Inhalt: Ressource Boden
Boden ist die Grundlage der landwirtschaftlichen Produktion. Er gibt der Pflanze Halt, versorgt sie über die Wurzeln mit Wasser und Nährstoffen und ermöglicht so die Photosynthese in den Blättern. Am JKI erforschen wir die vielfältigen Funktionen des Bodens, um ihn zu schützen und zu fördern.
Boden ist der Lebensraum vielzähliger Organismen, ohne deren Ökosystemleistungen das Wachstum von Pflanzen und die Zersetzung der Streu („Nährstoffrecycling“), aber auch der Abbau von chemisch-synthetischen Pflanzenschutzmitteln nicht möglich wäre. Da bodenbildende Prozesse nur sehr langsam ablaufen, muss mit der Ressource Boden besonders verantwortungsvoll umgegangen werden.
Bodenbewirtschaftung
Am JKI forschen wir zu den vielfältigen Funktionen des Bodens. Je besser die Mechanismen verstanden sind, desto effizienter kann der Boden geschützt und seine nachhaltige Nutzung gefördert werden. Wir erarbeiten z.B. Strategien zur bedarfsgerechten Düngung: Hier beschäftigen wir uns insbesondere mit alternativen Wegen, Nährstoffe bereitzustellen und unerwünschte Nebeneffekte der Düngung auf die Umwelt zu minimieren. Zudem untersuchen wir, welche Fruchtarten für welche Böden gut geeignet sind und wie man durch gesunde Fruchtfolgen und angepasste Bewirtschaftung die Flächen bodenschonend und dennoch ökonomisch nutzen kann. Auch um die Funktion des Bodens als Wasserspeicher und CO2-Senke durch Humusaufbau geht es bei unserer Arbeit.
Vielfalt des Bodenlebens
Landwirtschaftlich genutzte Böden beherbergen eine enorme Vielfalt von Mikroorganismen, Pflanzen und Tieren. In einem Gramm Boden tummeln sich bis zu 100 Millionen Bakterien (4.000 bis 7.000 Arten) und 1.000 Nematoden (Fadenwürmer). Hunderte Meter Pilzhyphen durchziehen jeden Quadratmeter. Deren Lebensgemeinschaften, ihre Ökosystemleistungen und ihren Einfluss auf die Kulturpflanze erforschen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des JKI.
Ein besonderer Fokus liegt dabei auf den Mikroorganismen im Wurzelraum der Pflanze, der sogenannten Rhizosphäre. Über die Wechselwirkungen mit der Pflanzenwurzel wurden bereits stärkende und schützende Effekte bestimmter Mikroorganismen auf die Kulturpflanzennachgewiesen.
Nematodenmanagement
Nicht alle Bodenlebewesen sind der Pflanze gegenüber freundlich gesinnt. So gibt es zum Beispiel Nematoden, die Pflanzen schädigen können. Dazu gehören z.B. Zystennematoden (Heterodera, Globodera), Wurzelgallennematoden (Meloidogyne) oder Wurzelläsionsnematoden (Pratylenchus). Nematodenschäden werden häufig nicht oder erst spät erkannt, da die Symptome meist unspezifisch sind. Bekämpfen lassen sie sich im Sinne eines nachhaltigen Nematodenmanagements über den Anbau resistenter Kulturpflanzen, durch besondere Fruchtfolgen oder den Anbau sogenannter Fangpflanzen (z.B. resistenter Ölrettich oder Gelbsenf).
Am JKI ist die Nematologie ein institutsübergreifendes Arbeitsfeld. Von der Diagnostik mittels klassischer und molekularer Verfahren über die Bildanalyse und Fernerkundung bis zur Phänotypisierung neuer Resistenzquellen wird ein breites Themenspektrum bearbeitet. Große Bedeutung haben auch Maßnahmen, die verhindern sollen. dass neue, potenziell schädliche Nematodenarten eingeschleppt werden.
Zeigerorganismus Regenwurm
Regenwürmer sind wichtige Indikatoren für die Bodengesundheit und die Bodengare. Sie reagieren empfindlich auf Veränderungen in Agrarökosystemen wie z.B. auf die Intensität der Bodenbearbeitung oder die Anwendung von Pflanzenschutzmitteln. In der Bewertung verschiedener Landnutzungssysteme spielt der Regenwurm aufgrund seiner Beteiligung an diversen Bodenfunktionen (z.B. Streuabbau, Nährstoffkreisläufe, Unterdrückung von Pflanzenkrankheiten, Förderung des Pflanzenwachstums, Wasserspeicherung) eine wichtige Rolle.
Das Fachinstitut für ökologische Chemie, Pflanzenanalytik und Vorratsschutz konnte z.B. nachweisen, dass der Übergang von reinem Ackerbau zu Agroforstwirtschaft Präsenz und Aktivität von Regenwürmer stark fördert und sogar streubewohnenden Individuen ein Habitat bietet. Dies liegt vor allem am Laubstreu der Bäume und daran, dass unter ihnen der Boden nicht bearbeitet wird. Ähnliche Effekte lassen sich insbesondere bei mehrjährigen Blühstreifen beobachten. Aus diesen Erkenntnissen lassen sich z.B. Handlungsoptionen für Landwirte und Politik ableiten, die dazu beitragen, dass sich von Klimawandel oder Ackerbau geschädigte Regenwurmgemeinschaften erholen und somit indirekt den Boden schützen.
Generell gilt: Wenn es dem Regenwurm als Zeigerorganismus gut geht, kann man davon ausgehen, dass auch andere Bodenorganismen wie Springschwänze, Bodenmilben und Fadenwürmer mit den ackerbaulichen Maßnahmen zurechtkommen.
Strukturelemente in der Agrarlandschaft erforschen: Effekte auf Ökosystemleistungen und physischen Bodenschutz
Wir untersuchen die Auswirkungen von ackerbaulichen Maßnahmen und innovativen, nachhaltigen Landnutzungssystemen auf die Fruchtbarkeit und den Schutz von Böden in Agrarökosystemen. Das Interesse gilt dabei insbesondere solchen Systemen, die dauerhafte Strukturelemente in Agrarökosysteme integrieren (z.B. Agroforstsysteme, mehrjährige Blühstreifen). Diese dämmen nicht nur die Wind- und Wassererosion auf Ackerflächen ein, sondern stärken auch die Ökosystemleistungen des Bodens. Um die Effekte zu beschreiben, nutzen wir eine Reihe von physikochemischen Bodeneigenschaften (z.B. Textur, pH-Wert, Gehalt an organischer Substanz) sowie ausgewählte Bodenorganismen, wie z.B. Regenwürmer, als Indikatoren. Die umfassenden Untersuchungen betreffen sowohl die Böden der Anbauflächen als auch die der Strukturelemente als wichtige Ressource für Besiedlung und Wiedererholung.