Phosphor-Akquise von Nutzpflanzen in Mischkulturen – Ein Forschungsprojekt

Die Phosphatverfügbarkeit im Boden wirkt für Nutzpflanzen häufig limitierend. Phosphor (P) ist zudem eine endliche Ressource. Eine Landwirtschaft, die eine Reduktion des Düngereinsatzes ermöglicht, ist daher unabdingbar. Mischkulturen sind eine Möglichkeit, dies zu erreichen. Im Projekt werden potentielle Mechanismen der P-Akquise von Nutzpflanzen in Mischkulturen untersucht, um so zur Erforschung der wissenschaftlichen Grundlagen beizutragen, die eine nachhaltige Landwirtschaft ermöglichen.

Erstellt am

24.01.2019

Aktualisiert am 24.01.2019

Potentielle Mechanismen der Phosphor-Akquise in Mischkulturen, © Ulrike Schwerdtner

Wer, was und wann

Das Forschungsprojekt „Phosphor-Akquise von Nutzpflanzen in Mischkulturen“ läuft von Januar 2018 bis Dezember 2020. Es wird von Ulrike Schwerdtner in der AG Boden-Biogeochemie am Lehrstuhl für Bodenökologie der Universität Bayreuth als Promotionsvorhaben realisiert und von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) mit einem Promotionsstipendium gefördert. Begleitet wird das Projekt von Dr. Marie Spohn (AG Boden-Biogeochemie, Universität Bayreuth), Prof. Dr. Bettina Engelbrecht (AG Funktionelle und Tropische Pflanzenökologie, Universität Bayreuth) und Dr. Elisabeth Obermaier (Leitung des Nutzpflanzengartens im Ökologisch-Botanischen Garten der Universität Bayreuth).

Hintergrund und Ziele

Traditionelle landwirtschaftliche Praktiken wurden im letzten Jahrhundert vor allem in den gemäßigten Breiten der nördlichen Hemisphäre durch eine deutlich intensivierte und auf großflächigen Monokulturen basierende Landwirtschaft ersetzt. Sie ist auf hohe Zugaben von Düngemitteln und Pestiziden angewiesen und hat diverse negative Auswirkungen auf Menschen, nicht-menschliche Tiere und die Umwelt. Die Phosphatverfügbarkeit im Boden wirkt dabei für Nutzpflanzen häufig als Wachstumsfaktor, weshalb in der Landwirtschaft große Mengen phosphathaltigen Düngers ausgebracht werden. Phosphor (P) ist allerdings eine knappe, endliche Ressource und gleichzeitig ein lebensnotwendiges Element, das nicht ersetzt werden kann: Können Pflanzen keinen oder kaum P aufnehmen, werden (Zell-)Wachstum sowie Frucht- und Samenbildung deutlich eingeschränkt. In der Folge würde die Nahrungsmittelproduktion drastisch zurückgehen. Daraus könnten in naher Zukunft, wenn die P-Dünger aufgebraucht sind, enorme Ernährungsprobleme sowie soziale Konflikte resultieren. Zudem weisen mineralische P-Dünger aus Rohphosphaten von Natur aus meist hohe Schwermetallgehalte (v.a. Cadmium und Uran) auf. Eine nachhaltigere landwirtschaftliche Produktionsweise, die eine Reduktion des Düngereinsatzes ermöglicht, ist daher unabdingbar. Der Mischkulturanbau ist eine Möglichkeit, dies zu erreichen. Bei dieser traditionellen Anbaumethode werden mindestens zwei Nutzpflanzenarten gleichzeitig auf einer Fläche kultiviert. Solche Mischkulturen haben infolge der Steigerung der ober- und unterirdischen Biodiversität vielfältige Vorteile, wie beispielsweise eine erhöhte Resistenz gegenüber Umweltstress, Krankheiten und sog. „Schädlingen“, einen erhöhten Wasser- und Bodenschutz, eine gesteigerte Kohlenstoffspeicherung und eine effizientere Nutzung von Fläche, Licht, Wasser und Nährstoffen. Der Einsatz von Düngern und Pestiziden kann in solchen Anbausystemen erheblich reduziert oder ganz vermieden werden. Im Fall des Phosphors zeigten Forschungsarbeiten und Übersichtsartikel in renommierten Fachzeitschriften in den letzten Jahren, dass einige Nutzpflanzen (im Folgenden als Nebenkulturen bezeichnet) in der Lage sind, vergleichsweise viel P zu mobilisieren, was auch für begleitende Pflanzen (Hauptkultur) die P-Verfügbarkeit und folglich die P-Aufnahme erhöht. Die Mechanismen, die dieser erhöhten P-Akquise in Mischkulturen zugrunde liegen, sind allerdings noch kaum bekannt. Zum jetzigen Zeitpunkt scheinen fünf Mechanismen möglich: (1) Nebenkulturen steigern die P-Verfügbarkeit durch die Abgabe von Enzymen (Phosphatasen, die P in pflanzenverfügbarer Form freisetzen); (2) Nebenkulturen setzen in Mineralen gebundenes P durch die Ausscheidung von Protonen bzw. Hydroxidionen und/ oder Anionen organischer Säuren frei; (3) Nebenkulturen ändern die mikrobielle Gemeinschaft im Boden und begünstigen wachstumsfördernde Mikroorganismen; (4) Eine komplementäre Nutzung von pflanzenverfügbarem P durch Haupt- und Nebenkulturen steigert die insgesamt mögliche P-Aufnahme; (5) Nebenkulturen transportieren P und weitere Nährstoffe aus dem Unterboden in den Oberboden. Im Promotionsvorhaben sollen diese potentiellen Mechanismen der gesteigerten Phosphor-Akquise von Nutzpflanzen in Mischkulturen in drei separaten Gewächshausexperimenten mit Rhizoboxen und Bodensäulen untersucht werden. Dabei wird sowohl mit bildgebenden Verfahren (Boden-Zymographie, pH-Imaging) als auch mit chemischen Boden- und Pflanzenanalysen gearbeitet. Parallel soll der Effekt der Mischkultur auf P-Aufnahme und Ertrag von Haupt- und Nebenkulturen in einem zweijährigen praxisnahen Feldversuch analysiert werden. Die Doktorarbeit möchte so zur Erforschung der wissenschaftlichen Grundlagen beitragen, die eine nachhaltige und ressourcenschonende Landwirtschaft ermöglichen.

© Ulrike Schwerdtner

Austausch und Unterstützung

Ich habe Interesse an einem Austausch mit Wissenschaftler*innen sowie mit landwirtschaftlichen und gartenbaulichen Praktiker*innen, die ebenfalls zu/ mit Mischkulturen arbeiten. Ebenso freue ich mich natürlich über Feedback von und Austausch mit allen am Projekt Interessierten.

Kontakt

Ansprechperson: Ulrike Schwerdtner

Webseite: http://www.bayceer.uni-bayreuth.de/soilbcg/de/forschung/proj/detail.php?id_obj=144507

E-Mail: ulrike.schwerdtner@gmx.de

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