Die „Mikroben-assoziierte Landwirtschaft“

Viele Agrarökosysteme haben bereits ihre maximale Belastungs- und Leistungsfähigkeit erreicht. Gleichzeitig steigt der Bedarf an landwirtschaftlichen Produkten rasant. Landwirtschaft und ökologische Systeme können nicht mehr getrennt betrachtet werden, so wie es lange Zeit geschehen ist. In den letzten  Jahren haben sich daher Wissenschaftler verstärkt mit den vielfältigen Interaktionen zwischen Boden und Pflanze beschäftigt. Dieses Wissen soll nun für eine optimierte Nahrungspflanzenproduktion sowie für den Umweltschutz zusammengetragen und ausgewertet werden.

Auf einer natürlichen Blumenwiese leben zahlreiche Pflanzenarten auf engstem Raum zusammen. In der modernen Landwirtschaft ist die Situation grundsätzlich anders. Wildpflanzen werden entweder mechanisch durch den Pflug oder chemisch beseitigt, um den Ertrag einer Kulturpflanzen-Monokultur zu steigern. Doch bereits nach kurzer Zeit laugen solche Monokulturen den Acker aus und reduzieren die mikrobielle Vielfalt im Boden dramatisch. Darunter leiden auch die Kulturpflanzen, die dadurch beispielsweise anfälliger für Schädlinge werden.

Monokulturen lassen mikrobielle Vielfalt im Boden schrumpfen

Auf natürlichen Wiesenflächen gibt es reichlich organisches Material, das ständig in den Boden gelangt und dort die Grundlage eines vielfältigen mikrobiellen Bodenlebens ist. Pflanzenwurzeln interagieren dort in positiver und negativer Weise mit den Mikroorganismen im Boden. Natürliche Ökosysteme beinhalten die gesamte Komplexität verschiedener Pflanzen und Bodenmikroben und positive und negative Interaktionen halten sich die Waage. Bodenorganismen und Pflanzen bilden dann gemeinsam einen geschlossenen Nährstoffkreislauf.

Anders im Fall von pflanzlichen Monokulturen auf den Äckern. Auf landwirtschaftlich intensiv genutzten Flächen gelangt nur eine vergleichsweise geringe Menge organischen Materials in diesen Kreislauf. Die Vielfalt an Bodenmikroorganismen sinkt dadurch und der natürliche Nährstoffkreislauf wird durchbrochen. Nährstoffverluste durch Ernten werden durch die Auswaschung und Ausgasung von Nährstoffen verstärkt, so dass Kulturpflanzen auf eine externe Nährstoffzufuhr in Form von Dünger angewiesen sind. In solchen Böden reichern sich bevorzugt pathogene und sich schnell vermehrende Bodenbakterien an. Das natürliche Gefüge des Bodenlebens – sowohl in Hinsicht auf Quantität und Qualität der Bakterienvielfalt - ist gestört.

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Verbesserte Agrar-Ökosysteme durch neue Strategien

Dieser Teufelskreis aus landwirtschaftlicher Produktion und Ernte und einer damit einhergehenden Verarmung der Vielfalt ließe sich durch verschiedene Ansätze durchbrechen. Zunächst müssen Wissenschaftler dazu das komplexe Zusammenspiel von Bakterien und anderen Bodenorganismen in der freien Natur genauer untersuchen und die Wechselwirkungen besser verstehen.

Gleichzeitig können beispielsweise mit einer optimierten Fruchtfolge positive Effekte einer Kulturart über die Bodenmikroorganismen gezielt an die nachfolgende Kulturart weitergegeben werden. Mischanbau, also der gleichzeitige Anbau unterschiedlicher Kulturpflanzen (z. B. Getreide und Leguminosen) ist eine andere Möglichkeit, die Vielfalt auf der Fläche zu erhöhen. Erste Ansätze dieser - vor allem in Entwicklungsländern und mit Handarbeit praktizierten - Methode gibt es auch in der industriellen Landwirtschaft. Mixed Cropping und Allee-Cropping sind die international gebräuchlichen Begriffe hierfür. In Europa oft praktiziert sind Untersaaten zum Beispiel im Getreideanbau. Zwischenfrüchte und der Anbau von Pflanzen zur sogenannten Gründüngung sind weitere Ansätze zur Erhöhung der Biodiversität.

Auch die künstliche Zugabe verschiedener Bodenmikroben ist denkbar, um die Böden und das Wachstum von Kulturpflanzen zu verbessern. Dabei könnte es sich zum Beispiel um Mykorrhiza-Pilze handeln oder Mikroben, die pathogene Bakterien zurückdrängen oder andere förderliche Effekte für Kulturpflanzen bieten. Auch züchterische Ansätze sind im Gespräch, um die Wurzeln von Kulturarten mit Verteidigungsmechanismen gegen pathogene Mikroorganismen auszustatten. Auf diese Weise würde die Widerstandsfähigkeit der Pflanzen erhöht und es könnten Boden-belastende Pflanzenschutzmittel eingespart werden.

Positiver Nebeneffekt: Das Klima schonen

Mit einem vielfältigen Mikrobenökosystem im Boden kann organischer Abfall auch wieder effektiv in Nährstoffe für die Pflanzen umgewandelt werden. Auf diese Weise könnte sogar mehr Kohlenstoff im Boden fixiert werden, der dann nicht als CO₂ in die Atmosphäre entweichen kann. Global betrachtet könnte sich dieser Effekt positiv auf das Klima auswirken. Auch Stickstoffoxid (N₂O) aus üblichen Düngemitteln schadet dem Klima und fördert den Klimawandel hin zu immer extremeren Wetterbedingungen. Mit Hilfe von Mikrobengaben und dafür empfänglichen Pflanzen könnte der Düngemittelverbrauch reduziert und damit Umwelt und Klima geschont werden.

Nebeneffekte im Auge behalten

Das ausgeklügelte System von Pflanzen und Mikroben in freier Natur auf die Landwirtschaft zu übertragen, verspricht zahlreiche positive Effekte für Mensch und Umwelt. Doch wie immer, wenn der Mensch in die Natur eingreift, birgt das Verfahren auch Risiken. Die Folgen veränderte Nährstoffkreisläufe und Interaktionen zwischen Pflanzen und Mikroben müssen genau untersucht und immer wieder neu auf ihr mögliches Gefahrenpotential für Mensch und Natur hin bewertet werden. Gelingt das, hat die Mikroben-assoziierte Landwirtschaft großes Zukunftspotential.