Biodiversität mit artenreichen Zwischenfruchtmischungen erhöhen

Forschungsprojekt CATCHY untersucht Auswirkungen auf die Bodenfruchtbakreit

Was bewirkt Artenvielfalt im Ackerbau? Wie können artenreiche Zwischenfruchtmischungen extreme Umweltbedingungen und witterungsbedingte Schwankungen abpuffern? Wie sorgen Zwischenfrüchte für Stabilität im Boden? Dr. Norman Gentsch vom Institut für Bodenkunde der Leibniz Universität Hannover hat im Rahmen des „CATCHY-Projekts“ einige Antworten darauf gefunden.

"Landwirte brauchen praktikable Lösungen, die ihnen helfen, sich auf die Herausforderungen von Klima und Gesellschaft einzustellen", sagt Dr. Norman Gentsch. Foto: Angelika Sontheimer

In einer artenreichen Mischung kumulieren sich die positiven Effekte der einzelnen Zwischenfrüchte. Foto: Norman Gentsch

Im CATCHY-Projekt beschäftigt sich Dr. Norman Gentsch mit der Biodiversität in Zwischenfruchtrotationen und untersucht den Einfluss der Artenvielfalt auf den Boden. Foto: Batalla

Zwischenfrüchte haben sehr viele positive Funktionen: Sie verhindern zum Beispiel Bodenabtrag durch Erosion und Nährstoffauswaschung im Herbst und bringen die Nährstoffe ins Frühjahr. Außerdem erhöhen sie die organische Substanz im Boden und damit den Humusvorrat. Je höher die organische Substanz, umso aktiver ist das Bodenleben. Nicht zuletzt sind Zwischenfrüchte Rückzugsort für viele Insekten und erhöhen auch hier die Artenvielfalt und Biodiversität.

Der Boden als „nachhaltige Ressource“

Die Bundesregierung hat im übergreifenden Forschungsprojekt „BonaRes“ – Boden als nachhaltige Ressource (www.bonares.de/home-de) Langzeitstudien über neun Jahre angelegt. 2015, im „Internationalen Jahr des Bodens“, wurde das Projekt CATCHY (Catch-cropping is an agrarian tool for continuing soil health and yield-increase, www.bonares.de/catchy-de) als BonaRes-Unterprojekt gestartet. Sieben Projektpartner aus Wissenschaft und Wirtschaft sind daran beteiligt. Das Forscherteam setzt sich aus Pflanzenwissenschaftlern, Mikrobiologen, Bodenkundlern, Agrarwissenschaftlern und Wirtschaftspartnern aus der Pflanzenzüchtung zusammen. CATCHY beschäftigt sich mit der Biodiversität in Zwischenfruchtrotationen und untersucht den Einfluss der Artenvielfalt in Zwischenfruchtmischungen auf die Bodenfunktionen.

Mischungen können besser mit Stress umgehen

Dr. Norman Gentsch verglich dabei eine artenreiche Zwischenfruchtmischung mit einer Vierer-Mischung, Reinsaaten und der Brache (ungenutzte Fläche) als Kontrolle. Bereits nach der ersten Rotation der dreijährigen Fruchtfolge wurden erste Effekte der artenreichen Zwischenfrucht-Mischungen sichtbar. Die verschiedenen Pflanzen sind unterschiedlich an bestimmte Stressbedingungen, wie zum Beispiel Trockenheit, bestimmte Krankheitserreger oder Schädlinge, angepasst und können diese besser abpuffern als weniger angepasste Pflanzen. „Dadurch wird Stabilität in den Erträgen gewährleistet. Je vielfältiger die Artenmischung, umso stressresistenter wird das Anbausystem. Das erhöht die sogenannten Ökosystemdienstleistungen wie die natürliche Filtration, die Kohlenstoffanreicherung, verbessert die Nährstoffflüsse und vermindert die Bodenerosion“, erklärt der Bodenkunde-Wissenschaftler.

Wurzelbiomasse steigt mit der Artenvielfalt an

Auch die Wurzelbiomasse steigt mit der Artenvielfalt der Zwischenfrüchte. Das kommt daher, weil die verschiedenen Arten unterschiedliche Wurzelstockwerke bedienen und dadurch die Nährstoffe optimal aufnehmen und speichern können. Dann wird auch die Zwischenfruchtstreu besser mineralisiert, wodurch die Nachlieferung der Hauptnährstoffe Stickstoff, Phosphor, Kalium und Magnesium steigt. „Artenreiche Zwischenfruchtmischungen ermöglichen durch ihren höheren Blattflächenindex eine höhere Photosynthese-Leistung. Die Photosynthese-Produkte, wie zum Beispiel Zucker, werden schneller in den Wurzelraum transportiert und helfen hier beim Aufbau der mikrobiellen Biomasse. So wird die mikrobielle Aktivität gesteigert. Davon profitieren insbesondere die für das Bodenleben wichtigen Mykorrhiza-Pilze“, verdeutlicht Gentsch.

Höhere Wurzelmasse bringt bessere Stickstoff-Mineralisierung

Die Veränderung der Zwischenfrucht-Arten beeinflusst viele Prozesse im Boden, die in ihrer Summe positiv auf das Pflanzenwachstum wirken. So führt die höhere Wurzelmasse zum Beispiel zu einer stärkeren Stickstoff-Mineralisierung im Wurzelraum der Folgefrucht. Die an der Mineralisierung beteiligten Mikroorganismen werden durch ein breiteres Nahrungsspektrum der unterschiedlichen Zwischenfruchtstreu stimuliert. Dadurch lassen sich Lücken im Nährstoffkreislauf schließen und die Düngemenge kann reduziert werden. In Mischungen ergänzen sich die Pflanzen in ihrem Wurzelwerk. „Die verschiedenen Arten haben einen unterschiedlichen Nährstoffbedarf und können damit die Nährstoffe bestmöglich erschließen. Sonnenblume oder der Öllein wurzeln beispielsweise sehr tief, das kann bis zu 3 Meter gehen“, erläutert Gentsch. Durch eine passende Kombination in Mischungen und an die jeweilige Fruchtfolge angepasste Mischungen können also die verschiedenen Vorteile unterschiedlicher Arten genutzt werden. In der zweiten Projektphase untersuchen die Wissenschaftler vermehrt den Stickstoffkreislauf, die Wasserspeicherleistung, die Interaktionen mit Mykorrhiza-Pilzen und die Auswirkungen auf die Pflanzenernährung der Folgefrucht.