Pflanzen produzieren eine Fülle von spezialisierten chemischen Stoffen. Einige davon werden auch in den Boden abgegeben und beeinflussen so dessen Qualität. «Das wiederum beeinflusst die nächste Pflanze, welche in diesem Boden wächst», teilen die Uni Bern mit. Wie diese Stoffe die Erträge erhöhen können, ist bisher kaum erforscht.
Besseres Auflaufen und verstärkte Bestockung
Forschende des Instituts für Pflanzenwissenschaften (IPS) der Universität Bern haben Feldexperimente durchgeführt. Und sie haben für die Landwirtschaft interessante Erkenntnisse gewonnen. Aus früheren Untersuchungen der Universität Bern war bekannt, dass sogenannte Benzoxazinoide – das sind chemische Substanzen, die Maispflanzen über ihre Wurzeln abgeben –, die Zusammensetzung von Mikroorganismen im Boden an den Wurzeln verändern und so das Wachstum der Folgepflanzen in diesem Boden beeinflussen. In der Studie wurde untersucht, ob solche sogenannten Pflanzen-Boden-Feedbacks auch unter landwirtschaftlich realistischen Bedingungen auftreten.
In einem zweijährigen Feldexperiment wurden deshalb zuerst zwei Maislinien angebaut, wovon nur eine Benzoxazinoide in den Boden abgab. Anschliessend wurden drei Sorten von Winterweizen auf den unterschiedlich konditionierten Böden angebaut. So konnte gezeigt werden, dass die Ausscheidung von Benzoxazinoiden zu einem verbesserten Auflaufen, einer verstärkten Bestockung, einem erhöhten Wachstum und einem erhöhten Ertrag führt.
Baut ein Landwirt Mais an und im Jahr danach Weizen, steigt der Ertrag unter bestimmten Bedingungen um mehr als vier Prozent.
Uni Bern
Sortenspezifische Fruchtfolgen
Nicht nur der Ertrag erhöht sich, sondern es gibt positive Auswirkungen bezüglich Schädlingen. Der Befall ist geringer ausgefallen. «Eine Ertragssteigerung von 4 Prozent klingt zwar nicht spektakulär. Es ist aber doch signifikant, wenn man bedenkt, wie schwer es mittlerweile ist, Weizenerträge ohne zusätzliche Inputs zu steigern», sagt Matthias Erb, Professor für biotische Interaktionen am Institut für Pflanzenwissenschaften.
Die Studie zeige das Potenzial der Nutzung von spezialisierten Pflanzenstoffen zur Verbesserung der Produktivität von Nutzpflanzen durch sortenspezifische Fruchtfolgen, so die Uni weiter. Doch es muss noch weiter geforscht werden. Die Steigerung des Ertrags durch die Benzoxazinoide führte zudem zu keinem negativen Effekt auf die Qualität des Weizens.
«Ob solche Effekte wirklich grossflächig in der landwirtschaftlichen Anwendung einen Unterschied machen, muss sich aber erst noch zeigen, da der Ertrag auch von vielen anderen Faktoren abhängt», macht Erb deutlich.
Matthias Erb ist Professor für biotische Interaktionen am Institut für Pflanzenwissenschaften an der Uni Bern.
Uni Bern
Bodenbeschaffenheit entscheidend
In einem weiteren Feldversuch zusammen mit der Uni Basel untersuchten die Forschenden, wie sich die Pflanzen-Boden-Feedbacks durch Benzoxazinoide auf einem heterogeneren Feld verhalten. Die Zusammensetzung der Bodenchemie und der Mikroorganismen auf diesem Feld variierten stark. Der Einfluss von Benzoxazinoiden auf das Wachstum und die Resistenz von Weizen hängt von dieser unterschiedlichen Zusammensetzung ab.
«Ein besseres Verständnis der Auswirkungen der Bodenbeschaffenheit auf Pflanzen-Boden-Feedbacks ist von entscheidender Bedeutung für die künftige Nutzung in der nachhaltigen Landwirtschaft», sagt Valentin Gfeller, der das Projekt als Doktorand am IPS bearbeitet hat
Pflanzliche Stoffe überdauern im Boden
Um den unterliegenden Mechanismus besser zu verstehen, führten die Forschenden diverse Boden- und Wurzelanalysen durch. Benzoxazinoid-produzierende Pflanzen reicherten diese Stoffe und deren Abbauprodukte in wurzelnahem Boden an. Zudem konnte in Zusammenarbeit mit der Universität Basel bestätigt werden, das Benzoxazinoide die Gemeinschaft von Bakterien und Pilzen in und auf den Maiswurzeln beeinflusst. Dabei wurden aber die Bodennährstoffe nicht verändert. Die Benoxazinoide erwiesen sich zudem als besonders langlebig im Boden. Wie stark das Weizenwachstum und der Gesamtertrag von den Benzoxazinoiden direkt oder indirekt durch die Mikroorganismen im Boden beeinflusst wird, soll nun noch genauer untersucht werden
