stickstofffixierende Bakterien atmosphärischen Stickstoff liefern und andere Bakterien bodengebundene Nährstoffe mobilisieren. Die Pflanzen steuern diese Beziehungen aktiv, indem sie nützliche Mikroben mit Wurzelexsudaten füttern und die Prozesse durch hormonelle Signale regulieren.

Nährstoffaufnahme: ein lebendiger, dynamischer Prozess

In einem gesunden Boden ist die Nährstoffaufnahme nicht nur Ionendiffusion, sondern das Ergebnis eines lebendigen, dynamischen Ökosystems. Gemeinsam bestimmen die Pflanze, die Mikroben und die physikalisch-chemischen Eigenschaften des Bodens, wie viele Nährstoffe die Wurzeln erreichen. Je lebendiger und vielfältiger der Boden ist, desto mehr Nährstoffe können aufgenommen werden und desto widerstandsfähiger werden die Pflanzen gegenüber Belastungen. Daher basiert eine moderne, nachhaltige Landwirtschaft auf der Erhaltung und Förderung der biologischen Aktivität des Bodens und nicht nur auf der chemischen Auffüllung mit Nährstoffen.

Schauen wir uns die Beziehungen zwischen Boden, Mikroorganismen und Pflanzen genauer an, die viel komplexer sind, als die Lehrbücher vermuten lassen.

Rhizophagen-Zyklus: Nährstoffe aus dem Inneren der Wurzel

Der rhizophage Zyklus ist ein relativ neuer Ansatz, bei dem die Pflanzen nicht nur Nährstoffe in Form von in der Bodenfeuchtigkeit gelösten Ionen aufnehmen, sondern auch die sie umgebenden Mikroben aktiv „nutzen”. Bei diesem Prozess bewegen sich Bakterien und Pilze in einem kontinuierlichen Kreislauf zwischen dem Boden und dem Inneren der Wurzel. James White, ein Forscher an der Rutgers-Universität in den USA, beschrieb den Prozess (10.3390/microorganisms6030095), was unsere Vorstellung von der Nährstoffaufnahme der Pflanzen völlig verändert.

Die Mikroben leben im Boden und sammeln Nährstoffe: Stickstoff, Phosphor und verschiedene Mikroelemente (Eisen, Zink, Mangan usw.). Um die Wurzelspitze herum gibt die Pflanze Zucker und andere Stoffe (Wurzelexsudate) ab, die diese Mikroben anziehen. Einige dieser Mikroben dringen auch in die jüngsten Zellen der Wurzel ein, in den Raum zwischen der Zellwand und der Zellmembran.

Dabei produziert die Pflanze reaktive Sauerstoffspezies - im Grunde ein leichter „oxidativer Stress” -, die die Mikroben teilweise abbauen. Dadurch werden Nährstoffe freigesetzt, die die Pflanze nutzen kann. Nicht alle Mikroben werden vollständig zerstört: Die Überlebenden verlieren dreimal ihre Zellwände und kehren dann, wenn die Wurzelhaare wachsen, über die Haarspitzen in den Boden zurück, wo sie sich wieder mit Nährstoffen versorgen können.

Dieser Zyklus könnte erklären, warum viele Pflanzen auch dann gut wachsen können, wenn es nur wenig gelöste Nährstoffe im Boden gibt. Der Prozess ist möglicherweise nicht nur für Bakterien, sondern auch für einige Pilze und Hefen spezifisch. Wir wissen noch nicht genau, welcher Anteil der Nährstoffe der Pflanze zugeführt wird, aber John Kempf, ein Experte für regenerative Landwirtschaft, sagt, dass der rhizophage Zyklus der wichtigste Prozess der Nährstoffaufnahme in einem gesunden Boden mit einem gut funktionierenden Mikrobiom ist. Dies eröffnet eine völlig neue Perspektive auf die Beziehung zwischen dem Bodenleben und der Nährstoffversorgung der Pflanzen, insbesondere im Zusammenhang mit der biologischen und regenerativen Landwirtschaft.

Micorrhiza: mehr Nährstoffe im Austausch gegen Kohlenstoff

Mykorrhizapilze spielen eine äußerst wichtige Rolle bei der Nährstoffaufnahme von Pflanzen, da die Pilzfäden eine symbiotische Beziehung mit den Wurzeln eingehen und die Kontaktfläche mit dem Boden um ein Vielfaches vergrößern. Diese Pilze dringen in den Interzellularraum zwischen den Pflanzenzellen oder direkt in die Wurzelzellen ein. Dies erleichtert der Pflanze den Zugang zu wichtigen Makroelementen wie Phosphor und Stickstoff, die für das Wachstum von Wurzeln und Trieben und höhere Erträge unerlässlich sind. Mykorrhizen unterstützen auch die Aufnahme wichtiger Mikronährstoffe wie Zink, Kupfer und Mangan, die eine Schlüsselrolle im pflanzlichen Stoffwechsel und in der Stresstoleranz spielen. Im Gegenzug liefert die Pflanze den Pilzen Zucker und andere organische Substanzen, die bei der Photosynthese entstehen. Mit den Pilzen assoziierte Bakterien verstärken diesen Effekt noch, indem sie organische Nährstoffe mineralisieren, Phosphate auflösen und über die Pilzfäden an die Pflanze weiterleiten.

A mikorrhiza Pilze helfen nicht nur beim Nährstoffmanagement, sondern auch bei der Wasseraufnahme, so dass die Pflanzen Trockenperioden besser überstehen können. Sie spielen auch eine Rolle im Kohlenstoffhaushalt des Bodens, da die Pilze organische Stoffe binden und stabilisieren und so die Bodenfruchtbarkeit und langfristige Gesundheit verbessern. Mykorrhizapilze produzierentragen auch zum Aufbau der Bodenstruktur beiPilzfäden und Wurzeln bilden zusammen starke, stabile Aggregate, die die Wasser- und Luftbewegung im Boden verbessern und die Gefahr der Oberflächenerosion verringern.

Es wird geschätzt, dass etwa 80-90% der Landpflanzen eine solche Symbiose bilden können. Es gibt eine Reihe von Mykorrhizaprodukten auf dem Markt, die zur Beimpfung unserer Böden verwendet werden können, aber diese Pilze können auch auf natürliche Weise gezüchtet werden, so wie wir Sauerteig aus Mehl und Wasser herstellen können. Mykorrhizapilze reagieren besonders empfindlich auf Störungen im Boden. Wir können einen kontinuierlichen Lebensraum für sie schaffen, wenn wir die Störung des Bodens auf ein Minimum beschränken und ein konstantes, vielfältiges Pflanzenwurzelsystem schaffen. Mykorrhizapilze bauen von den Pflanzenwurzeln aus ausgedehnte Hyphennetze auf, die durch die konventionelle Bodenbearbeitung physisch unterbrochen werden, wodurch die Hyphen zerstört werden und die verfügbare Pilzpopulation im Boden verringert wird. Bei Direktsaatsystemen hingegen bleiben die bestehenden Hyphennetze erhalten, so dass die Wurzeln der Hauptkultur schneller und intensiver besiedelt werden können. Mehrere Studien haben gezeigt, dass Direktsaatsysteme eine höhere Besiedlung mit arbuskulären Mykorrhizapilzen (AMF) aufweisen, was die Nährstoff- und Wasseraufnahme verbessert.

Deckfrüchte erhalten die Mykorrhizapilzpopulationen auch bei Abwesenheit der Hauptkultur aufrecht, da sie als kontinuierliche lebende Wirtspflanze dienen. Die verschiedenen Deckfrüchte unterstützen Mykorrhizapilze auf unterschiedliche Weise: Getreide und Leguminosen sind im Allgemeinen gute Wirte, während einige Kohlarten das Pilzwachstum durch ihre bioaktiven Substanzen hemmen können. Das Vorhandensein eines durchgängigen Wurzelsystems erhöht das Bodeninokulum der Pilze, so dass die nächste Hauptkultur schneller und intensiver besiedelt werden kann.

Die Kombination aus Direktsaat und geeigneten Deckfrüchten schafft ein ideales Umfeld für Mykorrhizapilze: Das Bodennetz bleibt intakt und es gibt immer eine lebende Wirtspflanze, die die Pilze ernährt. Infolgedessen werden die Wurzeln der Hauptkultur stärker besiedelt, die Aufnahme von Phosphor und anderen Mikronährstoffen wird verbessert, die Trockentoleranz steigt und die Bodenstruktur wird aufgrund der aggregierenden Wirkung der Pilzhyphen stabiler.

Stickstofffixierung bei Schmetterlingen: eine natürliche N-Quelle

Die Stickstoffbindungskapazität von Schmetterlingspflanzen ist seit Mitte des 19. Jahrhunderts bekannt. Im Jahr 1886 Hellriegel und Wilfarth In Deutschland hat er gezeigt, dass Leguminosen wie Erbsen und Klee Luftstickstoff ohne eine Stickstoffquelle im Boden nutzen können und dass dieser Prozess durch den Stickstoff unterstützt wird, der in den Knöllchen lebt, die sich an den Wurzeln der Pflanzen bilden. Rhizobium ist mit Bakterien verbunden. Die Bakterien, die die Wurzelknöllchen besiedeln, wandeln den Stickstoff aus der Atmosphäre in Ammoniak um, eine Form, die von der Pflanze direkt genutzt werden kann. Durch diesen Prozess können die Schmetterlinge den Bedarf an Düngemitteln erheblich reduzieren und gleichzeitig den Stickstoffgehalt des Bodens verbessern, was der nächsten Ernte zugute kommt.

Die Bildung von Wurzelknöllchen und die Intensität der Stickstofffixierung hängen von der Pflanzenart, den klimatischen Bedingungen und der Qualität des Bodenmikrobioms ab. Gesunde, aktive Rhizobium Population können die Schmetterlinge bis zu 50-80% ihres gesamten Stickstoffbedarfs selbst produzieren. Dies erhöht auch die Bodenfruchtbarkeit, da der von den Schmetterlingen gebundene Stickstoff in der organischen Substanz des Bodens längerfristig bezahlbar bleiben. Für die Landwirte bedeutet dies, dass die Aufnahme von Schmetterlingsblütlern in die Fruchtfolge nicht nur die Stickstoffversorgung sichert, sondern auch langfristig die Kosten senkt und zur Entwicklung gesunder, widerstandsfähiger Kulturen beiträgt.

LoginECO in Serbien zum Beispiel deckt den gesamten Stickstoffbedarf seines 3250 Hektar großen Betriebs durch den Anbau von Schmetterlingen in der Fruchtfolge. Der ökologisch zertifizierte Betrieb ist jedoch nicht in der Lage, eine signifikante Verbesserung der Bodenstruktur zu erreichen, da der Boden durch die regelmäßige Bodenbearbeitung aufgeweicht wird.

Was bedeutet das in der Praxis der regenerativen Landwirtschaft?

A Verband der Landwirte für Bodensanierung Die Mitglieder stellen ihre Pflanzenmischungen so zusammen, dass sie immer Schmetterlingspflanzen enthalten. Die häufigsten sind Segge, Purpurwicke, Ackerbohne, Sandbohne, Alexandrinische Wicke und Futtererbse, die je nach Stickstoffbindungspotenzial in Anteilen von 30 bis über 60% in die Mischung aufgenommen werden können.

Eine fortschrittliche Methode zur Integration von Schmetterlingen ist die Verwendung von Zwischenfrüchten. In diesem Fall wird z. B. das Weidelgras in einem Durchgang mit einer oder mehreren Schmetterlingspflanzen (z. B. Winterweizen und Erbsen) gesät. Gegen Ende der Vegetationsperiode, bei der Reife, wird ein Teil des von der Schmetterlingspflanze gebundenen Stickstoffs freigesetzt und steht dem Weidelgras zur Aufnahme zur Verfügung. Dadurch werden nicht nur Nährstoffkosten gespart, sondern es können auch zwei verschiedene Kulturen auf derselben Fläche geerntet werden.

Das Bodenleben ist die Grundlage für die Versorgung der Pflanzen mit Nährstoffen. Im rhizophagen Kreislauf setzen Bakterien und Pilze Nährstoffe im Inneren der Wurzel frei, Mykorrhizapilze erhöhen mit ihrem ausgedehnten Hyphengeflecht die Aufnahme von Wasser sowie Makro- und Mikronährstoffen und stabilisieren gleichzeitig die Bodenstruktur, und Schmetterlingspflanzen fixieren Luftstickstoff, reichern den Boden an und verringern den Düngerbedarf.

Dieses komplexe, lebendige Bodensystem ermöglicht es den Pflanzen, Nährstoffe effizient aufzunehmen, Trockenheit zu tolerieren und höhere Erträge zu erzielen. Der Schlüssel zur regenerativen Landwirtschaft liegt in der Unterstützung der biologischen Aktivität des Bodens: weniger Störungen, Beibehaltung von Deckfrüchten und Schaffung eines gesunden Bodens mit einem aktiven Mikrobiom, das dem Betrieb langfristig dient.

AUTORIN: VÍG VITÁLIA • BODENÖKOLOGIN, VERANTWORTLICHE FÜR DAS BILDUNGSPROGRAMM DER VEREINIGUNG DER BODENREGENERIERENDEN LANDWIRTE, GRÜNDERIN VON TERRAVITKA