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Forscher untersuchen, wie sich Düngung langfristig auf die Bodenmikroorganismen auswirkt

03.06.2014

Was passiert, wenn Äcker über Jahrzehnte immer wieder mit Dünger versorgt werden? Forscher untersuchen, wie sich die Anzahl und Gesellschaften der Bodenmikroorganismen durch Düngung verändern.

Der Boden ist eine scheinbar leblose Masse, die den Pflanzen als Halt und als Nährstoffquelle dient. In Wahrheit tummeln sich Millionen kleinster Lebewesen unter unseren Füßen. Sie haben eine wichtige Funktion: Abgestorbenes organisches Material abzubauen und als Nährstoff den Pflanzen wieder zur Verfügung zu stellen. Wird dieses empfindliche Gleichgewicht gestört, etwa durch Übernutzung, kann der Boden seine für die Pflanzen lebenswichtige Funktion nicht mehr erfüllen. Forscher haben jetzt untersucht, wie sich die Zusammensetzung der Lebewesen im Boden verändert, wenn er über Jahrzehnte hinweg durch Düngung beeinflusst wird.


Landwirtschaftlich genutzte Flächen werden regelmäßig gedüngt. Verändert dies die Anzahl und Zusammensetzung von Mikroben im Boden? (Bildquelle: © wimammoth/iStock/Thinkstock)

Das Leben im Boden

Stickstoff ist ein essentieller Pflanzennährstoff. Seine Verfügbarkeit entscheidet über das Wachstum einer Pflanze. Stickstoffhaltige Kunstdünger sind seit den 50er Jahren maßgeblich mit verantwortlich für die Ertragssteigerungen in der Landwirtschaft. Ihr massiver Eintrag beeinflusst allerdings auch das Leben im Boden. Hier ist neben Stickstoff  auch Kohlenstoff wachstumsbegrenzender Faktor. Er kommt zum Beispiel als CO2 in der Bodenluft oder als totes organisches Material im Boden vor.

Nach bisherigen Erkenntnissen beeinflussen Stickstoffeinträge in nicht bewirtschafteten Böden das Bodenleben nachteilig, da es zu einem einseitigen Nährstoffüberschuss kommt. Auch in Ackerböden konnte nachgewiesen werden, dass  der Eintrag von Stickstoff zu einer nachteiligen Entwicklung der Mikroorganismen im Boden führt. Allerdings umfassten diese Untersuchungen nur kurze Zeiträume von wenigen Jahren.

Zeit spielt eine Rolle

Um auch langfristige Effekte zu entdecken, haben Forscher in einer neuen Metastudie 107 Datensätze aus 64 Langzeitstudien ausgewertet. Sie fanden heraus, dass über die Dauer von 20 Jahren der Gehalt an Bodenmikroorganismen in intensiv gedüngten Ackerböden  zunahm, und zwar um 15,1 Prozent gegenüber ungedüngten Systemen. Als Grund vermuten die Forscher, dass durch intensive Düngung über Jahre hinweg der Kohlenstoffgehalt im Boden durch vermehrtes Pflanzenwachstum anstieg. Dadurch stand den Mikroorganismen mehr Kohlenstoff zur Verfügung, was in der Folge auch zu einem Anstieg der Anzahl an Bodenmikroorganismen führte.

Einen direkten negativen Effekt der Stickstoffdüngung auf die Mikroorganismen-Anzahl in Ackerböden konnten die Forscher in den Langzeitstudien nicht entdecken, im Gegensatz zu Studien, die auf unbewirtschafteten Flächen durchgeführt wurden und bei denen ein direkter negativer Einfluss auf die Pflanzengesellschaften und auf die Bodenflora nachweisbar war. Die Forscher weisen darauf hin, dass Stickstoffdüngung auf Ackerflächen nicht zu einer Veränderung des Pflanzenbewuchses führt, da die Pflanzen vom Menschen eingebracht und die Düngung auf sie abgestimmt wurde. In unbewirtschafteten Systemen führt ein Stickstoffeintrag hingegen zu einer Veränderung der Pflanzengesellschaft und damit auch zu einer anderen Zusammensetzung der Bodenflora.

Unter dem Wurzelhorizont

In einer zweiten Studie untersuchten Forscher die Auswirkungen von Düngern mit unterschiedlicher Zusammensetzung auf die Mikroorganismengruppen über die Dauer von 20 Jahren. Für ihre Versuche verwendeten sie sowohl mineralischen Dünger als auch mineralischen Dünger ergänzt mit Stroh. Sie stellten fest, dass in tieferen Bodenschichten (0,2 bis 3 Meter) jede der beiden Düngerformen einen für sie spezifischen Umbau der Mikroorganismen-Gruppen bewirkte. In den oberen Bodenschichten veränderte sich die Mikroorganismen-Zusammensetzung durch die Düngung ebenfalls, aber immer in gleicher Weise, egal welcher der beiden Dünger genutzt wurde.

Die Forscher beobachteten, dass die Strohdüngung über lange Zeit hinweg den Kohlenstoffgehalt in den tieferen Bodenschichten anhob, während die rein mineralische Düngung sogar zu Kohlenstoffverlusten führte. Die so entstandenen unterschiedlichen Kohlenstoffgehalte bedingten wiederum die unterschiedliche Zusammensetzung der Mikroorganismen-Gesellschaften.

In der oberen Bodenschicht erhöhten sich die beiden Nährstoffe Kohlenstoff und Stickstoff gleichermaßen, sowohl durch den rein mineralischen als auch durch den mineralisch-organischen Dünger. Die Forscher sehen als Grund, dass der direkte Einfluss des Stickstoffs ein stärkeres Pflanzenwachstum erzeugt. Damit erhöht sich die Biomasse und somit letztlich auch der Kohlenstoff-Gehalt in der oberen Bodenschicht. Damit sind trotz unterschiedlicher Düngung beide Nährstoffe gleichsam erhöht, was sich in einem bei beiden Düngern identischen Umbau der Mikroorganismen-Zusammensetzung zeigt.

Mit diesen Ergebnissen sehen die Forscher einen Beleg, dass die Zusammensetzung der Mikroorganismen-Gesellschaften stark von der Kohlenstoffverfügbarkeit abhängt. Organische Beimengungen im Dünger können daher negative Effekte durch Stickstoffgaben in tieferen Bodenschichten eventuell wieder ausgleichen.

Zu wenig Wissen über Langzeiteffekte

Beide Studien zeigen, dass langfristige Untersuchungen nötig sind, um die Entwicklungen im Boden richtig einschätzen zu können. Viele der bisher durchgeführten Untersuchungen reichen nicht aus, da sie zu kurze Zeitfenster betrachten. Da der Boden ein langsam reagierendes System ist, sollten vermehrt Forschungen zu Langzeiteffekten durchgeführt werden, um eventuelle Negativ-Entwicklungen rechtzeitig erkennen zu können und die Bodenfruchtbarkeit zu erhalten, meinen die Forscher. Denn diese ist letztlich die Grundlage für dauerhaft hohe Ernteerträge.

Geisseler, D., Scow, K. M. | Pflanzenforschung.de
Weitere Informationen:
http://www.pflanzenforschung.de/index.php?cID=9894

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