Bei der Wintertagung des wissenschaftlichen Gemeinschaftsprojekts TransPlant auf Haus Riswick in Kleve, zu der die Landwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen am 11. Februar gemeinsam mit der Hochschule Rhein-Waal eingeladen hatte, tauschten sich Grundlagenforscher und Landwirte zum Themenkomplex Pflanzen-Mikroben-Interaktionen und Biostimulanzien aus.

© "Meike Siebel, LWK NRW

Das Angebot an Pflanzenstärkungsmitteln und Biostimulanzien ist groß, da fällt die Auswahl nicht immer leicht. Wertvoll ist es, wenn Praktiker und Forscher immer besser verstehen, was im Boden tatsächlich abläuft, um noch gezielter agieren zu können. „Biostimulanzien und Mikroben: Vom Wirkmechanismus zur integrierten Praxisanwendung - Was wirkt wirklich auf dem Acker?“ hatte Dr. Markus Weinmann, LUFA Speyer, seinen Vortrag überschrieben. Der Pionier der Bioeffektorenforschung bringt viele Erfahrungen aus seiner Zeit im Fachgebiet Pflanzenphysiologie der Universität Hohenheim mit, wo er sich vor allem mit Rhizosphärenforschung beschäftigt hat. In der Rhizosphäre, dem unmittelbar durch eine lebende Pflanzenwurzel beeinflussten Bodenraum, interagieren Pflanzen, Boden und Mikroorganismen. Dies sei eine Schlüsselzone, um viele aktuelle Probleme in der Landwirtschaft zu lösen: die Schlüssel für Nährstoffeffizienz, für Pathogentoleranz und für hohe Produktivität.

Mikrobielle Biostimulanzien haben laut Weinmann Potenziale für verbesserte Bodenfruchtbarkeit und Nährstoffverfügbarkeit, für Pflanzenwachstum und Stressresilienz sowie für die Bodengesundheit und das mikrobielle Gleichgewicht. Somit können sie dazu beitragen, dass weniger mineralische Düngemittel und weniger chemische Pflanzenschutzmittel benötigt werden. Überdies können sie die Pflanzen bei Klimastress, wie Hitze, Dürre oder Salzstress, unterstützen. Mikroorganismen könnten also eine große Rolle dabei spielen, die von der EU im Green Deal angestrebten Ziele der Wiederherstellung degradierter Böden zu erreichen. Diese Degradation bedeute einen Verlust biologischer Funktionen, was auf intensive Landwirtschaft zurückgeführt werde.

Schwierige Zulassungssituation

Wenn es um den Einsatz biologischer Präparate im Pflanzenbau gehe, sei allerdings nicht nur deren Wirksamkeit entscheidend, sondern auch die Gesetzeslage. Letztere bezeichnete der Referent als „wichtigen Hemmfaktor für die effektive Innovation biologischer Alternativen.“ Seit der Revision des deutschen Pflanzenschutzgesetzes 2012 dürfen „Pflanzenstärkungsmittel“ nur eine indirekte Stärkung bewirken. Sobald ein Stoff, einschließlich Mikroorganismen, die Pflanze direkt vor Pathogenen schützen kann, ist er als „Pflanzenschutzmittel“ anzusehen und muss damit den aufwendigen Weg der Zulassung von Pflanzenschutzmitteln durchlaufen, was für die oft mittelständischen Hersteller innovativer biologischer Produkte in der Regel zu teuer ist. 

Nach intensiver Lobbyarbeit des European Biostimulants Industry Council wurde 2019 in der EU für Düngeprodukte festgelegt, dass „Pflanzen-Biostimulanzien“ als Düngemittel einzuordnen sind, wenn sie unter anderem die Toleranz der Pflanze gegenüber abiotischem Stress verbessern - direkt gegen Pathogene wirken dürfen sie allerdings nicht, und das darf auch nicht beworben werden. „Von der Natur der Sache her ist es aber gerade im Bereich der Mikroorganismen in der Wissenschaft sehr gut belegt, dass viele der eingesetzten Mikroorganismen auch das Potenzial haben, die Pflanze vor anderen Mikroorganismen durch direkten Antagonismus oder auch durch induzierte Resistenz zu schützen“, so Dr. Weinmann. Zumindest gebe es in der EU Regulation 2019/1009 für Düngeprodukte den Anhang CMC 7 mit vier erlaubten mikrobiellen Biostimulanzien: Azotobacter spp., Mykorrhizapilze, Rhizobium spp. und Azospirillum spp. Diese können die N- und P-Versorgung der Pflanzen verbessern, außerdem seien Nebenwirkungen gegen Schaderreger an Pflanzen bekannt.

Überbegriff Bio-Effektoren

Die Abgrenzung der Produkte als Bio-Dünger, Bio-Pestizide oder Bio-Stimulanzien ist je nach aktivem Wirkstoff nicht unbedingt eindeutig, zumal im Wurzelraum viele Faktoren zusammenspielen; so genannte PGPRs - das Pflanzenwachstum fördernde Wurzelraumbakterien - passten beispielsweise in jede der drei Kategorien. Als übergeordneter Begriff wird daher von Bio-Effektoren gesprochen. Diese biologischen Wirkstoffe wirken durch die Implementierung oder Aktivierung biologischer Prozesse, die in der Interaktion von Boden, Pflanze und Mikroorganismen stattfinden, und nicht durch den direkten Eintrag von Nährstoffen oder Toxinen im Sinne von Pflanzenschutzmitteln.

Mäßige Erfolge in der Praxis

Die Wirkungen mikrobieller Agenzien seien häufig im Laborversuch belegt, so Dr. Weinmann; sie in die Praxis zu transferieren sei oft deutlich schwieriger, weil dann noch viele andere Faktoren hinzukommen. Umfassende Feldversuche, beispielsweise in Mais, hätten keine eindeutigen Effekte von Biostimulanzien nachweisen können. Demnach bestimmten Boden, Witterung, Genotyp und Management den Ertrag stärker als der Einsatz einzelner Biostimulanzien-Produkte. Nun frage man sich, welche Faktoren das Wirksamwerden von Bio-Effektoren unter Feldbedingungen erschweren. Denn im Tomatenanbau im Gewächshaus konnten deutlich positive Wirkungen erzielt werden. Offenbar gelingt die Etablierung der als Biostimulans eingebrachten Mikroorganismen unter den kontrollierten Bedingungen des Gewächshausanbaus in Töpfen mit Substrat deutlich effektiver als im Freiland im gewachsenen Boden.

Ein weiteres Phänomen im Feld

Selbst bei erfolgreicher Inokulation mit großen Mengen an Mikroorganismen - hier im Versuch Bacillus amyloliquefaciens in Mais - sinke nach wenigen Wochen die Besiedelungsdichte in der Rhizosphäre wieder auf das Ausgangsniveau. Das heiße aber noch lange nicht, dass diese Bacillus-Applikation während dieser Zeit nicht wesentliche Änderungen in der Boden- und Wurzelmikrobiologie induzieren konnte. Das Mikrobiom in der Rhizosphäre veränderte sich durchaus zum Positiven und die Bakterien wirkten als Helfer der Mykorrhiza. Außerdem erhöhte sich die Diversität endophytischer Wurzelbakterien. Diese Effekte würden durchaus fortbestehen, auch wenn der ursprünglich verabreichte Bakterienstamm nicht mehr nachweisbar sei.

Forschung entsprechend ausrichten

Basierend auf diesen Erfahrungen müsste die Forschung darauf ausgerichtet werden, so der Experte, auch unter Feldbedingungen bessere Erfolge mit Mikroorganismen zu erzielen. Hier kommt die Grundlagenforschung ins Spiel: Die Wirkungsweisen im System Pflanze-Boden-Mikroorganismen müssten noch besser verstanden werden. Darüber hinaus müssten agronomische Strategien integriert werden, die Rhizosphärenprozesse und Bodenbiodiversität sowie innovative Anbauverfahren berücksichtigen. „Es geht um das Management von Anbausystemen: Selbst bei der Applikation großer Mengen von Mikroorganismen müssen wir uns immer bewusst sein, dass das im Verhältnis dazu, was im Boden bereits an Mikroorganismen enthalten ist, nur ein Tropfen auf den heißen Stein sein kann. Deswegen ist es sehr viel aussichtsreicher, wenn wir in Zukunft besser verstehen, wie wir die gesamten Anbausysteme so ausrichten können, dass sie eine bessere Etablierung einer nützlichen Mikroflora im Boden und in der Rhizosphäre unterstützen.“

Erste Versuche mit der Blattapplikation endophytischer Bakterien in Winterweizen, die Luftstickstoff binden können, zeigten, dass bei Applikation des Methylobacterium symbioticum ein Drittel des nötigen N-Düngers eingespart und gleich hohe Erträge wie bei voller Düngermenge ohne Mikroorganismen erzielt werden konnten. „Möglicherweise ist der Effekt aber auf die ohnehin gute N-Versorgung der Böden zurückzuführen und weniger auf den Einfluss der Mikroben“, gab Dr. Konrad Egenolf, Bodenkundler der Landwirtschaftskammer NRW, zu bedenken. 

Umfangreiche Feldversuche mit Getreide, Kartoffeln und Zuckerrüben in mehreren Bundesländern, wie Dr. Weinmann fortfuhr, hätten bei unterschiedlichen Düngungsintensitäten nur in Einzelfällen signifikant positive Wachstumseffekte durch Applikation dieser endophytischen Stickstofffixierer erkennen lassen. So seien die Biostimulanzien in Misskredit geraten. Rolf Allner, engagierter Wissenschaftler von der Firma Trialtec, stellte sich diesem Pessimismus entgegen. In seinen Feldversuchen zeigte sich, dass sich die stickstoffbindenden Mikroorganismen von den Parzellen, in denen sie appliziert wurden, auf die Nachbarparzellen ausgebreitet haben. In solchen Fällen kann dann auch die unbehandelte Kontrolle, gegenüber der die Effekte der Biostimulanzien vergleichend geprüft wurden, beeinflusst sein, was die Prüfung solcher Produkte im Exaktversuchswesen vor neue Herausforderungen stellt. In einem weiteren Folgeversuch sorgte Allner dafür, dass die Parzellen alle in sich abgeschlossen waren, die applizierten Mikroorganismen also nicht wandern konnten. Nun konnten doch deutliche Ertragsunterschiede festgestellt werden. 

Positive Effekte in Tomaten

In Tomatenkulturen konnte nachgewiesen werden, dass eine Kombination aus dem Nutzbakterium Pseudomonas proradix und arbuskulären Mykorrhizapilzen das Wachstum deutlich positiver beeinflusst als nur die Applikation einer der beiden Bio-Effektoren. Überdies waren Tomaten bei der im Versuch künstlich herbei geführten Fusarium-Infektion mit der Kombination deutlich besser geschützt als ohne oder nur mit einem der beiden Produkte. Es besteht also eine synergistische Wirkung von nützlichen Pseudomonaden und Mykorrhiza. Pseudomonas proradix wirkte dabei sowohl direkt gegen Fusarium wie auch als Helfer der Mykorrhiza. 

Vielfalt anstreben

Dr. Weinheimer fasste seine Erkenntnisse zusammen: „Effektives Screening kann zu besseren Ergebnissen unter Feldbedingungen beitragen. Ein entscheidender Faktor für die Wirkung von mikrobiellen Bio-Effektoren sind Bedingungen, die eine intensive Wurzelbesiedelung ermöglichen. Darüber hinaus gibt es sehr starke Wechselwirkungen mit anderen Bodenfaktoren, wie beispielsweise die Nährstoffverfügbarkeit. Hohe Biodiversität in Böden mit einer Vielzahl von nützlichen Lebewesen ist ein wichtiger Faktor für die Resilienz von Anbausystemen gegen abiotische wie auch biotische Stressfaktoren. Mikrobielle Wirkung entsteht in den meisten Fällen nicht durch Einzelkomponenten, sondern entfaltet sich im System Boden-Pflanze-Mikroorganismen, was bedeutet, dass wir durch angepasste Düngestrategien oder geeignete Formulierung von Mikroorganismenprodukten ihrer Etablierung an der Wurzel unterstützen und so zu besseren Effekten unter Feldbedingungen kommen können. Das fordert aber ein Umdenken und neue Managementansätze.“

Agronomisches System Management

Alles, was zur Bodengesundheit und zur Nährstoffverfügbarkeit beiträgt, fördert auch das Wirksamwerden der Bio-Effektoren: Bei der Bodenbearbeitung gelte es unter anderem, Verdichtungen zu vermeiden und eine effektive Durchwurzelung zu fördern. Allerdings sei es sehr individuell zu entscheiden, ob auf den Pflug verzichtet werden könne: „Standort und Klima bestimmen, was effizient ist, um Wasserhaushalt, Bodenbiologie und Kulturleistung zu optimieren!“ Eine ausgewogene Fruchtfolge mit vielfältigen Zwischenfrüchten, insbesondere Leguminosen, verbessere die Nährstoffeffizienz und könne Nitratauswaschung reduzieren. Die Zufuhr organischer Substanz baut Humus als Nährstoffspeicher und -puffer auf und begünstigt unter anderem das C:N-Verhältnis. Hohe Regenwurmpopulationen, die durch Zwischenfruchtanbau gefördert werden, fördern ihrerseits durch ihre Gänge die Durchlüftung und Wasserinfiltration und begünstigen das Wurzelwachstum. Bei all dem sei auf einen ausgewogenen pH-Wert zu achten und bei Bedarf zu kalken. 

Das Fazit von Dr. Weinmann: „Ein aktives Bodenleben fördert den Humusaufbau und schafft die Grundlage für Strukturstabilität, hohe Nährstoffeffizienz und nachhaltige Bodenfruchtbarkeit.“ 

Sabine Aldenhoff