12.11.2019

Ohne Bakterien und Pilze sähe es auf der Erde aus wie auf dem Mars

Unsere Böden filtern Trinkwasser und lassen Nahrungsmittel wachsen. Diese Leistung können sie jedoch nur vollbringen, weil in ihnen Tausende von Pilz- und Bakterienarten leben, die wie Räder eines Uhrwerks zusammenarbeiten. Das wiesen Forschende von Agroscope und Universität Zürich nach. Die Resultate sind kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift „Nature Communications“ erschienen. Das Fazit: Je artenreicher die mikrobielle Gemeinschaft ist, desto mehr Ökosystem-Funktionen bleiben intakt – was sich positiv auf die Landwirtschaft auswirkt.

„Es ist vermutlich die erste Studie, die zeigt, dass Bakterien und Pilze in unseren Böden in riesigen Netzwerken organisiert sind und dass diese Netzwerke sehr wichtige Funktionen erfüllen“, sagt Marcel van der Heijden, Agrarökologe bei Agroscope und der Universität Zürich. „Je verflochtener das Netzwerk ist, desto mehr können unsere Böden für die Landwirtschaft leisten.“

Das Fazit: Je mehr Bakterien- und Pilzarten in den Versuchsböden vorhanden waren, desto mehr Nährstoffe haben die Pflanzen aufgenommen und desto mehr Pflanzenarten konnten wachsen. Waren in den Böden hingegen nur ein paar wenige oder gar keine Mikroorganismen vertreten, wuchsen lediglich Gräser und es wurden viel weniger Nährstoffe aufgenommen.

Aber auch andere wichtige Funktionen des Bodens gehen verloren, wenn es zu wenige Bakterien- und Pilzarten gibt: etwa die Nährstoffeffizienz, der Abbau von totem Pflanzenmaterial oder die Einlagerung von Kohlenstoff aus der Atmosphäre. „Ohne Bakterien und Pilze sähe es auf der Erde aus wie auf dem Mars“, bringt es Cameron Wagg, Erstautor der Studie, auf den Punkt.

Wie eine gigantische Fabrik

„Die vielen Pilz- und Bakterienarten arbeiten wie in einer riesigen Fabrik zusammen. Eine ist zuständig für die Warenannahme, eine für die Lagerung, eine für die Bestückung der Förderbänder, eine für das Schweissen und eine für das Putzen der Halle. Nur wenn alle Posten besetzt sind, kommt etwas Nützliches dabei heraus“, erklärt van der Heijden. „Je weniger Angestellte die Fabrik hat, desto weniger kann sie leisten.“

Die Bakterien- und Pilzarten besetzen jede Stelle sogar mehrmals. „Das hat folgenden Vorteil: Wenn eine Art ausfällt, kann einfach die nächste übernehmen“, erläutert van der Heijden. Dadurch funktionieren Böden auch bei längeren Hitzeperioden, Trockenstress oder anderen Umwelteinwirkungen.

Je artenreicher, desto mehr Bodenfunktionen

Für die Studie reduzierten die Forschenden die Artenvielfalt von Bodenproben stufenweise. So konnten sie messen, wie viel Lachgas die verschiedenen Böden produzierten und auf diese Weise wertvollen Stickstoff verloren. Weiter wurde untersucht, ob die mikrobiellen Netzwerke im Boden die Auswaschung von wichtigen Nährstoffen wie Stickstoff und Phosphaten beeinflussten. Dann hat man eine Systemanalyse durchgeführt und mehrere Funktionen gleichzeitig analysiert (Multifunktionalität). Die Ergebnisse zeigten: Je komplexer und artenreicher die mikrobielle Gemeinschaft eines Bodens war, desto mehr Ökosystem-Funktionen blieben intakt – was sich positiv auf Landwirtschaft und Umwelt auswirkt.

Sieben bis nichts mehr übrig bleibt

Für die Studie verwendeten die Forschenden Bodenproben eines Zürcher Ackers. Um die Artenvielfalt eines Bodens stufenweise zu reduzieren, verwendeten sie eine Serie von immer feiner werdenden Sieben. Dadurch hatten manche Proben die volle Vielfalt an Bakterien und Pilzen, während andere nur sehr wenige oder gar keine aufwiesen. Anschließend mischten die Fachleute die Bodenproben (Inokulum) mit sterilisierter Erde in hermetisch abgeschlossene Kammern, in denen sie eine Gras-Klee-Kräutermischung ansäten. Die Kammern erlaubten die Erfassung des Gasaustauschs. (Agroscope)