Pflanzengemeinschaften bringen mehr Ertrag als Monokulturen

Monokulturen sind zwar effizient zu bewirtschaften, aber alles andere als nachhaltig: Umweltschäden im Bereich Boden und Wasser durch die einseitige Bewirtschaftung zeichnen sich heute immer deutlicher ab. Trotz ihrer Nachteile sind Monokulturen nach wie vor die agrarwirtschaftliche Anbauform schlechthin und gelten in der Pflanzenzüchtung als einzige Möglichkeit, höhere Erträge zu erzielen.

Zu Unrecht, wie Bernhard Schmid, Ökologieprofessor an der Universität Zürich, findet. Er plädiert für eine neuartige Land- und Forstwirtschaft – denn eine neue Studie seiner Doktorandin Debra Zuppinger-Dingley zeigt, dass Gemeinschaften von Wiesenpflanzen höhere Erträge abwerfen als Monokulturen.

Ökologe Schmid sieht «im unerschlossenen Potenzial der Biodiversität die Chance für die künftige Ernährung der Menschheit». Eine vielversprechende Aussicht, denn die OECD und die Food and Agriculture Organization FAO der Vereinten Nationen geben bedenkliche Signale: Beide Organisationen prognostizieren, dass die landwirtschaftliche Produktivität in Zukunft schwächer ansteigen wird als bisher. Bei einer gleichzeitig wachsenden Weltbevölkerung würde dies eine Abnahme der Ernährungssicherheit bedeuten.

Gemeinschaften nutzen Ressourcen besser

Unter Schmids Leitung untersuchten Forschende aus der Schweiz, Deutschland und den Niederlanden in einer zehnjährigen Studie die Erträge von Wiesenpflanzen, die sie in Monokulturen beziehungsweise in Pflanzengemeinschaften angebaut hatten. Überraschenderweise stellten sich die Pflanzengemeinschaften als ertragreicher heraus als die Monokulturen.

«Aufgrund ihrer Vielfalt besetzen Pflanzenarten in Gemeinschaften sämtliche vorhandenen Nischen in einem Ökosystem. So nützen sie Bodennährstoffe, Licht und Wasser viel besser aus als Monokulturen – was schliesslich zu höheren Erträgen führt», erklärt Dan Flynn, Postdoc in Schmids Gruppe.

Ein weiterer Vorteil: Auf Pflanzen in Gemeinschaften lastet ein geringerer Schädlingsdruck als auf Pflanzen in Monokulturen. Das heisst, ein Schädling kann sich weniger ausbreiten, da er in einer vielfältigen Pflanzenwelt seine spezielle Futterpflanze nicht so leicht finden kann. Somit wirken die verschiedenen Pflanzenarten füreinander wie Schutzschilder. Der gegenseitige Schutz in der Gruppe erlaubt es den einzelnen Pflanzen, die vorhandenen Ressourcen für das Wachstum und die Produktion von Nachkommen anstatt in die Schädlingsabwehr zu investieren.

«Diversität bietet Schutz vor Schädlingen und ist eine Voraussetzung für die höheren Erträge von Pflanzengemeinschaften», so Schmid.

Die Pflanzenarten stimmen sich aufeinander ab
Die Forscher stellten weiter fest, dass sich Arten innerhalb weniger Generationen an ihre Pflanzengemeinschaften anpassen. Diese sogenannte Kurzzeit-Evolution führt dazu, dass der Ertrag in Mischungen weiter ansteigt, eine Möglichkeit mit der gemäss Schmid bisher weder in der Grundlagenforschung noch in der Pflanzenzüchtung gerechnet wurde. In diesem Anpassungsprozess spezialisieren sich die verschiedenen Arten auf ihre Stärken und verbessern so die komplementäre Ressourcennutzung in der ganzen Pflanzengemeinschaft. Gräser etwa bilden dickere Blätter aus, die das direkte Sonnenlicht im oberen Stockwerk einer Wiese optimal ausnützen können. Kleearten treiben indessen grössere aber dünnere Blätter aus, um das abgeschwächte Licht in Bodennähe besser aufzunehmen.

Auf dem Weg zu einer nachhaltigen Land- und Forstwirtschaft
Biodiversität wird heute hautpsächlich unter einem rein bewahrenden Aspekt, dem Erhalt der Artenvielfalt und genetischen Vielfalt, betrachtet. «Die Forschungsresultate zeigen, dass Diversität es ermöglicht, die Funktionalität der Ökosysteme über die Zeit und in verschiedenen Umgebungen auf einem hohen Niveau zu stabilisieren», fasst Bernhard Schmid zusammen. Er ist überzeugt, dass die in Nature veröffentlichten Resultate zusammen mit Erkenntnissen aus seinen früheren Forschungsarbeiten langfristig zu einem Paradigmenwechsel in der Agrarwirtschaft führen können: Denn die positiven Wirkungen von Mischkulturen zeigen sich nicht nur in Pflanzengemeinschaften wie Wiesen und Wäldern, sondern auch beim gemischten Anbau verschiedener Sorten oder Genotypen einer einzigen Nutzpflanze wie z.B. Weizen.

«Pflanzenzüchtung und Anbauverfahren sollten deshalb künftig nicht mehr auf die Verbesserung der Leistung von Monokulturen sondern von Mischungen ausgerichtet werden», so der Ökologe der UZH. Dass durch den erhofften Paradigmenwechsel gleichzeitig eine nachhaltigere Landwirtschaft gefördert werde, weil Mischungen weniger Schädlingskontrolle benötigen und Düngergaben besser ausnützten, sei ein willkommener Nebeneffekt.

Die im Wissenschaftsjournal Nature publizierte Studie wurde vom Schweizerischen Nationalfonds und dem Universitären Forschungs-Schwerpunkt «Globaler Wandel und Biodiversität» der Universität Zürich finanziert.

Literatur:
Debra Zuppinger-Dingley, Bernhard Schmid, Jana S. Petermann, Varuna Yadav, Gerlinde B. De Deyn. Dan F. B. Flynn, Selection for niche differentiation in plant communities increases biodiversity effects. Nature. doi: 10.1038/nature13869

Simon L. Zeller, Olena Kalinina, Dan F. B. Flynn, Bernhard Schmid, Mixtures of genetically modified wheat lines outperform monocultures. Ecological Applications, 22(6), 2012, pp. 1817–1826

Kontakt:
Prof. Bernhard Schmid
Institut für Evolutionsbiologie und
Umweltwissenschaften
Universität Zürich
Tel. +41 79 681 99 36
bernhard.schmid@ieu.uzh.ch

http://www.mediadesk.uzh.ch