Fast alle Pflanzen leben in einer engen Gemeinschaft mit sogenannten Mykorrhiza-Pilzen – eine wichtige Symbiose, um essenzielle Nährstoffe aufzunehmen. In ihrer neuen Studie hat ein Team rund um die Ökologin Christina Kaiser vom Zentrum für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaft (CeMESS) von der Universität Wien nun herausgefunden, dass diese Mykorrhizasymbiose sehr empfindlich auf Ungleichgewichte von bestimmten Nährstoffen (Stickstoff, Phosphor und Kalium) im Boden reagiert. Die Daten stammen aus einer 70-jährigen Langzeitstudie und liefern daher besonders wertvolle Einblicke, die Wissenschafter leisten damit einen wesentlichen Beitrag für eine nachhaltige Landwirtschaft.
Mykorrhiza-Pilze besiedeln Pflanzenwurzeln und lassen von dort ausgehend ein Netzwerk aus sogenannten Pilzhyphen in den Boden wachsen. Diese Pilzhyphen sind viel dünner als Pflanzenwurzeln und können auch in feinste Bodenporen hineinwachsen. Daher nehmen sie essenzielle Nährstoffe wie Phosphor oder Stickstoff wesentlich effizienter aus dem Boden auf.
Das ist es auch, was sie so wertvoll für ihre Pflanzenpartner macht: Die Pilze geben einen guten Teil der aufgenommenen Nährstoffe an diese weiter, im Austausch für Kohlehydrate, die die Pflanze durch Photosynthese erzeugt. Mit einer gut funktionierenden Mykorrhizasymbiose sind Pflanzen also in der Lage auch in nährstoffarmen Böden relativ gut zu wachsen. Auch viele der heute landwirtschaftlich genutzten Pflanzen wie zum Beispiel Weizen, Mais oder Kartoffel leben in einer solchen Symbiose. Wie in der freien Natur schützen auch in der Landwirtschaft jene Pilze die Pflanzen vor Schädlingen und helfen bei Wassermangel.
Daten aus 70 Jahre laufendem Langzeitversuch
In der aktuellen Studie unter Leitung der Universität Wien konnten Wissenschafter nun zeigen, dass die Mykorrhizasymbiose sehr empfindlich auf Ungleichgewichte von bestimmten Nährstoffen (Stickstoff, Phosphor und Kalium) im Boden reagiert. Die Daten stammen aus einer Messkampagne, die von Andreas Richter, ebenfalls vom CeMESS an der Uni Wien, in einem seit über 70 Jahren laufenden Langzeitversuch der Landwirtschaftlichen Versuchsanstalt Raumberg-Gumpenstein in Admont (Steiermark) durchgeführt wurde.
In diesem Langzeitversuch wurden Graslandflächen seit 1946 regelmäßig gemäht und beerntet, wobei die durch die Ernte entnommenen Nährstoffe durch verschiedene Kombinationen und Mengen von Stickstoff-, Phosphat- und Kaliumdüngung ersetzt wurden. So fanden die Studienautoren heraus, dass sich insbesondere Kaliummangel in Verbindung mit Stickstoffdüngung extrem negativ auf die Symbiose auswirkte: Unter diesen Bedingungen verloren die Pflanzen etwa die Hälfte ihrer wertvollen Pilzpartner, und damit vermutlich einen Teil ihres natürlichen Schutzschildes gegen Schädlinge und Austrocknung.
Hinweise auf nachhaltigeren Einsatz von Pilzfamilien
„Wir haben außerdem herausgefunden, dass es innerhalb des – großteils noch unerforschten Spektrums der Mykorrhiza-Pilze Familien gibt, die auf bestimmte Nährstoffsituationen spezialisiert sind“, sagt die Studienleiterin Christina Kaiser von der Universität Wien. Während bestimmte Pilzfamilien auf bestimmte Nährstoffmangel positiv reagierten, wurden andere Familien stark dezimiert. Kaliummangel verringerte etwa den Anteil von Pilzen aus der bekannten Familie der Glomeraceae, aber erhöhte gleichzeitig den Anteil von Pilzen aus anderen, weniger bekannten Familien.
„In der Landwirtschaft werden aktuell hauptsächlich Mycorrhizapilzmischungen aus eben dieser Familie der Glomeraceae eingesetzt. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass auch Pilze aus anderen Familien erforscht werden sollten, da sie besser an bestimmte Nährstoffmangelsituationen angepasst sein könnten“, sagt Kian Jenab, Doktoratsstudent am CeMESS an der Uni Wien und Erstautor der Studie.
Unausgeglichene Düngung hat Auswirkungen auf Pflanzen- und Boden
Die Kombination aus wenig Kalium und viel Stickstoff im Boden, die in dieser Studie zu dem größten Verlust der Mykorrhizapilze geführt hat, kommt global gesehen ziemlich häufig vor – denn Kaliumdünger ist teuer und in manchen Weltgegenden schwierig zu bekommen. Daher wird Kalium im Verhältnis zu Stickstoff oft nicht ausreichend gedüngt. „Diese unausgeglichene Düngung wirkt sich zwar nicht unmittelbar auf den Pflanzenertrag aus. Die Symbiose von Pflanzen und Pilzen wird allerdings geschwächt und das hat langfristige Auswirkungen auf die Boden- und Pflanzengesundheit“, fasst Kaiser zusammen.
„Die aktuelle Studie ist einmal mehr Bestätigung dafür, wie wertvoll Langzeitexperimente sind, die als ’stille Beobachter‘ der Natur über Jahrzehnte ablaufende Vorgänge in unseren Böden dokumentieren und uns damit derart tiefe Einblicke ermöglichen“, ergänzt Erich Poetsch, Projektpartner an der Versuchsanstalt Raumberg-Gumpenstein.