Wechselwirkungen zwischen Pflanzen können sich positiv auf Anbausysteme auswirken

Pflanzen-Pflanzen-Interaktionen können zu Ertragssicherheit und Resilienz beitragen. Die Bedeutung dieser Interaktionen in der Landwirtschaft ist umstritten, was auch daran liegt, dass die Mechanismen grösstenteils unklar sind. Diese Studie fasst den Wissensstand zusammen.

In verschiedenen landwirtschaftlichen Systemen werden unterschiedlichen Nutzpflanzen kombiniert. So werden Schaderreger reduziert, die Resilienz und im Optimalfall der Ertrag gesteigert. Momentan werden die gewinnbringenden Pflanzenkombinationen in Feldversuchen bestimmt, weil die wissenschaftlichen Grundlagen nicht ausreichen, um vorherzusagen, warum z.B. eine gewisse Weizensorte gut mit einer Erbsenvarietät funktioniert, aber nicht mit einer anderen Erbsensorte. Das Interesse ist gross, die Auswirkungen von Pflanzeninteraktionen vorherzusagen, um die Resilienz von Pflanzen im Anbau zu fördern.

Mischkulturen und Fruchtfolgen werden seit Jahrtausenden erfolgreich eingesetzt. Der Erfolg dieser Systeme beruht darauf, dass die Pflanzen sich bezüglich Licht-, Wasser-, und Nährstoffnutzung ergänzen. Interessanterweise lassen sich jedoch nicht beliebige Varietäten kombinieren, welche diese Kriterien erfüllen, was unter anderem an der molekularen Interaktion der Pflanzen liegen kann. Mit einem verbesserten Verständnis dieser Interaktionen können neue Strategien für eine nachhaltige Landwirtschaft erschlossen werden, welche die Resilienz dieser Produktionssysteme verstärken.

Diese Studie fasst den aktuellen Wissensstand zu molekularen Mechanismen zusammen.

Wie Pflanzen optimal miteinander kommunizieren – Chancen für nachhaltige Anbausysteme

Pflanzen geben Wurzelexudate in den Boden ab (Metabolite wie Zucker und Aminosäuren), welche Nahrungsquelle und Signalstoffe für Organismen im Boden wie Bakterien und Pilze sind, die dann ihrerseits das Wachstum anderer Pflanzen positiv oder negativ beeinflussen können.

Mischkulturen stärken Produktivität und Widerstandsfähigkeit

Räumliche Vielfalt durch Mischkulturen kann die Ernteerträge und -qualität verbessern, den Nährstoffgehalt erhöhen und die Widerstandsfähigkeit gegenüber Stress und Ernteausfällen steigern. Eine häufig eingesetzte Kombination sind Leguminosen (z.B. Erbsen, Soja) in Kombination mit Mais oder Weizen. Es wurde gezeigt, dass die Exudat-Profile von beiden Partnern sich signifikant verändern in Mischkultur, wobei die Änderungen in Getreide-Exudaten zu einer erhöhten Stickstoff-Fixierung der Leguminose führen, was wiederum der Nährstoffgehalt des Getreides erhöht. Grundsätzlich sind Mikrobiome von Mischkulturen diverser. Mykorrhiza-Pilze können positive Effekte auf Planzen haben und kommen mehr oder weniger abundant vor in Mischkulturen, je nach Versuch. Jedoch wurde Mykorrhiza-Abundanz mit exudierten organischen Säuren korreliert, was einen Hinweis darauf gibt, dass Exudate ihre Präsenz beeinflussen können. Grundsätzlich wurden viele Metabolite und Mikroben identifiziert, welche in gewissen Mischkulturen zentral sind. Jedoch sind noch keine spezifischen Trends ersichtlich.

Fruchtfolge: Ein bewährtes Prinzip für nachhaltige Landwirtschaft

Fruchtfolge ist eine bewährte Methode, um die Vielfalt der angebauten Pflanzenarten zeitlich zu gestalten. Beim wiederholten Anbau derselben Kulturpflanze können Ertragseinbussen entstehen, welche durch unterschiedliche Phänomene verursacht werden können: beim kontinuierlichen Leguminosen-Anbau sinkt die Biomasse von Mikroben, deren Diversität und Aktivität, und Auto-Toxine werden angereichert. Bei der Fruchtfolge hingegen bleibt das Vorkommen von bodenbürtigen Schaderregern tief. Bezogen auf Krankheiten können einerseits andere Mikroben die Nischen der Erreger besetzen und andererseits können die Erreger spezifisch gehemmt werden. Die Fruchtfolge sowie die Vielfalt und die Zusammensetzung von Mikrobiomen wurde als zentral identifiziert für Krankheitsanfälligkeit von z.B. Weizen, Kartoffel. In wenigen Studien wurden erste Metabolite identifiziert, welche die krankheitsunterdrückenden Mikroben anlocken. Grundsätzlich ist noch sehr wenig bekannt über die Mechanismen, welche Metabolite und Mikroben im Boden angereichert werden, und wie sie die Anfälligkeit von Nutzpflanzen beeinflussen.