Die Rhizosphäre im Fokus zukunftsfähiger Anbausysteme - Wissenschaftsjahr 2020 - Bioökonomie

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16.04.2020

Die Rhizosphäre im Fokus zukunftsfähiger Anbausysteme

Kurz & Knapp
  • Die Rhizosphäre ist der Bereich des Bodens, der durch die Aktivität der Pflanzenwurzel beeinflusst wird.
  • Interaktionen zwischen Wurzeln, Mikroorganismen und Böden sind entscheidend für die Nährstoff- und Wasseraneignung und die Trockentoleranz von Nutzpflanzen.
  • Die Rhizosphäre ist somit der Schlüssel für eine erhöhte Anpassungs- und Widerstandsfähigkeit unserer Agrarökosysteme gegenüber dem Klimawandel.

Wurzeln erschließen den Boden, um an Wasser und Nährstoffe zu gelangen

Ein Beitrag von Jun.-Prof. Dr. Johanna Pausch, Universität Bayreuth

Die Bodenressourcen (Wasser und Nährstoffe) sind oft knapp, uneinheitlich verteilt und durch Bindung an die Bodenteilchen in unterschiedlichem Maße verfügbar. Infolgedessen haben Pflanzen eine Vielzahl verschiedener Strategien entwickelt, um die begrenzten Ressourcen der Böden zu erschließen und zu nutzen. So bilden sie tiefreichende Wurzeln aus, um an Ressourcen im Unterboden zu gelangen. Sie vergrößern die Oberfläche ihres Wurzelwerks z. B. durch Wurzelhaarbildung, um die Kontaktfläche zum umgebenden Erdreich zu erhöhen und sie leben in Symbiosen mit Pilzen, die Nährstoffe liefern, oder mit Bakterien, die Stickstoff aus der Luft binden können.

Pflanzen sind jedoch nicht nur passive Empfänger von Nährstoffen, sondern beeinflussen deren Verfügbarkeit im Boden auch direkt. Durch die Abgabe einer Vielzahl von Stoffen über die Wurzeln (Wurzelexsudate) können z. B. Nährstoffe im Boden gelöst und in eine für Pflanzen verfügbare Form umgewandelt werden. Wurzelexsudate dienen zudem als Nahrungsquelle für Mikroorganismen. Der wurzelnahe Bereich wird dadurch zu einem Hotspot der biologischen Aktivität und der Stoffumsätze. Bei der Erschließung der Ressourcen verändern Pflanzen somit biologische, chemische und physikalische Eigenschaften der Bodenumgebung ihrer Wurzeln – der Rhizosphäre.

Köpfe des Wandels

Jun.-Prof. Johanna Pausch leitet die Arbeitsgruppe Agrarökologie an der Universität Bayreuth und ist Mitglied des Bayreuther Zentrums für Ökologie und Umweltforschung (BayCEER). Ihre Forschung befasst sich mit Umweltfragen im Zusammenhang mit der Funktion und Nutzung von Agrarökosystemen. Im Fokus stehen biogeochemische Prozesse in der Rhizosphäre von Nutzpflanzen und die daraus resultierenden ökologischen Funktionen von Agrarsystemen. Sie ist Koordinatorin des vom Bundesforschungsministeriums neu eingerichteten Verbunds „RhizoTraits“.

Die Rhizosphäre und ihre Bedeutung für die Trockenresistenz von Pflanzen

Über die letzten 50 Jahre erfolgte die Züchtung und Auswahl moderner Kulturpflanzen meist unter optimaler Wasser- und Nährstoffversorgung mit Fokus auf den Ertrag. Die Anpassungsfähigkeit der Pflanzen an geringe Nährstoffverfügbarkeit und Klimaextreme, wie z. B. Dürre, war dabei nur von untergeordneter Bedeutung.

Dadurch bedingt, können Gene verloren gegangen sein, die für die Ausbildung funktioneller Eigenschaften der Rhizosphäre (Rhizosphere traits) entscheidend sind. Funktionen, wie z. B. die Wurzelexsudation, die Bodenstrukturbildung oder die Rekrutierung von Bakterien und Pilzen, die das Pflanzenwachstum fördern, sind jedoch der Schlüssel für die Stresstoleranz der Pflanze.

Die Leistungsfähigkeit und Belastbarkeit unserer Anbausysteme stehen in engem Zusammenhang mit komplexen Vorgängen in der Rhizosphäre. Es bleibt also zu klären, ob alte Nutzpflanzensorten Informationen über spezifische Merkmale der Rhizosphäre liefern können, die eine Schlüsselrolle bei der Bewältigung von Umweltstress spielen.

Dieser Frage geht der Forschungsverbund „RhizoTraits“ nach, der im Rahmen der BMBF-Initiative „Pflanzenwurzeln und Bodenökosysteme: Bedeutung der Rhizosphäre für die Bioökonomie (Rhizo4Bio)“ gefördert wird.

Wir wollen herausfinden, ob alte Getreidesorten im Vergleich zu modernen, ertragreichen Sorten Rhizosphären-Eigenschaften aufweisen, die Ertragsverluste unter extremen klimatischen Bedingungen abmildern können. Angesichts des Klimawandels mit zunehmenden Extremereignissen, wie Dürre und Hitze (wie in Deutschland im Sommer 2018 und 2019), gewinnt die Rhizosphärenforschung an Bedeutung und leistet einen wichtigen Beitrag zu einer nachhaltigen Landwirtschaft und zur Bioökonomie.

Die hier veröffentlichten Inhalte und Meinungen der Autorinnen und Autoren entsprechen nicht notwendigerweise der Meinung des Wissenschaftsjahres 2020 – Bioökonomie.​