Pflanzenproduktion und globaler Wandel

Fragen dieser Art gewinnen zunehmend an Bedeutung: Ein ständig steigender Bedarf an Nahrungs- und Futtermitteln und der Anbau nachwachsender Rohstoffe erfordern neue Nutzungskonzepte für Böden. Zumal durch den Klimawandel in Zukunft zusätzliche Herausforderungen für die Landwirtschaft zu erwarten sind.

Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass intensive landwirtschaftliche Nutzung von Böden den Wettbewerb um Nährstoffe zwischen Pflanzen und Mikroorganismen verschärft, falls Düngermenge und –art nicht den veränderten Gegebenheiten angepasst werden.

Unter extremen klimatischen Bedingungen, wie sie immer häufiger auch in gemäßigten Breiten vorkommen, sind die anpassungsfähigeren Mikroorganismen den Pflanzen gegenüber klar im Vorteil und können deren Wachstum negativ beeinflussen.

„Ziel der Forschung ist es, die Prozesse im Boden zu entschlüsseln und so zu steuern, dass diese optimale Pflanzenerträge gewährleisten“, sagt Prof. Dr. Michael Schloter, Leiter der Abteilung Umweltgenomik am Helmholtz Zentrum München. „Der Boden ist vergleichbar mit einem Bioreaktor. Sobald wir diesen besser erfassen können, werden wir in der Lage sein, Strategien zu entwickeln, um Ein- und Austräge von Nährstoffen optimal an die Bedürfnisse der Pflanzen anzupassen“. Durch ihre Forschung ist es den Wissenschaftler bereits gelungen wichtige Bodenmikroorganismen zu identifizieren und deren Verhalten in Bezug auf Klima und landwirtschaftlichem Management zu verstehen.

Dieses Wissen gilt es nun zu nutzen, um Interaktionen zwischen Mikroorganismen und Pflanzen so zu verbessern, dass Erträge in Abhängigkeit von den jeweiligen Standorteigenschaften optimiert werden können. Dazu zählen zum Beispiel Fragen, inwieweit in Zukunft verstärkt Nährstoffvorräte aus dem Unterboden genutzt werden können. „Erste Ergebnisse hierzu, die im Rahmen von Kurzzeitversuchen erzielt wurden, erscheinen erfolgsversprechend“, sagt Schloter. „Nun müssen diese Aussagen in Langzeitversuchen überprüft werden“.

Weitere Informationen

Die selbstständige Abteilung Umweltgenomik (EGEN) untersucht die Struktur und Funktion mikrobieller Gemeinschaften im Boden und identifiziert abiotische und biotische Parameter die Abundanz, Diversität und Aktivität der entsprechenden Mikrobiome steuern. Das Ziel ist, die genetischen Ressourcen des Bodenmikroflora für eine nachhaltige Bioökonomie besser nutzbar zu machen. EGEN gehört dem Department of Environmental Sciences an.

Das Helmholtz Zentrum München verfolgt als deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt das Ziel, personalisierte Medizin für die Diagnose, Therapie und Prävention weit verbreiteter Volkskrankheiten wie Diabetes mellitus und Lungenerkrankungen zu entwickeln. Dafür untersucht es das Zusammenwirken von Genetik, Umweltfaktoren und Lebensstil. Der Hauptsitz des Zentrums liegt in Neuherberg im Norden Münchens. Das Helmholtz Zentrum München beschäftigt rund 2.000 Mitarbeiter und ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, der 18 naturwissenschaftlich-technische und medizinisch-biologische Forschungszentren mit rund 34.000 Beschäftigten angehören. Das Helmholtz Zentrum München ist Partner im Deutschen Zentrum für Diabetesforschung e.V.

Original-Publikationen:

• Meyer, A., Focks, A., Radl, V., Keil, D., Welzl, G., Schöning, I., Boch, S., Marhan, S., Kandeler, E., Schloter, M. Different land use intensities in grassland ecosystems drive ecology of microbial communities involved in nitrogen turnover in soil; PLoS One: 8, e73536 (2013)

• Fischer, D., Ukas, M., Tischler, W., Kautz, T., Köpke, U., Schloter, M. Abundance of ammonia oxidizing microbes and denitrifiers in different soil horizons of an agricultural soil in relation to the cultivated crops; Biology and Fertility of Soils accepted (2013)

• LeRoux, X., Schmid, B., Poly, F., Barnard, R., Niklaus, P., Guillaumaud, N., Habekost, M., Oelmann, Y., Philippot, L., Sales, J., Schloter, M., Steinbeiss, S., Weigelt, A. Soil environmental conditions and microbial build-up mediate the effect of plant diversity on soil nitrifying and denitrifying enzyme activities in temperate grasslands; PLoS One: 8, e1069 (2013)

• Pereira e Silva, M., Schloter-Hai, B., Schloter, M., van Elsas D., Falcao Salles, J. Temporal dynamics of abundance and composition of nitrogen fixing communities across agricultural soils; PLoS ONE : 8, e745000 (2013)

• Ollivier, J., Schacht, D., Kindler, R., Groneweg, J., Engel, M., Wilke, B., Kleineidam, K., Schloter, M. Effects of repeated application of sulfadiazine-contaminated pig manure on the abundance and diversity of ammonia- and nitrite oxidizers in the root-rhizosphere complex of pasture plants under field conditions; Frontiers in Microbiology 4, 22/1 (2013)

• *Zhang, X., Liu, W., Schloter, M., Zhang, G., Chen, Q, Huang, J., Li, Linghao, Elser, J., Han, X. Response of the abundance of key soil microbial nitrogen-cycling genes to multi-factorial global changes; PLoS ONE: 8, e76500 (2013).

Fachlicher Ansprechpartner:

Prof. Dr. Michael Schloter, Helmholtz Zentrum München – Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt (GmbH), Ingolstädter Landstr. 1, 85764 Neuherberg – Tel. +49 89 3187-3543