Die Perlhirse liefert selbst bei grosser Trockenheit und Temperaturen von bis zu 42 Grad Celsius Ernteerträge. Die Perlhirse ist ein einjähriges Ährenrispengras mit einem dem Mais ähnlichen Wuchs. Sie erreicht Wuchshöhen von 3 bis 4 Metern und die Halme haben einen Durchmesser von 10 bis 20 mm. - Bishnu Sarangi
Forscher der Universität Wien haben herausgefunden, dass verschiedene Perlhirsesorten variable Strategien haben, um gegenüber Dürre resistenter zu agieren: Das Getreide verzögert dabei die so genannte Nitrifikation. Ein besseres Verständnis dieses Prozesses verspricht eine Minderung der landwirtschaftlich erzeugten Stickstoffbelastung.
Wo Pflanzen Wurzeln schlagen, da entfliehen auch viele organische Verbindungen. Dieser Prozess heisst auch «Wurzelexsudation». Diese organischen Verbindungen beeinflussen das Bodenmikrobiom und damit auch Prozesse der landwirtschaftlichen Stickstoffdüngung.
Perlhirse hält der Dürre stand
Durch Auswaschung und sogenannte «Denitrifikation» gehen grosse Mengen an Dünger-Stickstoff als Nitrat aus dem Wurzelbereich verloren. Denitrifikation bedeutet, dass der im Nitrat gebundene Stickstoff durch Mikroorganismen im Boden zu molekularem Stickstoff und Stickoxiden umgewandelt wird. «Die Landwirtschaft ist die Hauptquelle für den Großteil des Eintrags von reaktivem Stickstoff in die Erde», schreiben die Forscher. Doch wie nachhaltig kann der Stickstoffkreislauf in der Landwirtschaft gestaltet werden?
Die Forscher haben dabei Unterschiede bei der Wurzelexsudation von Perlhirsesorten, die der Dürre ausgesetzt sind, festgestellt. Die Perlhirsesorten wiesen dabei eine unterschiedliche Verzögerung bei der Nitrifikation auf, auch bekannt als «biologische Nitrifikationshemmung» (BNI). Was erklärt das? Perlhirsesorten können unterirdische Modifikationen bewirken, um unter Stressbedingungen zu überleben und die Produktivität in der Trockenregion zu erhalten. Sie passen sich ihrer Umgebung und sind so wahre Überlebenskünstler.
Nitrifikationshemmung von Trockenstress beeinflusst
«Diese Studie liefert den ersten Nachweis sortentypischer Unterschiede in der Nitrifikationshemmung von Perlhirse, bei der die biologische Nitrifikationshemmung massgeblich durch Trockenstress beeinflusst wird», sagt Molekularbiologe Wolfram Weckwerth von der Universität Wien. «Pflanzen, die unter Trockenstress stehen, unterliegen mikroklimatischen Veränderungen in ihrem Bodenlebensraum», fährt er fort. Dadurch werde der Sauerstoffpartialdruck, also der Anteil des Sauerstoffs am Gesamtdruck, und das Redoxpotential im Boden erhöht. Das beschleunige die Nitrifikation.
«Pflanzen können diese Oxidationsprozesse puffern und die lebenswichtigen Ammoniumressourcen schützen, indem sie über ihre Wurzeln oxidierbare Phenolverbindungen ausscheiden», so Weckwerth. Der Forscher fügt hinzu: «Wir beobachteten eine sortenspezifische Beziehung des verlängerten Wurzelwachstums mit der Wurzelexsudation und einem möglichen Einfluss auf die BNI-Aktivität unter Trockenstress.»
Bedeutung für eine nachhaltige Landwirtschaft
Arindam Ghatak von der Abteilung Molekulare Systembiologie (MOSYS) der Universität Wien ist sich sicher, dass die systematische Anwendung von Methoden beim Sammeln und Analysieren von Wurzelexsudaten ein tieferes Verständnis der unterirdischen Pflanzen-Boden-Interaktionen unter Stress – wie etwa Exposition gegenüber Trockenheit – ermöglicht, um dadurch die Resilienz der Pflanzen gegen die Klimaveränderungen zu verbessern. Es hilft auch bei der Vorhersage von Eigenschaften der Pflanze und der Pflanzen-Boden-Interaktion.
Die Landwirtschaft könnte so künftig die Stickstoffbelastung vermindern. Die zukünftige Entwicklung und der Einsatz von BNI-aktivierten Pflanzen wie Perlhirse und deren natürliche Biodiversität wird entscheidend für die Zukunft der Landwirtschaft. Denn schliesslich können folglich stark stickstofffreisetzende Systeme in Distickstoffmonoxid-arme landwirtschaftliche Flächen umgewandelt werden.
