Bodenbakterien: Helfer im Pflanzenbau

Bodenbakterien als n├╝tzliche Helfer im Pflanzenbau

Der Boden ist eines der am dichtesten besiedelten und artenreichsten Biotope ├╝berhaupt. Allein in einem Gramm trockenen Boden leben nach Sch├Ątzungen von Fachleuten etwa zehn Milliarden Bakterien von ├╝ber 1.000 verschiedenen Arten. Noch belebter ist der Bereich wenige Millimeter um Pflanzenwurzeln herum. In dieser sogenannten Rhizosph├Ąre sind etwa f├╝nf- bis zehn Mal mehr Bakterien und andere Mikroorganismen zu finden als in anderen Bodenbereichen. Allein diese Zahl macht deutlich, dass die im Boden lebenden Bakterien eine besondere Bedeutung f├╝r Pflanzen haben.

Eine der bekanntesten Interaktionen zwischen Bakterien und Pflanzen ist die Stickstoffbindung mithilfe von Rhizobien, die sich in den Wurzeln von Leguminosen wie Erbse oder Sojabohne einnisten. Doch diese Symbiose ist nur ein winziger Ausschnitt aus dem komplizierten Wechselspiel zwischen Bodenbakterien und Pflanze. F├╝r die Forschung besteht die gro├če Herausforderung darin, die hemmende und f├Ârdernde Wirkung der vielen verschiedenen Arten untereinander zu verstehen und einen konkreten Einfluss der Bakterienaktivit├Ąt auf die jeweilige Kulturpflanze abzuleiten.

Bakterien bilden pflanzliche Wachstumshormone

Bekannt sind bereits Bakterienarten, die Phosphat oder Eisen aus dem Boden l├Âsen und den Pflanzen zur Verf├╝gung stellen. Andere Bakterien geben hemmende Stoffe wie Cellulasen ab, mit denen pflanzenpathogene Pilze unterdr├╝ckt werden. Einige Bakterien produzieren sogar Indol-3-Essigs├Ąure, ein pflanzliches Hormon, das f├╝r besseres Wachstum der Pflanze sorgt. Umgekehrt scheinen die Pflanzen in der Lage zu sein, f├╝r sie vorteilhafte Bakterienarten gezielt f├Ârdern zu k├Ânnen. Dies geschieht vor allem im Wurzelraum.

So wurde etwa f├╝r den wilden Hafer nachgewiesen, dass die Pflanzen in verschiedenen Wachstumsstadien unterschiedliche Stoffe wie Zucker, Fett- oder Aminos├Ąuren ├╝ber die Wurzeln abgeben, die bestimmte Bakterienarten besonders gut als Nahrung nutzen k├Ânnen. Dadurch f├Ârdert die Pflanze gezielt die Bakterien, die ihr in der jeweiligen Wachstumsphase besondere Vorteile bieten. Dazu geh├Âren zum Beispiel die Versorgung mit N├Ąhrstoffen, die in gr├Â├čeren Mengen ben├Âtigt werden, oder der Schutz vor bestimmten Pathogenen.

Je mehr Bakterien, desto besser das Pflanzenwachstum

Laborstudien mit Basilikum lassen zudem vermuten, dass eine Pflanze umso besser gedeiht, je mehr Bakterien insgesamt im Boden vorhanden sind und je breiter das Artenspektrum ist. Bei den Versuchen mit Basilikumpflanzen in sterilisierten B├Âden stieg die Stoffwechselaktivit├Ąt und die produzierte Pflanzenmasse mit zunehmender Biomasse und Artenzahl der zugef├╝gten Bakterien. Offenbar wirkt sich eine hohe Biodiversit├Ąt im Boden beziehungsweise im Wurzelraum von Pflanzen positiv auf das Pflanzenwachstum aus.

Wie sehr Pflanzen von bestimmten Bakterien profitieren k├Ânnen, zeigte ein weiteres Forschungsprojekt. Darin wurden Bakterienst├Ąmme von Wildgerste, Reis und anderen Pflanzen aus besonders trockenen Gebieten auf Weizenk├Ârnern angesiedelt. Anschlie├čend simulierte man unter Laborbedingungen eine D├╝rrephase und beobachtete die Entwicklung der Weizenpflanzen. Das Ergebnis: Die mit den Bakterienst├Ąmmen aus Trockengebieten geimpften Pflanzen zeigten eine f├╝nffach h├Âhere ├ťberlebensrate und bildeten bis zu 80 Prozent mehr Biomasse als die Kontrollpflanzen ohne Bakterien.

Bakterien k├Ânnen Pflanzen bei D├╝rre helfen

Dieser Effekt beruht offenbar auf einem Biofilm, den die Bakterien um die Wurzelhaare bildeten. Dar├╝ber hinaus bildeten die geimpften Pflanzen mehr Seitenwurzeln, die zudem dicker und l├Ąnger waren. Auch die Wurzelhaare waren bis zu drei Mal l├Ąnger als in der Kontrollgruppe. Mithilfe der deutlich vergr├Â├čerten Wurzeloberfl├Ąche konnten die Pflanzen das noch verf├╝gbare Wasser im Boden besser nutzen.

Trotz der zahlreichen, beeindruckenden Einzelbefunde sehen sich die Forscherinnen und Forscher noch ganz am Anfang auf dem Weg, die komplexen Interaktionen zwischen Pflanzen und Bakterien zu verstehen und daraus konkrete Anwendungen f├╝r die Landwirtschaft abzuleiten.

Wie lassen sich Bakterien f├╝r die Landwirtschaft nutzen?

Denkbar w├Ąre zum Beispiel die gezielte Impfung von B├Âden mit Bakterienst├Ąmmen, deren positive Effekte nachgewiesen wurden, wie etwa bei den Arten aus trockenen Anbauregionen. F├╝r Kn├Âllchenbakterien und Leguminosen, die erstmals auf einem Schlag angebaut werden, ist ein solches System bereits etabliert.

Doch was bei den aktuell erforschten Ans├Ątzen mit Bakterien unter Laborbedingungen funktioniert, l├Ąsst sich nur schwer auf das Freiland ├╝bertragen. Denn damit sich eine zugef├╝hrte Bakterienart tats├Ąchlich etabliert, muss sie sich unter nat├╝rlichen Bedingungen gegen unz├Ąhlige Bakterien, Pilze und andere Bodenorganismen durchsetzen. Hinzu kommen wechselnde Temperaturen und Feuchtigkeitsbedingungen sowie eine maschinelle Bodenbearbeitung und D├╝ngung. Und nicht zuletzt zeigte sich in verschiedenen Studien, dass die Zusammensetzung der Bakterien gerade im Wurzelraum sehr stabil ist und sich nur schwer ver├Ąndern l├Ąsst.

Vielfalt auf dem Acker hilft Bakterien

Um dennoch die Vorz├╝ge der Interaktion zwischen Bodenbakterien und Pflanzen zu nutzen, bleibt Betrieben derzeit nur die M├Âglichkeit, eine hohe Biodiversit├Ąt auf dem Acker anzustreben. Denn Fachleute gehen nach derzeitigem Wissensstand davon aus, dass sich die vielen unterschiedlichen Eigenschaften der unz├Ąhligen Bakterienarten zum Vorteil der Pflanzen erg├Ąnzen und so gemeinsam das Wachstum verbessern. Das hei├čt, je gr├Â├čer die Bakterienvielfalt, desto besser f├╝r die Kultur.

Diese gew├╝nschte Vielfalt im Boden l├Ąsst sich durch eine m├Âglichst vielf├Ąltige, breite Fruchtfolge erreichen. Auch Untersaaten, Zwischenfr├╝chte und eine Gr├╝nd├╝ngung f├Ârdern die Bakterienvielfalt im Boden. Noch effizienter w├Ąre ein Mischanbau, bei dem man unterschiedliche Kulturen wie Leguminosen und Getreide gleichzeitig anbaut. Erste, vielversprechende Ans├Ątze dieses sogenannten Mixed Croppings werden bereits in verschiedenen Entwicklungsl├Ąndern praktiziert.


Letzte Aktualisierung 02.10.2018

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