Im vergangenen Jahr trafen sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des JKI und des Thünen-Instituts, um Erfahrungen über Forschungsprojekte in Afrika auszutauschen. Hintergrund war die Initiative des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) und des Bundesministeriums für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (BMZ) für eine verstärkte wissenschaftliche Zusammenarbeit mit afrikanischen Partnern.
Über ihre langjährige Erfahrung mit deutsch-afrikanischen Kooperationen sprachen wir mit den JKI-Forschern Dr. Cornel Adler, Dr. Torsten Meiners und Dr. Dietrich Stephan.
Viele Projekte am JKI beschäftigen sich mit der Anpassung unserer Anbausysteme an den Klimawandel. Sie Drei haben Projekte mit Ländern auf dem afrikanischen Kontinent. Welche Rolle spielt der Klimawandel dabei?
(Meiners) Höhere Temperaturen, veränderte Niederschläge und die Ausbreitung von Schadorganismen wirken sich in Afrika noch viel stärker auf die Anbausysteme aus als bei uns. Wir haben in Kenia drei Untersuchungsgebiete mit sehr unterschiedlichem Klima und Pathogendruck ausgesucht, um die stark variierenden Bedingungen einzubeziehen.
(Stephan) Der Klimawandel wirkt sich nicht nur auf die landwirtschaftlichen Kulturen, sondern auch auf unsere Nützlinge aus. Gerade dazu können wir viel in Kooperationsprojekten lernen. Welchen Einfluss haben Stressfaktoren wie z.B. Trockenheit, höhere Temperaturen und erhöhte UV-Strahlung auf die natürlichen Gegenspieler? Solche Fragen beschäftigen uns natürlich.
(Adler) Der Maiskäfer Sitophilus zeamais ist ein Hauptschädling in Körnerfrüchten Afrikas. Durch den Klimawandel tritt er zunehmend auch in Deutschland auf. Das Beispiel zeigt, wie sinnvoll eine stärkere Kooperation mit Afrika ist. Der Klimawandel gefährdet Ernten, erhöht Landflucht, Migrations- und Krankheitsdruck und befördert die Kontamination von Lebensmitteln mit Mykotoxinen. All dies beeinflusst die Ausrichtung der Forschung. Kooperationen können z.B. die Werthaltigkeit von Ernten durch lokale Weiterverarbeitung erhöhen oder helfen, die Mykotoxinbelastung zu reduzieren. Gute Lagerung führt zu Einkünften außerhalb der Erntezeit, mit denen Bauern ihren Kindern eine bessere Bildung ermöglichen können. Die Probleme des Klimawandels und auch unsere Projekte wirken also weit über die wissenschaftliche Ebene des Vorratsschutzes hinaus.
Vom Maiskäfer zum Herbst-Heerwurm. Berichte über die Landwirtschaft in Afrika sind selten Material für Titelzeilen in deutschen Medien. Die rasante Ausbreitung des Heerwurms ist da eine Ausnahme. Herr Dr. Stephan, Sie erforschen dieses Schadinsekt. Bitte schildern Sie kurz, warum es so viel mediales Interesse erzeugt hat.
(Stephan) Innerhalb kürzester Zeit hat sich der Herbst-Heerwurm dramatisch in Afrika ausgebreitet. 2016 wurde dieser Schadschmetterling erstmals von Georgen in Nigeria beschrieben, und schon 2017 konnte er in 28 der 55 afrikanischen Länder nachgewiesen werden. 2018 breitete er sich in Indien, 2019 in China und 2020 in Australien aus. Das verdeutlich die Gefahr und den Handlungsbedarf. Neben anderen Kulturpflanzen befällt er insbesondere Mais, der vor allem für Subsistenzbauern von großer Bedeutung ist.
Wie gestaltet sich die Forschung an einem Insekt, das in Deutschland gar nicht vorkommt?
(Stephan) Der Herbst-Heerwurm ist ein Quarantäneschädling. Hier gelten bestimmte Auflagen, die wir beachten müssen. Im Rahmen einer Kooperation mit Partnern in Tunesien, im Libanon und in weiteren Mittelmeeranrainern wollen wir unter Federführung des INSA in Toulouse ein Produkt auf der Basis des insektenpathogenen Bakteriums Bacillus thuringiensis entwickeln (IPM-4-Citrus). In Zusammenarbeit mit Firmen in Tunesien und im Libanon sollen diese Produkte in Nordafrika produziert und vermarktet werden. Bis dahin ist es noch ein langer Weg. Da wir aber nachweisen konnten, dass das Bakterium auch gegen den Herbst-Heerwurm wirkt, ist dies eine sehr motivierende Perspektive.
Provokativ gefragt: Lässt sich das Massenauftreten von Schadinsekten wie dem Heerwurm oder auch der Wüstenheuschrecke effektiv biologisch bekämpfen, oder ist das ein Luxusansatz aus einem Europa, das selbst nicht mit solchen Extremen zu kämpfen hat?
(Stephan) Provokativ geantwortet: Der Vorteil biologischer Pflanzenschutzstrategien ist vielfältig – von der unwesentlichen Beeinflussung der Agrarökosysteme bis hin zu kurzen bis gar keinen Wartezeiten bei der Ernte. Somit ist es nicht verwunderlich, dass vor ein paar Jahren auf einem Treffen zur Herbst-Heerwurmbekämpfung in Uganda gerade die betroffenen Länder den Einsatz des biologischen Pflanzenschutzes eindringlich forderten. Meiner Meinung nach täten wir gut daran, diese Forderungen zu unterstützen und zu fördern. Ich habe viele Jahre lang biologische Pflanzenschutz-Strategien mitentwickelt, um Wüstenheuschrecken zu bekämpfen. Aus dieser Erfahrung kann ich sagen, dass die Entwicklung biologischer Pflanzenschutzmittel und -verfahren für den afrikanischen Markt eine Herausforderung ist, die es lohnt, anzugehen. Mit Luxus hat das wenig zu tun.
Herr Dr. Adler hat bereits die Belastung von Erntegut mit Mykotoxinen angesprochen. Können Sie kurz erläutern, was in dieser Hinsicht das Ziel ihres Projekts ist, Herr Dr. Meiners?
(Meiners) Mykotoxine sind Gifte, die bestimmte Pilzarten produzieren, die z.B. Mais befallen. Das feuchtwarme Klima in manchen Regionen Afrikas bietet solchen Schimmelpilzen optimale Wachstumsbedingungen. Von den erkrankten Pflanzen können die Pilzgifte in die Nahrung und über Tierfutter in die Milch gelangen. Im Projekt „AflaZ“ entwickeln wir mit den kenianischen und deutschen Partnern Strategien, um die Aflatoxin‐Belastung der genannten Lebensmittel zu reduzieren. Am Institut für ökologische Chemie, Pflanzenanalytik und Vorratsschutz (JKI-ÖPV) untersuchen wir in Kenia vorkommende Pflanzen auf Inhaltsstoffe und Extrakte, die gegen Pilzbefall wirken. Wir wollen den Maisbauern Empfehlungen geben, wie sie Extrakte heimischer Pflanzen nutzen können, um Schimmelpilze schon auf dem Feld zu bekämpfen. Darüber hinaus lassen sich auch die Insekten bekämpfen, die den Pilz am Körper mitnehmen und so verbreiten. Die Insektengemeinschaften in Maisfeldern in Afrika werden zusammen mit dem JKI Institut für Pflanzenbau und Bodenkunde (PB) in Braunschweig und mit kenianischen Wissenschaftlern untersucht. In Berlin züchten wir über 50 vorratsschädliche Insekten, die teilweise auch in Afrika auf dem Maisfeld vorkommen. An ihnen testen wir die Wirkung der Pflanzenextrakte.
Mais wird ja auch in Deutschland angebaut. Sind die Erkenntnisse aus AflaZ nur für Afrika relevant?
(Meiners) Nein, auch bei uns werden durch den Klimawandel, die Reduktion von Pflanzenschutzmitteln und bestimmte Anbauformen bessere Bedingungen für Schadpilze an Mais und Mykotoxin-Kontaminationen entstehen. Deshalb spielen die in Afrika gewonnenen Erkenntnisse über pilzhemmende Pflanzeninhaltsstoffe eine Rolle, beispielsweise bei der Entwicklung einer biobasierten Saatgutbeizung. Dazu planen wir gerade ein Projekt mit dem JKI-Institut für Pflanzenschutz in Ackerbau und Grünland, das sich mit der Reduktion pilzlicher Schaderreger und Mykotoxine im Maisanbau in Deutschland beschäftigt.
Welche Ergebnisse konnten bisher bei AflaZ erzielt werden?
(Meiners) Über Literaturstudien und Befragung afrikanischer Kollegen haben wir eine größere Anzahl von Begleit- und Heilpflanzen identifiziert, die in Maisanbaugebieten vorkommen und von den Farmern bereits für andere Zwecke genutzt werden. Hiervon haben wir einige extrahiert und analysiert. Bei Extrakten des Nelkenbasilikums konnten wir beispielsweise eine pilzhemmende Wirkung nachweisen. Einen kleinen Einblick in unsere Arbeit gibt folgendes Video: https://www.youtube.com/watch?v=bUY9UI3NDx4. Unser Kooperationspartner aus Kenia hat bereits sporenübertragende Insekten in Feldversuchen gefangen und bestimmt. Die molekulare Analyse der pathogenen Pilze erfolgt gerade am JKI-Institut für Pflanzenbau und Bodenkunde.
Die beschriebenen Projekte zielen auf den Schutz von Pflanzen auf dem Feld. Herr Dr. Adler, Ihr Gebiet ist der Nachernteschutz. Als Experte sind sie international gefragt und haben in den vergangenen Jahren viele afrikanische Doktoranden betreut. Können Sie Sie kurz skizzieren: Wie lagert man richtig in den Tropen?
(Adler) Kurz vorweg: Ich bin deshalb so gefragt, weil es weltweit kaum noch Forschung im Vorratsschutz gibt.
In tropischen Ländern sind Vorratsschädlinge in ihrem Temperaturoptimum. Sie greifen abgereifte Ernteprodukte bereits im Feld an. Dies beobachten wir in heißen Sommern übrigens auch schon in Deutschland. Es wird also mit Vorratsschädlingen befallenes Erntegut in die Läger eingebracht, wo sich der Befall vervielfacht. Erforderlich ist deshalb eine Lagerungsmethode, die Schadorgansimen abtötet. Schon in der Eisenzeit (ab 800 v.Chr.) war die unterirdisch-hermetische Lagerung in Ländern mit trockenen Böden verbreitet. Dabei wird der vorhandene Sauerstoff durch tierische und mikrobielle Schaderreger verbraucht, so dass eine Schutzatmosphäre entsteht. Heute funktionieren hermetische Kunststoffsäcke nach demselben Prinzip. Oder man lagert in Metallsilos, die im Schatten stehen und nach dem Befüllen abgedichtet werden. Die Aktivität von Schädlingen im Inneren lässt sich akustisch nachweisen, was wir bisher allerdings nur in Deutschland erproben.
Wo besteht im Vorratsschutz in den Entwicklungsländern Nachholbedarf, wo sind neue Ansätze gefragt?
(Adler) Es mag ketzerisch klingen, aber ich betrachte Deutschland aus Sicht der Vorratslagerung genauso als ein Entwicklungsland wie Kamerun. Unser Nachholbedarf ist groß, nur haben wir in Mitteleuropa den Vorteil der kalten Wintermonate. Wir können also alle auf Augenhöhe zusammen mit den klugen Köpfen Afrikas etwas lernen. Interessante Themen gibt es genug. Mangels erschwinglicher Mittel verwenden Bauern in vielen Regionen Afrikas und Asiens weiterhin traditionelle Produkte etwa aus Gewürz- und Heilpflanzen mit insektizider Wirkung. Deren Wirkprinzip kann wissenschaftlich untersucht werden, wie Dr. Meiners es beschrieben hat. Wir alle in Europa, Afrika, Asien, Amerika und überall sonst haben Nachholbedarf, was den nachhaltigen Qualitätserhalt unserer Grundnahrungsmittel betrifft. Zurzeit gehen wir in Industrieländern schlecht mit diesen um, weil sie billig sind. Dies könnte sich rächen, wenn durch Klimawandel die Ernteerträge gefährdet werden.
Auch moderne Technik kann den Vorratsschutz voranbringen. So arbeiten wir derzeit an der optischen Früherkennung mit Kameras und künstlicher Intelligenz. Die Kamera erkennt Schadinsekten im Lager und sendet die Positionsdaten an einen Laser, der die Tiere tötet. Moderne Vorratsläger und Verarbeitungsbetriebe sollten gasdicht sein, damit der Duft der Vorräte keine Schädlinge anlockt. Damit optimale Lagerungstechnik und Lebensmittelverpackungen für kurz-, mittel- und langfristige Lagerung entwickelt werden können, ist viel Forschung nötig.
Sie sehen die Zukunft für afrikanische Staaten vorwiegend in kleinen, lokalen Lösungen. Wirkt sich das auch auf die eingesetzten Mittel aus?
(Adler) Kleine und lokale Lösungen sind gut, wenn wir die Menschen in ihren angestammten Sozialverbänden und Gemeinden halten wollen. Es muss ein Mindestmaß an Wohlstand, Gesundheit und Bildung erreichbar sein. Auch jetzt wandern Menschen nicht freiwillig ab, verlassen ihr Zuhause nicht ohne Not. In bestimmten Zusammenhängen mag aber auch ein Großbetrieb sinnvoll und funktional sein, wenn alle Einwohner von der Konzentration der Flächen und Techniken durch Arbeitsteilung profitieren.
Wissenschaftliche Problemlösungen müssen immer angepasst sein an die lokalen Bedingungen. Wenn die Bauern wie in Tansania schlechte Erfahrungen mit Kooperativen gemacht haben, wird man kleine Vorratsläger wie Vakuum-Bigbags oder 2-Tonnen-Silos bevorzugen. Wichtig ist auch, ob der Landwirt seinen Erfolg mit der Ernte ausstellen will, oder ob die Ernte zum Schutz vor Dieben lieber unter der Hütte vergraben wird, wo sie auch vor Insekten und Mäusen geschützt ist. Wo Dorfgemeinschaften gerne kooperieren, könnte man ein großes unterirdisch-hermetisches Lager bauen. Das hat den Vorteil, dass sich die starken Temperaturschwankungen zwischen Tag und Nacht nicht auf die trockenen Ernteprodukte auswirken, was wiederum zu weniger Kondensation führt, die die Bildung von Mykotoxinen fördert. Auch Insekten entwickeln sich schlechter bei niedrigen Temperaturen und stabiler Feuchte und können so die Pilzentwicklung nicht mehr so stark durch ihre Atmungsprozesse fördern. Außerdem führt die Atmung in gasdichten unterirdischen Silos zum Schwund von Sauerstoff, so dass aerobe Pilze und Insekten ersticken.
Am JKI werden eher Äpfel als Mangos erforscht, denn wir haben die deutsche und EU-Landwirtschaft im Blick. Wie begründet sich das steigende Interesse an Kooperationen mit Afrika – sowohl des JKI insgesamt als auch bei Ihnen persönlich?
(Stephan) Ich selbst wurde schon als Student für die Zusammenarbeit mit afrikanischen Partnern in der Phytomedizin sensibilisiert. Dieses Interesse ist ein roter Faden meiner Arbeit in über dreißig Jahren an der BBA und am JKI. Ziel der verschiedenen Projekte war es, den biologischen Pflanzenschutz in internationalen Partnerschaften weiterzuentwickeln und für die jeweiligen Bedürfnisse anzupassen. Das Institut für Biologischen Pflanzenschutz pflegt seit Jahrzehnten intensiv Kooperationen mit afrikanischen Ländern. Uns geht es nicht um Äpfel oder Mangos, wir arbeiten kulturübergreifend – und der Begriff „Kultur“ kann in diesem Zusammenhang sehr weit ausgelegt werden. Bei uns am Institut ist das Interesse ungebrochen, was sich in unserer Projektarbeit niederschlägt. Da passt die Agenda 2030 des BMEL mit ihrem Afrika-Engagement gut ins Bild. (https://www.bmel.de/DE/themen/internationales/agenda-2030/agenda-2030_node.html)
(Meiners) Ja, es gibt die afrikapolitischen Leitlinien der Bundesregierung und die Grundsätze der Zusammenarbeit mit den Ländern Afrikas des BMEL, in denen die Landwirtschaft als zentraler Wirtschaftszweig vieler afrikanischer Länder mit ihrem Potenzial für eine nachhaltige Entwicklung identifiziert wird. Mich reizt es hier mit einem multidisziplinären Ansatz mit den afrikanischen und deutschen Partnern zur Welternährung und Verbesserung der Nahrungsmittelversorgung und Sicherheit in Kenia beizutragen.
(Adler) Der Blick auf die deutsche oder europäische Landwirtschaft reicht in einer globalisierten Welt nicht aus. Trinken wir keinen Kaffee, essen wir keine Schokolade? Auch die genannte Mango landet in unseren Supermärkten, mit oder ohne Schadorganismen oder Krankheiten, all das muss erforscht werden, und Forschung war schon immer international. Äpfel in getrockneten Ringen oder getrocknete Mangoschnitzel sind wertvolle Lebensmittel – auch für vorratsschädliche Insekten. Durch clevere Verpackung direkt nach der Trocknung kann man Schadinsekten den Zugang dazu versperren. In den Ländern Afrikas gibt es Spezialwissen, z.B. zu traditionellen Methoden.
(Meiners) Richtig. Von den Kollegen in Afrika werden darüber hinaus interessante neue Methoden entwickelt wie etwa der sogenannte Push-Pull-Pflanzenschutz im ökologischen Anbau. Dabei werden innerhalb der Kultur zusätzlich Pflanzen mit abstoßender Wirkung oder um die Kultur herum solche mit anziehender Wirkung angebaut, um die Schadinsekten von den Nutzpflanzen zu vertreiben (push) bzw. wegzulocken (pull). Das ist auch hier in Deutschland anwendbar. Intensive Forschungszusammenarbeit und ein praxisorientierter Wissensaustausch mit afrikanischen Partnereinrichtungen helfen, die Probleme der Ernährungssicherung anzugehen.