Neue Wege. Ein Forscherteam, koordiniert vom VIME-Zentrum der Uni Wien, präsentiert eine Methode, um die Stickstoffdüngung zu verbessern und gleichzeitig klimaschädliche Stickstoffoxid-Emissionen zu verringern.
Stickstoffoxid ist ein starkes Treibhausgas. Sein globales Erwärmungspotenzial kann laut Forschern bis zu 300-mal so hoch sein wie das von CO2. Weltweit stammt mehr als die Hälfte der Menschen gemachten Stickstoffoxidemissionen aus der Landwirtschaft. Eine Verringerung des eingesetzten Stickstoffdüngers und eine Verbesserung der Stickstoffnutzungseffizienz von Kulturpflanzen sind daher zentrale Aspekte des Umwelt- und Klimaschutzes, heißt es bei der Uni Wien.
Ein internationales Forscherteam, koordiniert vom Wiener Metabolomics Zentrum (VIME) der Uni Wien, präsentierte in diesem Zusammenhang nun im Fachmagazin Trends in Plant Science eine Methode, mit dem die Effizienz von Stickstoffdüngung erhöht und dabei die Emission von Stickstoffoxid verringert werden kann.
Hauptziel der neuen Studie ist es, Landwirten eine bessere wirtschaftliche Alternative zu bieten, bei der sie biologische Hemmstoffe anstelle von umweltschädlichen, chemischen Düngemitteln verwenden können. Ein wichtiger Aspekt ist dabei, das Wurzel-Boden-Mikrobiom-Ökosystem besser zu verstehen und technologische Plattformen zu entwickeln, mit denen man ein Gleichgewicht zwischen Wurzel und Boden für eine nachhaltige Landwirtschaft nutzen kann.
Mikroorganismen im Boden produzieren Treibhausgase
Hintergrund der Studie ist ein Prozess beim Pflanzenanbau, durch den das schädliche Treibhausgas entsteht, die sogenannte „Nitrifikation“. Dabei wandeln Mikroorganismen im Boden den Stickstoffdünger in Stickstoffoxid und andere Stoffe um. Um dem entgegenzuwirken werden in der Landwirtschaft Nitrifikationsinhibitoren eingesetzt, die die Nitrifikation des stickstoffhaltigen Düngers verlangsamen können.
Diese Inhibitoren werden vom Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) als Mittel zur Eindämmung des Klimawandels empfohlen und bereits in der Landwirtschaft eingesetzt. Laut den Forschern der Uni Wien können diese aber auch Nachteile haben, wie schlechte Effizienz oder, dass sie nicht biologisch abbaubar und toxisch für die Umwelt sein können. Es gibt aber auch natürlich vorkommende, biologische Nitrifikationsinhibitoren: So sollen Pflanzenwurzeln ähnlich wirkende Verbindungen ausscheiden, die eine hemmende Wirkung auf die nitrifizierenden Mikroorganismen im Boden haben.
Neuer Ansatz bei natürlichen Nitrifikationsinhibitoren
Das VIME stellte nun mit Beteiligung des Japan International Research Center for Agricultural Sciences (JIRCAS) einen neuen Ansatz vor, mit dem man die natürliche Verlangsamung des Nitrifikationsprozesses besser verstehen könne. Der Systembiologe und Ökologe Wolfram Weckwerth, Direktor des VIME und Leitautor der Studie: „Mit einem neuen und ganzheitlichen methodologischem Ansatz schlagen wir ein neues Kapitel im Verständnis der Wechselwirkung zwischen Wurzelbotenstoffen der Pflanzen und den nitrifikationshemmenden Mikroorganismen im Boden auf und können vor allem Pflanzen, die diesen Prozess effizient ausführen, leichter identifizieren. Idealerwiese liefern diese Nutzpflanzen dann nicht nur unsere Grundnahrungsmittel, sondern können die negative Klimagasbilanz der Landwirtschaft deutlich verbessern.“
Arindam Ghatak, ebenfalls Ökologe an der Uni Wien und einer der Hauptautoren der Studie: „Dabei ist es wichtig, die von den Pflanzenwurzeln freigesetzten Botenstoffe zu charakterisieren und die Interaktion mit den Bodenorganismen zu entschlüsseln. Mit Hilfe von komplexen Metabolomics-Analyseplattformen können wir die Botenstoffe der Wurzeln testen und damit ihr Potenzial, den Nitrifikationsprozess zu hemmen oder zu verhindern. Damit wird ein komplexer Prozess durch OMICS-Technologien, wie Proteomics und Metabolomics, analysiert und Komponenten identifiziert, die eine biologische Nitrifikationshemmung auslösen können.“
