Reduzierte Nährstoffeffizienz und grössere Umweltbelastung durch Verarmung des Bodenlebens

Nährstoffverluste in der landwirtschaftlichen Produktion stellen ein globales Problem dar. Ein Lysimeterversuch zeigt nun, dass Bodenlebewesen einen grossen Beitrag zur Nährstoffeffizienz im Ackerbau und zu geringeren Nährstoffverlusten leisten können.

Wenn Stickstoffdünger im Ackerbau nicht vollständig von den Nutzpflanzen aufgebraucht werden, gelangen Stickstoffverbindungen in Gewässer oder, als Gase, in die Atmosphäre. Doch das müsste nicht sein, das Bodenmikrobiom könnte Abhilfe schaffen. Denn: Böden beherbergen einen Grossteil der weltweiten Biodiversität, und Bodenlebewesen führen eine Vielzahl von Nährstoffumwandlungen im Boden durch. Sie spielen daher eine wichtige Rolle für die Pflanzenversorgung sowie für Nährstoffkreisläufe allgemein. Bisher war kaum bekannt, wie sich unterschiedliche biologische Bodengemeinschaften auf die Nährstoffeffizienz von Pflanzen-Boden Systemen auswirken.

In einem Lysimeterversuch wurde der Einfluss zweier unterschiedlicher bodenbiologischer Gemeinschaften, die sich in Ihrer Komplexität unterschieden, auf die Ernährung von Mais sowie auf Stickstoffverluste aus dem Boden untersucht.

Das Bodenleben anreichern

In der Agroscope-Studie wurden acht Versuchszylinder mit Lebewesen versetzt, die kleiner als 4 mm (4000 µm) waren. Sie enthielten diverse Bakterien und Pilzgemeinschaften, sowie Mykorrhizapilze. Zum Vergleich wurden weitere acht Versuchszylinder mit Lebewesen kleiner als 11µm versetzt, um ein im Vergleich artenärmeres Bodenleben zu generieren. Diese enthielten lediglich stark vereinfachte Bakterien und Pilzgemeinschaften. Durch ein Loch im Boden der Lysimeter konnte Sickerwasser gesammelt werden, um Nährstoffverluste durch Auswaschung zu quantifizieren. Gasförmige Verluste in Form von klimaschädlichem Lachgas (N₂O) sowie gasförmiger Stickstoff (N₂) wurden durch Probekammern an der Bodenoberfläche erhoben.

Artenarmes Bodenleben ergibt geringere Nährstoffversorgung und weniger Ertrag

In Böden mit einem stark vereinfachten Bodenleben (geringere Artenvielfalt, vorwiegend Kleinstlebewesen), fielen die Erträge um 13 %, die Stickstoffaufnahme um 20 % und die Phosphoraufnahme um 58 % geringer aus als in Böden mit einem reicheren Bodenleben (höhere Artenvielfalt, Anwesenheit von Mykorrhizapilzen).

Anstieg von Nährstoffverlusten mit artenarmen Gemeinschaften

Mit vereinfachtem Bodenleben wurde ein Anstieg der Stickstoffauswaschung um 65 % und ein Anstieg der Stickstoffverluste als Lachgas (N₂O) um 124 % und als N₂-Gas um 97 % beobachtet. Anhand von Metagenomanalysen der Boden-DNA konnten einige bodenbiologische Gene für Enzyme identifiziert werden, die die Effekte auf Pflanzenwachstum, Ernährung sowie Nährstoffverluste erklären konnten.