Höhere Erträge durch Artenvielfalt

Eine hohe Vielfalt fördert die Produktivität auf dem Acker – diese Hypothese ist schon vielfach bestätigt worden. Allerdings ist noch nicht ganz klar, warum das so ist. Bisherige Studien führten das hauptsächlich auf sich ergänzende Nährstoffnutzungen der beteiligten Pflanzenarten zurück – eindeutige Belege dafür fehlen allerdings. Ein anderer Erklärungsansatz  ist ein „Verdünnungseffekt“ bei bodenlebenden Pathogenen: Je mehr unterschiedliche Pflanzenarten auf einer Fläche wachsen, desto stärker „verdünnt“ sich das Vorkommen von auf bestimmte Pflanzenarten spezialisierte Pathogenarten, einfach weil es dann zu wenige Wirte gibt. In einer neuen Studie haben Forscher:innen jetzt diesen Ansatz genauer untersucht.

Pathogene unter Beobachtung

In einem Experiment pflanzten die Forscher:innen 18 verschiedenen Arten von Präriepflanzen (Korbblütler, Süßgräser und Hülsenfrüchtler) auf einem Versuchsfeld im US-Bundesstaat Kansas. Auf den einzelnen Parzellen wuchsen die Arten als Monokulturen oder als Pflanzenmischung mit bis zu sechs verschiedenen Arten. Vier Monate nach der Pflanzung wurden Bodenproben auf Pathogene untersucht. Ein Jahr später erfasste das Forschungsteam dann die oberirdische Biomasse der Pflanzen.

Je mehr Arten, desto weniger Pathogene

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Es zeigte sich, dass der Ertrag mit der Zahl der Arten in einer Pflanzenmischung zunahm. Die Erwartung, dass Hülsenfrüchtler durch ihre Fähigkeit, Stickstoff zu fixieren, die Erträge grundsätzlich steigern würden, konnte nicht bestätigt werden. Außerdem ergaben die Bodenanalysen der Versuchsparzellen und zusätzliche Gewächshausexperimente, dass sich das Pathogenvorkommen in den untersuchten Bodenproben nach vier Monaten deutlich verändert hatte: Es nahm ab, wenn die Pathogene mit Pflanzenarten lebten, auf die sie nicht spezialisiert waren. Ausnahme waren in einigen Fällen die Hülsenfrüchtler. Der vermutete Grund: Die Pathogene der Hülsenfrüchtler sind weniger auf einzelne Hülsenfrüchtler-Arten spezialisiert.

Verdünnung bewirkt mehr Ertrag

Die Forscher:innen konnten also mit ihren Experimenten einen „Verdünnungseffekt“ bestätigen – in Mischkulturen können die Pathogene weniger Schaden anrichten. In der Folge steigt der Ertrag bei den Pflanzen. Somit ist die Spezialisierung der Pathogene entscheidend für die Ertragshöhe in gemischten Kulturen, folgerten die Forscher:innen.

Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass der bisherige Anbau von Pflanzen in Monokulturen – der hauptsächlich der vereinfachten Ernte mit Maschinen dient – nicht die allerbeste Wahl ist. Traditionelle Kultivierungsformen wie der Anbau der „drei Schwestern“ Bohnen, Mais und Kürbis bei dem Maya nutzten schon die Vorteile von Mischkulturen. Allerdings ist noch weitere Forschung nötig, um die Allgemeingültigkeit der Ergebnisse abschätzen zu können, betonen die Forscher:innen. Insbesondere auf landwirtschaftlichen Flächen, wo eine natürliche Verteilung von Pathogenen nicht mehr gegeben sei, müsste überprüft werden, ob sich die Ertragssteigerungen auch noch in den Folgejahren reproduzieren lassen. Auch sollte das Verhältnis zwischen dem Einfluss von Pathogenen und einer sich ergänzenden Nährstoffnutzung in Pflanzengemeinschaften näher untersucht werden, um die Bedeutung der beiden Faktoren besser zu verstehen. Zudem müsse man zukünftige Veränderungen im Blick behalten: Die Erderwärmung, veränderte Niederschlagsverhältnisse und ein steigendes Nährstoffangebot könnten in Zukunft das natürliche Gleichgewicht im Boden zugunsten der Pathogene verschieben, warnen die Forscher:innen.

Quelle:
Wang, G. et al (2023): Dilution of specialist pathogens drives productivity benefits from diversity in plant mixtures. In: Nature Communications 14, 18. Dezember 2023. dx.doi.org/10.1038/s41467-023-44253-4

Zum Weiterlesen auf Pflanzenforschung.de:

• Mix it! - Mit Mischkulturen zu höheren Erträgen
• Auf gute Nachbarschaft - Pflanzen in Mischkulturen unterstützen sich gegenseitig
• Biodiversität macht stark - Artenreichtum erhöht Dürreresistenz
• Pflanzengemeinschaften statt Monokulturen - Mehr Ertrag dank Vielfalt

Titelbild: In der Prärielandschaft im US-Bundesstaat Kansas wurden die Versuche durchgeführt. (Bildquelle: © ramaxeymiles / Pixabay)