Sich häufende Wetterextremen und eingeschränkte Möglichkeiten beim Einsatz von Dünge- und Pflanzenschutzmitteln stellen die Landbewirtschaftung vor große Herausforderungen. Ein ausgeglichenes Bodenmikrobiom und die mikrobielle Förderung der Stresstoleranz von Pflanzen gewinnen zunehmend an Bedeutung. Das komplexe Zusammenspiel von Mikroorganismen gilt es besser zu verstehen und gezielt zu fördern. Doch was ist das Bodenmikrobiom, wie beeinflusst es den Pflanzenbau und wie kann ich es steuern? Der folgende Text gibt Aufschluss.

Das Bodenmikrobiom umfasst alle im Boden lebenden Mikroorganismen sowie deren Wechselwirkungen untereinander und mit der Umwelt. Dazu gehören insbesondere:

• Bakterien
• Pilze (z. B. Mykorrhizapilze)
• Archaeen, Protozoen
• Viren

Diese Mikroorganismen bilden zusammen ein komplexes ökologisches Netzwerk, das wesentliche Funktionen im Boden erfüllt.

Die Mikroorganismen unterstützen Pflanzen bei der Nährstoffversorgung, der Immunabwehr und der Stressbewältigung. Es trägt entscheidend zum Erhalt der Bodenfruchtbarkeit bei.

Das Bodenmikrobiom erfüllt dabei mehrere Schlüsselfunktionen in den Kreisläufen von Boden und Pflanze:

• Zersetzer: Bodenorganismen bauen organische Substanzen wie Erntereste ab und machen die darin gebundenen Nährstoffe für Pflanzen verfügbar.
• Symbionten: Bodenorganismen leben in enger Zusammenarbeit mit Pflanzenwurzeln. Das verbessert die Nährstoffaufnahme, z. B. Phosphor und Stickstoff und macht die Pflanze widerstandsfähiger gegen Trockenstress und andere Belastungen.
• Pathogene: Bestimmte Mikroorganismen können auch Pflanzenkrankheiten verursachen und damit Wachstum und Ertrag negativ beeinflussen.

Darüber hinaus beeinflusst das Mikrobiom die Kohlenstoffbindung im Boden, den Ausstoß klimarelevanter Gase sowie den Abbau von Schadstoffen und Rückständen von Pflanzenschutzmittelrückständen.

Das Bodenleben einer Fläche wird stark von Standort und Bewirtschaftung geprägt. Die Menge und Qualität der Nährstoffe, die dem Bodenmikrobiom zur Verfügung stehen, hängen von den angebauten Hauptkulturen und der gesamten Fruchtfolge ab. Durch die Auswahl und Reihenfolge der Kulturen sowie die Zusammensetzung der Pflanzenbestände lässt sich die Aktivität der Bodenorganismen gezielt steuern. Dazu zählt vor allem der Anbau vielfältiger Zwischenfruchtmischungen.

Die Steuerung des Mikrobioms geschieht direkt über die Zufuhr von Nährstoffen, beispielsweise durch organische Düngung und indirekt über Veränderungen der Bodentemperatur und der Bodenfeuchte, beispielsweise durch Beschattung und Wasseraufnahme durch Pflanzen.

Angesichts zunehmender Dürreperioden und Starkregenereignissen sowie limitierter Nutzungsmöglichkeiten im Pflanzenschutzmitteleinsatz, rückt die Rolle der mikrobiellen Unterstützung der Stresstoleranz von Pflanzen immer mehr in den Mittelpunkt.

Das Bodenmikrobiom ist ein System mit hoher Stressresistenz. Viele Bodenorganismen, insbesondere Pilze, können ungünstige Bedingungen überleben, indem sie spezielle Ruhestrukturen mit sehr geringer Aktivität bilden, wie beispielsweise Chlamydosporen oder Sklerotien mit verdickten Zellwänden.

Gleichzeitig trägt ein Teil des Bodenmikrobioms dazu bei, die Stressresistenz der Hauptkultur zu verbessern. Um dieses Potenzial optimal zu nutzen, ist es wichtig, – abgestimmt auf die spezifischen Bedingungen der Parzelle – sowohl den Anteil aktiv lebender Mikroorganismen als auch die Vielfalt des Bodenlebens gezielt zu fördern.

Die mikrobielle Biomasse bildet einen wichtigen Nährstoffpuffer und schützt Phosphat und Nitrat vor Auswaschung. Eine hohe mikrobielle Vielfalt sorgt für stabile Prozesse innerhalb der Nährstoffkreisläufe.

Das Bodenleben wird vor allem durch die Zufuhr leicht verfügbarer Nährstoffe wie Wurzelexsudate mit Zuckern und Aminosäuren angeregt. Diese Exsudate versorgen die Rhizosphäre (die Wurzelzone) während des gesamten Pflanzenwachstums kontinuierlich mit Nährstoffen. Zusammen mit feinen Wurzelresten bilden sie „Hotspots“ mikrobieller Aktivität im Boden.

Ein weiterer Hotspot für das Bodenleben sind Regenwurmgänge, die mit Schleim und Exkrementen ausgekleidet sind. Regenwürmer sind für ihre Ernährung sowohl von der Kulturpflanze als auch vom Bodenmikrobiom abhängig.

Da das Bodenmikrobiom weitgehend ortsgebunden ist, ist es entscheidend, dass das Wurzelsystem das Bodenvolumen optimal nutzt. Vor allem die Verbindung zwischen dem nährstoffreichen Oberboden und dem Unterboden spielt dabei eine wichtige Rolle. Wurzelsysteme sind hinsichtlich ihrer Struktur, Menge und Qualität die wichtigste Nahrungsquelle für das Bodenmikrobiom. Darüber hinaus bilden sie biogene Poren, die nicht nur von den Wurzeln der Folgekulturen, sondern auch von Bodenorganismen als Lebensraum genutzt werden.

Unterschiede in der Wurzelqualität führen zu einer größeren Vielfalt an aktivem Bodenleben und damit zu einer wirksameren natürlichen Bekämpfung von Krankheiten und Schädlingen.

Artenreiche Pflanzenbestände, beispielsweise in Zwischenfruchtmischungen, erhöhen die Vielfalt aktiver Bodenmikroorganismen. Dies liegt daran, dass jede Pflanzenart und -sorte spezifische mikrobielle Gemeinschaften aktiviert.

Wissenschaftlich bestätigt ist dies im neunjährigen Zwischenfruchtprojekt CATCHY. Mehr dazu hier: DSV | Forschungsprojekt CATCHY

Die Aktivierung einer hohen Vielfalt an Mikroorganismen im Boden führt zu einer maximalen Effizienz der Nährstoffkreisläufe dank einer breiten Palette an Bodenenzymen (Biokatalysatoren) und Sekundärmetaboliten in der organischen Substanz. Humus mit einem hohen Anteil an vielfältiger mikrobieller Nekromasse (abgestorbene Biomasse) ist von hoher Qualität und fördert die langfristige Kohlenstoffbindung im Boden. Bodenenzyme regen zudem den Abbau von Stroh an, mobilisieren Nährstoffe und bauen Rückstände von Pflanzenschutzmitteln ab.

Da der größte Teil des Bodenmikrobioms als Zersetzer aktiv ist, spielt er eine zentrale Rolle in den Kreisläufen des Bodens. Durch diese Abbauprozesse entsteht Konkurrenz zu bodenbürtigen Krankheitserregern: Ihre Nahrungsquelle wird schneller abgebaut oder verschwindet. Dadurch können viele Pathogene bis zur nächsten Kultur weniger gut überleben.

Bodenbürtige Krankheitserreger verursachen insbesondere im Leguminosenanbau die sogenannte Bodenmüdigkeit. Ein Bodenmikrobiom mit hoher Vielfalt und Aktivität kann diesen Effekt verringern und trägt damit zu einem gesunden Boden bei.

Ein aktives und vielfältiges Bodenmikrobiom ist eine tragende Säule der Bodenfruchtbarkeit und Bodengesundheit. Es stabilisiert Stoffkreisläufe, verbessert die Nährstoffeffizienz, erhöht die Resilienz gegenüber Stressfaktoren und trägt zur nachhaltigen Nutzung landwirtschaftlicher Böden bei. Über Fruchtfolgegestaltung, Pflanzendiversität und Förderung des Wurzelwachstums lässt sich das Bodenmikrobiom gezielt unterstützen – ein Gewinn für zukunftsfähige Fruchtfolgen.

Quelle: Aus dem Magazin Innovation, Deutsche Saatveredelung AG, ein Beitrag von Prof. Dr. Christel Baum, Universität Rostock.