Die Ausdehnung und Intensivierung der Landwirtschaft führt zu Bodendegradation und zur Freisetzung von Kohlenstoff in die Atmosphäre. Mehr als 40 % der Landfläche der Erde wird landwirtschaftlich genutzt. Daher ist es wichtig, Wege zu finden, um die Kohlenstoffspeicherung im Boden zu verbessern. Agrarökosysteme spielen somit eine zentrale Rolle für die Eindämmung des Klimawandels.
Bisher hat jedoch das begrenzte Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und Mikroben die Bemühungen zur Maximierung der Kohlenstoffspeicherung im Boden behindert. Ein Team von Forschenden unter der Leitung von Luiz Domeignoz-Horta von der Universität Zürich hat nun neue Erkenntnisse darüber gewonnen, wie eine grössere Pflanzenvielfalt in der Landwirtschaft die Kohlenstoffspeicherung im Boden erheblich verbessern kann.
Gerste in Mischkultur mit bis zu acht anderen Pflanzenarten
Die Forschenden führten ihre Studie im Rahmen des TwinWin-Experiments in Finnland durch, bei dem untersucht wird, wie sich verschiedene Abstufungen der Pflanzenvielfalt in Kombination mit Gerste auf mikrobielle Prozesse im Boden auswirken. Die Gerste wurde entweder allein oder mit bis zu acht anderen Pflanzenarten als Untersaat angebaut, darunter stickstoffbindende und tiefwurzelnde Sorten, die aufgrund ihres Potenzials zur Verbesserung der Bodengesundheit ausgewählt wurden.
Um zu bestimmen, wie erfolgreich Mikroben Kohlenstoffeinträge in neue Biomasse umwandeln, anstatt sie als CO₂ freizusetzen, haben die Forschenden die mikrobielle Kohlenstoffnutzungseffizienz gemessen. Durch die Analyse des mikrobiellen Wachstums, der Bodenatmung und der Dynamik zwischen den Pflanzen mittels molekularer Sequenzierung und Verfolgung stabiler Isotope konnte die Bewegung von Kohlenstoff durch die mikrobiellen Gemeinschaften im Boden nachgewiesen werden. «Wir haben festgestellt, dass eine höhere Pflanzenvielfalt stärkere positive Wechselwirkungen zwischen Mikroben in der Rhizosphäre – dem Bereich um die Pflanzenwurzeln – fördert, was letztlich die gemeinschaftliche Kohlenstoffnutzungseffizienz der Pflanzen verbessert», erklärt Erstautor Luiz Domeignoz-Horta.
Biomasse der Pflanzen wächst mit Artenvielfalt
Bemerkenswert ist, dass die Pflanzenvielfalt auch die Gesamtproduktion an pflanzlicher Biomasse erhöhte, ohne dass die Gerstenerträge zurückgingen. Dies zeigt, dass die Praxis geeignet ist, die Erträge zu erhalten und gleichzeitig die Kohlenstoffspeicherung im Boden zu verbessern. Die Ergebnisse unterstreichen die entscheidende Rolle der Pflanzenvielfalt bei der Beeinflussung der mikrobiellen Physiologie im Boden. Eine grössere Vielfalt fördert nicht nur gesündere und widerstandsfähigere Ökosysteme, sondern bietet auch einen nachhaltigen Ansatz für die Kohlenstoffbindung in der Landwirtschaft.
«Besonders für Kleinbauern, die der Schlüssel zur Nachhaltigkeit sind, ist die Umsetzung von Pflanzenvielfalt in landwirtschaftlichen Systemen arbeitsintensiv», räumt Domeignoz-Horta ein. «Dennoch deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass die Förderung vielfältiger Fruchtfolgen mit der richtigen politischen Unterstützung zu einem Schlüsselelement einer ‘Kohlenstofflandwirtschaft’ werden könnte, die dazu beiträgt, mehr Kohlenstoff im Boden zu binden und gleichzeitig die landwirtschaftliche Produktivität zu erhalten. Dies könnte den Weg für neue klimaresistente landwirtschaftliche Praktiken ebnen, von denen sowohl die Umwelt als auch die Landwirte profitieren.»
Universität Zürich
Originalpublikation:
Domeignoz-Horta, L.A., Cappelli, S.L., Shrestha, R. et al. Plant diversity drives positive microbial associations in the rhizosphere enhancing carbon use efficiency in agricultural soils. Nat Commun15, 8065 (2024). doi.org/10.1038/s41467-024-52449-5
