Zwischenfrüchte: Stickstoffmessung in Gründüngung

Sowohl chemische Düngemittel als auch Deckfrüchte kann helfen, den Stickstoffgehalt im Boden aufzubauen. Aber Zwischenfrüchte haben viele andere Vorteile, wie die Verbesserung der Bodenstruktur und die Steigerung der Nützlichkeit Mikroben.

Forscher der Cornell University suchen nach Wegen, um bessere Deckfrüchte, auch als Gründüngung bekannt, zu züchten, die den Landwirten bei ihrem Streben nach einem möglichst nachhaltigen Anbau helfen könnten. Ihre Ergebnisse wurden veröffentlicht in Crop Science, eine Veröffentlichung der Gesellschaft für Kulturpflanzenwissenschaften in Amerika.

Katherine Muller und ihr Team arbeiten an Strategien zur Messung der Stickstofffixierung in Zuchtprogrammen für zwei gängige Zwischenfrüchte: Purpurklee und Haarwicke. Beide Pflanzen können Stickstoff aus der Luft ziehen, um ihnen beim Wachsen zu helfen. Dies wird als Stickstofffixierung bezeichnet.

„Gründünger sind Nutzpflanzen, um die Bodenfruchtbarkeit zu verbessern“, sagt Müller. „Sie helfen dem Boden, indem sie Nährstoffe hinzufügen. Wir betrachten Hülsenfrüchte, die aufgrund ihrer Symbiose mit Bakterien Stickstoff in den Boden bringen.“

Die Verwendung von Leguminosen-Gründüngung gibt es seit Tausenden von Jahren. Nach den 1950er Jahren wurden chemische Düngemittel jedoch zur wichtigsten Stickstoffquelle für Landwirte in den Industrieländern. Dies liegt daran, dass zwei Wissenschaftler, Haber und Bosch, einen Weg gefunden haben, Stickstoff aus der Luft zu gewinnen und chemischen Dünger herzustellen.

Obwohl diese Art von Dünger produktiv ist, braucht es auch Energie, um ihn herzustellen – und er kann leicht in Gewässer gelangen, wenn er nicht richtig behandelt wird.

„Deckfrüchte sind wichtige ökologische Managementinstrumente. Sie fördern mikrobielle Gemeinschaften und bringen Nährstoffe in den Boden. Im Wesentlichen tragen sie dazu bei, fruchtbaren Boden aufzubauen, der Nährstoffe liefern kann, wenn Pflanzen sie brauchen.“ – Katherine Müller

„Deckfrüchte sind wichtige ökologische Managementinstrumente“, sagt Müller. „Sie fördern mikrobielle Gemeinschaften und bringen Nährstoffe in den Boden. Im Wesentlichen tragen sie dazu bei, fruchtbaren Boden zu bilden, der Nährstoffe liefern kann, wenn Pflanzen sie brauchen.“

Der Einsatz von Zwischenfrüchten kann für Landwirte riskant sein, da sie die dem Boden zugeführte Stickstoffmenge nicht genau bestimmen können. Chemische Düngemittel ermöglichen die genaue Berechnung der Stickstoffmenge, die einer Kulturpflanze zugeführt wird. Wie viel Stickstoff jede Art von Zwischenfrucht liefert, ist jedoch nicht bekannt.

Die Stickstoffmenge, die eine Leguminosen-Zwischenfrucht liefert, hängt davon ab, wie gut sie wächst und wie viel Stickstoff aus der Fixierung im Vergleich zur Aufnahme aus dem Boden stammt. Derzeit verfügbares Saatgut von Zwischenfrüchten verfügt nicht über eine selektive Züchtung zur Stickstofffixierung – eine wertvolle Eigenschaft.

Pflanzenzüchter arbeiten daran, Zwischenfruchtsorten zu entwickeln, die die Risiken reduzieren und den Nutzen für die Landwirte erhöhen. Sie hoffen, dass bessere Sorten den Einsatz von Zwischenfrüchten als Alternative zu chemischem Dünger erhöhen werden. Die Stickstofffixierung ist eine ihrer obersten Prioritäten bei Leguminosen-Gründüngung.

„Wir wollen Pflanzenzüchtern dabei helfen, Strategien zur gezielten Stickstofffixierung in Zwischenfrüchten zu entwickeln. Da die Stickstofffixierung eine komplizierte Eigenschaft ist, die sich mit dem Wachstum von Pflanzen ändert, ist der Zeitpunkt der Messungen wichtig.“ – Katherine Müller

„Wir wollen Pflanzenzüchtern dabei helfen, Strategien zur gezielten Stickstofffixierung in Zwischenfrüchten zu entwickeln“, erklärt Müller. „Da die Stickstofffixierung eine komplizierte Eigenschaft ist, die sich mit dem Pflanzenwachstum ändert, ist der Zeitpunkt der Messungen wichtig.“

Für Landwirte ist die wichtigste Messung der Stickstofffixierung das Ende der Ernte. Leguminosen-Gründüngung wird in der Regel in der späten Blütephase beendet. Eine frühere Beendigung bedeutet, dass die Kultur wahrscheinlich wieder austreibt und zu Unkraut wird. Zuchtprogramme für Haarwicke und Purpurklee können diese Messung jedoch nicht durchführen, da sie die Pflanze vor der Fremdbestäubung entfernen müssen.

„Unser Team hat einen Feldversuch mit einem aktiven Züchtungsprogramm durchgeführt“, sagt Müller. „Wir haben Pflanzengewebe gesammelt und die Stickstofffixierung gemessen. Wir konnten feststellen, wie viel Stickstoff der Pflanze aus der Fixierung im Vergleich zum Boden stammt.“

Das Team testete drei Arten von Proben, die ein Pflanzenzüchter nehmen kann, um sie mit der für Landwirte relevantesten Probe zu vergleichen. Anschließend maßen sie die Stickstofffixierung, indem sie ihre Proben an ein Labor schickten, das den Gesamtstickstoffgehalt und die Häufigkeit eines natürlich vorkommenden stabilen Isotops misst.

Stickstoff aus dem Boden weist normalerweise eine höhere Häufigkeit des stickstoffstabilen Isotops auf als Stickstoff aus der Fixierung. Dies ermöglicht es den Forschern, den Stickstoffanteil, den eine Pflanze aus dem Boden erhält, im Vergleich zur Fixierung abzuschätzen.

„Unsere Empfehlung ist, von jeder Pflanze in der frühen Blütephase Stängel zu sammeln, um die Stickstofffixierung über stabile Isotope zu messen“, sagt Müller. „Dies ist ein guter Proxy für die Stickstofffixierung ganzer Pflanzen, gemessen in der späten Blütephase, die für Landwirte relevanter ist.“

Laut Müller, wenn Züchter eine Messung hinzufügen, sollte es diese sein. Der durch die Fixierung gewonnene Stickstoffanteil korreliert oft nicht mit der Pflanzengröße oder anderen Messwerten.

„Es ist wichtig, den tatsächlich in der Zwischenfrucht fixierten Stickstoff zu messen, da dieser variieren kann“, sagt Müller. „Bauern wollen wissen, wie viel Stickstoff sie auf ihre Felder bringen. Wir müssen diese Informationen genau messen und bereitstellen, um Landwirten bei der Entscheidungsfindung zu helfen. Wir hoffen, dass unsere Forschung mehr Landwirte dazu bewegen wird, Leguminosen-Zwischenfrüchte als Stickstoffquelle zu verwenden.“

Katherine Müller ist Postdoc an der Cornell University. Diese Forschung wurde in Verbindung mit dem Legume Cover Crop Breeding Project durchgeführt, das vom US-Landwirtschaftsministerium finanziert wurde.