Gesunder Boden ist voller Bakterien, Pilze, Viren und anderer Mikroorganismen, die dazu beitragen, Kohlenstoff zu speichern und Pflanzenkrankheiten abzuwehren.
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von Matthew Wallenstein, Colorado State University
Unsere Böden sind in Schwierigkeiten. Im vergangenen Jahrhundert haben wir sie mit Pflügen, Bodenbearbeitung und zu viel Dünger missbraucht.
Was viele als „nur Schmutz“ bezeichnen, ist eine unglaublich komplexe Mischung aus Gesteinsmineralien, pflanzlichen organischen Stoffen, gelösten Nährstoffen, Gasen und einem reichen Nahrungsnetz aus wechselwirkenden Organismen.
Durch Pflügen und Überarbeiten haben wir die Erosion auf landwirtschaftlichen Feldern um das 10- bis 100-fache erhöht. In den letzten Jahrzehnten haben wir möglicherweise etwa die Hälfte des Mutterbodens verloren, den natürliche Prozesse über Jahrtausende im US-Maisgürtel erzeugt haben.
Der Mutterboden ist reich an organischer Bodensubstanz - dunklem, schwammigem Material, das aus zersetztem Pflanzen- und Tiergewebe gebildet wird. Die organische Substanz des Bodens ist von entscheidender Bedeutung: Sie hilft dem Boden, Wasser und Nährstoffe zurückzuhalten, und unterstützt Bodenmikroben, die Nährstoffe recyceln. Der Verlust an organischer Bodensubstanz hat dazu geführt, dass viele Betriebe zunehmend auf Düngemittel, Pestizide und Herbizide angewiesen sind.
Viele neuere Forschungen haben sich darauf konzentriert, dem Boden organisches Material zuzusetzen, um es wiederherzustellen. Dies ist eine wichtige Strategie, aber ich glaube, wir sollten auch darauf abzielen, die Mikroben zu stärken, die für die Bodenbildung verantwortlich sind. Ich war Teil eines Forschungsteams, das in einer Studie aus dem Jahr 2015 nachgewiesen hat, dass durch das Hinzufügen effizienter Mikroben zu Böden der Prozentsatz an pflanzlichem Kohlenstoff, der in Boden umgewandelt wird, erhöht werden kann. Neue Forschungsergebnisse legen nahe, dass wir durch die Förderung eines effizienten und aktiven Bodenmikrobioms die Regeneration des Bodens weit über die in der Natur üblichen Raten hinaus beschleunigen können.
Mikroben erfüllen wichtige Funktionen in Nahrungsnetzen des Bodens, wie z. B. den Abbau organischer Materialien, den Nährstoffkreislauf und die Verbesserung der Bodenstruktur. Bild über USDA NRCS.
Es braucht ein Dorf, um gesunden Boden zu schaffen
Natürliche Böden sind voller Leben. Sie enthalten eine unglaubliche Vielfalt mikroskopisch kleiner Bakterien, Pilze, Viren und anderer Organismen. Eine Handvoll Erde kann Zehntausende verschiedener Arten enthalten.
Diese Mikroben interagieren eng miteinander und bilden komplexe Netzwerke. Sie kommunizieren mit chemischen Signalen. Sie arbeiten zusammen, um komplexe organische Materialien, darunter tote Pflanzen und Tiere, zu zersetzen. Sie arbeiten häufig in Teams, um biochemische Prozesse abzuschließen, beispielsweise die Umwandlung von Stickstoff aus einem Inertgas in pflanzliche Formen und die Rückführung von abgestorbenem Pflanzenmaterial in gelöste Formen.
In gesunden Böden wird die organische Substanz vor der Zersetzung in Bodenhaufen geschützt, die als Aggregate bezeichnet werden. Aber die Bodenbearbeitung zerkleinert Gesteinskörnungen, setzt deren Kohlenstoff frei und lässt Mikroben und Bodenfauna angreifen.
Bestandteile der organischen Substanz des Bodens. Bild über USDA NRCS.
Dies schafft ein vorübergehendes Fest für Bodenmikroben, aber schließlich verbrauchen sie ihre Nahrungsmittelversorgung und sterben ab. Ohne eine gesunde mikrobielle Gemeinschaft werden Nährstoffe nicht mehr recycelt, opportunistische Schädlinge können eindringen und Landwirte verlassen sich zunehmend auf Chemikalien, um biologische Bodenfunktionen zu ersetzen.
Landwirtschaftliche Böden beleben
Bodendegradation ist ein kritisches Problem, da es unsere Fähigkeit gefährdet, genügend gesunde Lebensmittel für eine wachsende menschliche Bevölkerung zu produzieren, und zum Klimawandel beiträgt. Als Reaktion darauf arbeiten große Unternehmen, gemeinnützige Organisationen, Wissenschaftler und Regierungsbehörden zusammen, um die Bodengesundheit wiederherzustellen.
Zum Beispiel arbeitet General Mills mit dem Naturschutz- und dem Bodengesundheitsinstitut zusammen, um landwirtschaftliche Praktiken zu fördern, die beginnen, Böden wieder aufzubauen.
Der erste Schritt zur Verbesserung der Bodengesundheit besteht darin, die Blutung zu stoppen. Anstatt Felder zwischen Feldfrüchten unfruchtbar zu lassen, was zur Erosion führt, pflanzen die Landwirte zunehmend Zwischenfrüchte wie Roggengras, Hafer und Luzerne an. Sie ersetzen auch die intensive Bodenbearbeitung durch Direktsaat, um die Zerstörung der Bodenstruktur zu verhindern.
Organische Bodensubstanz enthält über 50 Prozent Kohlenstoff. Weltweit enthalten Böden mehr Kohlenstoff als Pflanzen und die Atmosphäre zusammen. Der Verlust von kohlenstoffreicher organischer Substanz aus dem Boden setzt Kohlendioxid frei, ein Treibhausgas, das die Klimaerwärmung beschleunigen kann. Durch die Regeneration unserer Böden können wir jedoch mehr Kohlenstoff im Untergrund binden und die Klimaerwärmung verlangsamen.
Deckfrüchte schützen nicht nur den Boden, sondern entziehen der Atmosphäre während des Wachstums auch Kohlenstoff und leiten ihn in den Boden. Im Gegensatz zu Cash Crops, die geerntet und aus dem Boden entfernt werden, werden Cover Crops zersetzt und tragen zur Bodenbildung bei.
Die Erhöhung der pflanzlichen Kohlenstoffversorgung auf diese Weise ist ein wichtiger erster Schritt beim Wiederaufbau von Bodenkohlenstoff. Neue Untersuchungen deuten jedoch darauf hin, dass dies möglicherweise nicht ausreicht.
Ein neues Paradigma der Bodenbildung
Früher dachten wir, die organische Substanz des Bodens bestehe aus Pflanzenresten, die sich nur schwer abbauen ließen. Im Laufe der Zeit dachten wir, dass diese Pflanzenteilchen chemisch in so genannten Humus umgewandelt werden - dunkles, langlebiges Material, das übrig bleibt, wenn tote Pflanzen und Tiere verderben. Diese Ansicht legte nahe, dass der Schlüssel zum Bauen von Böden darin bestand, viel abgestorbenes Pflanzenmaterial in den Boden zu befördern.
In letzter Zeit haben jedoch technologische Fortschritte unser Verständnis der Bodenbildung verändert. Es gibt jetzt starke Beweise dafür, dass die persistentesten Formen von Bodenkohlenstoff hauptsächlich aus toten mikrobiellen Körpern und nicht aus Pflanzenresten gebildet werden. Die überwiegende Mehrheit des alten Bodenkohlenstoffs scheint mikrobiell zersetzt worden zu sein. Während Pflanzen die ursprüngliche Kohlenstoffquelle für Böden sind, kontrollieren Mikroben ihr Schicksal, indem sie sie als Nahrung verwenden, um sicherzustellen, dass zumindest ein Teil davon im Boden verbleibt.
Der Farmer Gabe Brown aus North Dakota beschreibt Möglichkeiten zur Verbesserung der Bodengesundheit, einschließlich der Nutzung mikrobieller Maßnahmen.
Fütterung des Bodens durch Fütterung von Mikroben
Mikroben können eine einfache Verbindung wie Zucker aufnehmen und in Tausende komplexer Moleküle umwandeln, die in Böden vorkommen. Wenn Mikroben pflanzliche Stoffe abbauen, verwenden sie einen Teil des von ihnen verbrauchten Materials, um neue Biomasse aufzubauen - das heißt, um ihr eigenes Wachstum zu befeuern - und atmen den Rest als Kohlendioxid aus. Die Effizienz, mit der sie neue Biomasse erzeugen, ist sehr unterschiedlich. Einige Mikroben sind wie Unkräuter: Sie wachsen schnell in lebensmittelreichen Umgebungen, sind jedoch schlampige Esser und verschwenden viel von dem, was sie verbrauchen. Andere sind langsamwüchsig, aber robust, verschwenden wenig und überleben Zeiten des Hungers oder des Stresses.
Um den Anteil des pflanzlichen Kohlenstoffs, der in organische Bodensubstanz umgewandelt wird, zu maximieren, sollten wir das Ziel verfolgen, Bodenmikrobiome zu unterstützen und zu verbessern, die abgestorbene Pflanzenmaterialien schnell und effizient in organische Bodensubstanz umwandeln. Gesunde Böden sollten auch Mikrobiome enthalten, die helfen, Krankheiten vorzubeugen, Nährstoffe zu zirkulieren und Pflanzenstress zu reduzieren.
Matthew Wallenstein, außerordentlicher Professor und Direktor, Innovationszentrum für nachhaltige Landwirtschaft, Colorado State University
Dieser Artikel wurde ursprünglich auf The Conversation veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.