Wie lassen sich Stickstoffverluste in der Landwirtschaft reduzieren, ohne die Erträge zu beeinträchtigen? Neue Forschungsergebnisse der Schwedischen Universität für Agrarwissenschaften (SLU) zeigen, dass eine vielfältigere Fruchtfolge die Emissionen in die Atmosphäre senken und gleichzeitig sowohl der Umwelt als auch den Finanzen der Landwirte zugutekommen kann.
Die Reduzierung von Stickstoffverlusten aus Ackerflächen ist eine Herausforderung, aber die Vorteile für das Klima, die Umwelt und die Wirtschaft der Landwirte sind erheblich. Im Boden sind Mikroorganismen ständig damit beschäftigt, Stickstoff umzuwandeln. Manchmal entsteht dabei harmloses Stickstoffgas, manchmal jedoch auch das starke Treibhausgas Lachgas. Dieser als Denitrifikation bezeichnete Prozess ist natürlich, kann jedoch in gedüngten Böden deutlich verstärkt auftreten. Dies führt sowohl zu erheblichen Stickstoffverlusten aus dem Boden als auch zu Lachgasemissionen. Daher ist es wichtig, Anbaumethoden zu finden, die unerwünschte Verluste reduzieren. Eine europäische Studie unter der Leitung von SLU-Forschern hat sich damit befasst.
Stichwort Bodenbiodiversität: Bodenbiodiversität bezeichnet die Vielfalt des Lebens im Boden – und sie ist größer, als es der Blick auf eine Ackerkrume oder einen Waldboden vermuten lässt. In einer Handvoll Erde leben Milliarden von Organismen: Bakterien, Pilze, Algen, Protozoen, Nematoden, Milben, Springschwänze, Regenwürmer und unzählige weitere, meist unsichtbare Lebewesen. Zusammen bilden sie ein hochkomplexes Netzwerk, das die Grundlage fast aller Ökosysteme an Land trägt.
Diese Organismen übernehmen zentrale Aufgaben. Sie zersetzen abgestorbenes Pflanzenmaterial, wandeln organische Reste in Nährstoffe um und machen sie für Pflanzen verfügbar. Pilze vernetzen sich mit Pflanzenwurzeln und verbessern deren Wasser- und Nährstoffaufnahme. Regenwürmer lockern den Boden, verbessern seine Durchlüftung und fördern die Speicherung von Wasser. Kurz gesagt: Ohne eine vielfältige Bodenlebensgemeinschaft gäbe es fruchtbare Böden, stabile Ernten und funktionierende Wälder nicht.
Bodenbiodiversität wirkt zudem als natürliche Versicherung gegen Krisen. Je vielfältiger das Leben im Boden, desto widerstandsfähiger ist das System gegenüber Extremereignissen wie Dürre, Starkregen oder Krankheiten. Ein artenreicher Boden kann Kohlenstoff binden und spielt damit auch eine Rolle im Klimaschutz. Gleichzeitig filtert er Schadstoffe und trägt zur Reinigung des Grundwassers bei.
Doch dieses unterirdische Ökosystem steht unter Druck. Intensive Landwirtschaft, Bodenverdichtung, Pestizide, Versiegelung durch Städtebau und der Klimawandel setzen dem Bodenleben zu. Weil Bodenbiodiversität unsichtbar ist, wird ihr Verlust oft erst spät bemerkt – wenn Böden an Fruchtbarkeit verlieren oder Ökosysteme kippen.
Bodenbiodiversität ist damit weit mehr als ein Fachbegriff aus der Umweltforschung. Sie ist die stille Grundlage unserer Ernährung, unseres Klimas und unserer Landschaften. Wer über Nachhaltigkeit spricht, muss auch über das Leben im Boden sprechen – über das, was wir nicht sehen, aber dringend brauchen.
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass Praktiken zur Förderung der Bodenbiodiversität sowohl Vorteile als auch Nachteile mit sich bringen können. Das wirklich positive Ergebnis ist jedoch, dass eine vielfältigere Fruchtfolge offenbar die Menge an Stickstoff, die in die Luft verloren geht, im Verhältnis zur Ernteertragsmengen reduziert“, sagt Aurélien Saghaï, SLU-Forscher und einer der Hauptautoren der Studie.
Vielfältige Fruchtfolgen zahlen sich aus
Die Studie zeigt, dass Felder, die häufig gepflügt oder über lange Zeiträume mit Pflanzen bedeckt sind, beispielsweise mit Deckfrüchten, eine größere Denitrifikationskapazität haben. Als die Forscher jedoch die Stickstoffverluste mit den Erträgen der Felder verglichen, zeigte sich ein anderes Muster: Felder mit vielfältigeren Fruchtfolgen emittierten weniger Stickstoff pro Einheit geerntetem Getreide. Dies deutet darauf hin, dass vielfältige Fruchtfolgen sowohl gute Erträge als auch geringere Stickstoffverluste liefern können.
„Das ist ein entscheidender Unterschied. Wenn man nur die Stickstoffverluste betrachtet, übersieht man leicht das Gesamtbild. Vergleicht man jedoch die Verluste mit der Erntemenge, wird deutlich, dass eine vielfältigere Fruchtfolge Vorteile bietet“, sagt Monique Smith, SLU-Forscherin und eine weitere Hauptautorin der Studie.
Stichwort Bodenmikroorganismen: Sie sind die kleinsten, aber zugleich mächtigsten Bewohner des Erdreichs. Gemeint sind winzige Lebewesen, die mit bloßem Auge nicht zu erkennen sind und dennoch das Funktionieren von Böden weltweit bestimmen. Zu ihnen zählen vor allem Bakterien und Archaeen, außerdem Pilze, Algen sowie einzellige Organismen wie Protozoen. In einem Gramm fruchtbarer Erde können mehrere Milliarden dieser Mikroorganismen leben – eine Dichte, die jeden belebten Raum an der Oberfläche übertrifft.
Ihre zentrale Aufgabe ist das Recycling des Lebens. Bodenmikroorganismen zersetzen abgestorbene Pflanzenreste, Wurzeln und organische Abfälle. Dabei setzen sie Nährstoffe wie Stickstoff, Phosphor und Schwefel frei und machen sie für Pflanzen verfügbar. Ohne diese mikroskopischen Helfer würde sich organisches Material anhäufen, während Pflanzen gleichzeitig verhungern würden – trotz nährstoffreicher Böden.
Besonders eng ist die Beziehung zwischen Mikroorganismen und Pflanzenwurzeln. Viele Bakterien und Pilze leben in der sogenannten Rhizosphäre, dem unmittelbaren Wurzelumfeld. Dort fördern sie das Pflanzenwachstum, indem sie Nährstoffe mobilisieren oder Hormone produzieren. Mykorrhizapilze etwa bilden feine Fadennetze, die die Wurzeloberfläche vervielfachen und Pflanzen widerstandsfähiger gegen Trockenstress machen.
Bodenmikroorganismen sind auch Klimaregulatoren. Sie steuern, ob Kohlenstoff im Boden gespeichert oder als Kohlendioxid freigesetzt wird. Gleichzeitig bauen sie Schadstoffe ab, filtern Krankheitserreger und stabilisieren die Bodenstruktur, indem sie mineralische und organische Bestandteile zu krümeligen Aggregaten verbinden.
Doch auch diese unsichtbaren Architekten geraten unter Druck. Intensive Bodenbearbeitung, Pestizide, Überdüngung und steigende Temperaturen verändern mikrobielle Gemeinschaften – oft mit Folgen für die Bodenfruchtbarkeit und Ernteerträge. Weil Bodenmikroorganismen unsichtbar bleiben, wird ihre Bedeutung häufig unterschätzt.
Dabei gilt: Die Gesundheit unserer Böden entscheidet sich im Mikrokosmos. Bodenmikroorganismen sind kein Randthema der Umweltforschung, sondern das Fundament, auf dem Landwirtschaft, Ökosysteme und letztlich unsere Ernährungssicherheit ruhen.
Die Ergebnisse der Forscher zeigen, dass die Denitrifikationsfähigkeit des Bodens nicht von kurzfristigen Düngungsmaßnahmen, sondern von langfristigen Faktoren bestimmt wird. Sie hängt davon ab, wie viel Stickstoff im Boden vorhanden ist und wie die mikrobiellen Gemeinschaften zusammengesetzt sind, d. h. welche Arten und Funktionen vorhanden sind und wie viele Mikroorganismen dort leben. Die Tatsache, dass die Forscher einen Schwellenwert für den Stickstoffgehalt im Boden, nicht jedoch für die meisten mikrobiellen Faktoren identifizieren konnten, deutet darauf hin, dass die Mikroorganismen selbst eine Schlüsselrolle bei der Regulierung der Denitrifikation in Ackerböden spielen.
„Dies zeigt, dass Bewirtschaftungsmethoden, die sich langfristig auf das Bodenleben auswirken, dauerhafte Auswirkungen auf den Stickstoffkreislauf in Ackerböden haben können“, sagt Sara Hallin, Professorin für Bodenmikrobiologie an der SLU und Autorin der Studie.
Auswirkungen auf die nachhaltige Landwirtschaft
Wir wissen bereits, dass vielfältigere Fruchtfolgen sich positiv auf den Ertrag auswirken und die Widerstandsfähigkeit gegenüber Klimaschwankungen erhöhen können. Die neuen Ergebnisse zeigen, dass es auch möglich ist, Stickstoffverluste zu reduzieren, ohne dabei Erträge einzubüßen.
„Es gibt keine einfache Lösung für eine nachhaltige Landwirtschaft. Verschiedene Praktiken sind oft mit Kompromissen verbunden, aber vielfältigere Fruchtfolgen scheinen gleichzeitig mehrere Vorteile zu bieten“, fasst Sara Hallin zusammen.