Bodenbiodiversität und Bodenökosystemdienstleistungen in Schweizer Anbausystemen

• Forschungsstelle: AGS
• Projektnummer: 14.42.3.1
• Projekttitel Englisch: Soil biodiversity and soil ecosystem services in Swiss farming systems

Schlüsselwörter (Englisch)

Soil biodiversity, ecosystem services, plant-soil interactions, mycorrhiza, sustainability, resilience

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Der Boden bildet eine wichtige Grundlage der landwirtschaftlichen Produktion. Für eine schonende Nutzung der natürlichen Ressourcen und für die Verbesserung von Produktionsmethoden spielen Bodenlebewesen eine Schlüsselrolle. Das Wissen darüber, wie Bodenlebewesen die wichtigsten Bodenökosystemfunktionen wie zum Beispiel Nährstoffaufnahme, Nährstoffverluste und Kohlenstoffspeicherung beeinflussen, ist noch lückenhaft. Es besteht Unklarheit bezüglich der Frage, wie man das Bodenleben optimal nutzen kann, um Agrarökosysteme nachhaltiger zu gestalten. Wir konzentrieren uns auf arbuskuläre Mykorrhizapilze, Stickstoff-fixierende Bakterien und andere pflanzenwachstumsförderende Bodenmikroorganismen. In zukünftigen Zeiten der Nährstoffknappheit wird die Bedeutung dieser Mikroorganismen stark steigen, da sie Pflanzen helfen, Nährstoffe effizient aus dem Boden aufzunehmen. In diesem Tätigkeitsfeld werden deshalb die folgenden Hauptthemen untersucht:
I.    Wie werden nützliche Bodenlebewesen und Bodenökosystemdienstleistungen durch unterschiedliche Anbausysteme und Techniken (biologischer versus nicht-biologischer  Anbau, Pflug versus konservierende Bodenbearbeitung, Nutzung von Gründüngern) beeinflusst?
II.   Welchen Einfluss hat eine grosse Vielfalt an Bodenlebewesen (Bodenbiodiversität) auf wichtige Bodenökosystemdienstleistungen wie Ertrag, Nährstoffaufnahme, Nährstoffverluste sowie Resistenz gegen abiotischen und biotischen Stress?
III.  Kann man die Nachhaltigkeit von Agrarökosystemen mittels gezielter Stärkung der Bodenökosysteme (z.B. Impfung mit Mykorrhizapilze) und Verbesserung von Bodenökosystemfunktionen fördern?

Unsere Forschungsergebnisse zeigen Landwirten, Beratern und Entscheidungsträgern in der Politik, wie man Bodenbiodiversität fördern kann und welchen Nutzen eine grössere Bodenbiodiversität mit sich bringt. Mykorrhizapilze zum Beispiel können Pflanzen bei der Aufnahme von Nährstoffen helfen und auf diese Weise zu einer schonenderen Nutzung natürlicher Ressourcen beitragen. In unserem Langzeitversuch, in welchem wir die wichtigsten schweizerischen Anbausysteme (BIO, ÖLN, Direktsaat, konservierende Bodenbearbeitung) vergleichen, zeigen wir verschiedenen Kundengruppen (Landwirte, Berater, Gesellschaft, Entscheidungsträger in der Politik), wie sich bestimmte Anbauverfahren auf Bodenbiodiversität, Bodenfruchtbarkeit, Gehalt von Bodenkohlenstoff, Nährstoffeffizienz, Ökobilanzen, Erträge und Einkommen von Bauern auswirken. Die Wissenschaft profitiert von diesem Tätigkeitsfeld, weil unsere Forschungsarbeit zum besseren Verständnis der Bodenbiodiversität und der Rolle von Bodenlebewesen für lebenswichtige Ökosystemdienstleistungen beiträgt.

Projektziele (Deutsch)

1.   Bodenlebewesen werden genutzt, um die Nachhaltigkeit, die Nährstoffeffizienz und die Erträge in Produktionssystemen (BIO, ÖLN) zu verbessern.
2.   Anbausysteme, welche sich positiv auf nützliche Bodenlebewesen wie Mykorrhizapilze und Pflanzenwachstumförderende Bakterien auswirken, damit Nährstoffe von Pflanzen aus dem Boden effizient aufgenommen und genutzt werden, sind entwickelt.
3.   Die wichtigsten Schweizer Ackerbausysteme sind in einem Langzeitversuch erforscht. Die beiden Bewirtschaftungsformen, BIO und ÖLN, je mit den Bodenbearbeitungsverfahren Pflug oder konservierender Anbau (Direktsaat und reduzierte Bodenbearbeitung) sind in einem vergleichenden Ansatz untersucht. Bauer, Berater und Politiker sind über den Einfluss unterschiedlicher Bewirtschaftungsmassnahmen auf die Nachhaltigkeit, Erträge, Ressourceneffizienz, Wirkung auf die Biodiversität sowie das Einkommen informiert. Ausserdem ist untersucht, wie sich unterschiedliche Anbausysteme auf die Vielfalt von Organismen in der Rhizosphäre sowie im Boden auswirken.
4.   Das Wissen über die Bedeutung von Bodenbiodiversität für wichtige Ökosystemdienstleistungen wie Erträge, Bodenfruchtbarkeit, Nährstoffaufnahme, Nährstoffverluste und Nährstoffeffizienz ist erweitert.
5.   Mit der Schweizerischen Sammlung von arbuskulären Mykorrhizapilzen werden Kunden Pilzstämme zur Verfügung gestellt, welche als Pflanzenstärkungsmittel oder als Bodenbeleber eingesetzt werden können. Ausserdem wird gezeigt, unter welchen Bedingungen Mykorrhizapilze eingesetzt werden können, um Erträge zu steigern oder Boden zu stärken.

Neue Kenntnisse/Literatur (Deutsch)

Alcamo, J., et al., 2003. Millennium Ecosystem Assessment – Ecosystems and Human Well-Being: A Framework for Assessment. Island Press, Washington. 245 pp.

Bulgarelli*, D., Rott*, M., Schlaeppi*, K., Ver Loren van Themaat*, E., Ahmadinejad, N., Assenza, F., Rauf, P., Huettel, B., Reinhardt, R., Schmelzer, E., Peplies, J., Gloeckner, F. O., Amann, R., Eickhorst, T.,  Schulze-Lefert, T.,  (2012). "Revealing structure and assembly cues for Arabidopsis root-inhabiting bacterial microbiota." Nature 488: 91-95. (*these authors contributed equally to this work).

Bender,  F., Conen, F., Neftel, A., Oberholzer, H.R., Olbrecht, L., Jocher, M., Rollog, M., van der Heijden, M.G.A. (2013) Der Einfluss symbiotischer Bodenpilze auf den Stickstoffzyklus. in: Neuhoff, C. et al. (2013) Ideal und Wirklichkeit: Perspektiven ökologischer Landbewirtschaftung. Organic E-prints.

Jossi, W., Zihlmann, U., Anken, T., Dorn, B., van der Heijden, M.G.A., Tschachtli R.(2011) Reduzierte Bodenbearbeitung schont die Regenwürmer. Agrarforschung Schweiz 2, 432-439.

Oehl F, Sieverding E, Ineichen K, Mäder P, Boller T & Wiemken A (2003) Impact of land use intensity on the species diversity of arbuscular mycorrhizal fungi in agroecosystems of Central Europe. Applied Environmental Microbiology 69: 2816-2824.

Oehl, F., Jansa, J., Ineichen, K., Mäder, P., van der Heijden, M.G.A. (2011) Arbuskuläre Mykorrhizapilze als Bioindikatoren in Schweizer Landwirtschaftsböden. Agrarforschung Schweiz 2, 304-311.

van der Heijden M.G.A., Klironomos J.N., Ursic M., Moutoglis P., Streitwolf-Engel R., Boller T., Wiemken A. & Sanders I.R. (1998) Mycorrhizal fungal diversity determines plant biodiversity, ecosystem variability and productivity. Nature, 396, 72-75.

van der Heijden M.G.A., Bardgett R.D. & van Straalen N.M (2008) The unseen majority: soil microbes as drivers of plant diversity and productivity in terrestrial ecosystems. Ecology Letters, 11, 296-310.

van der Heijden, M.G.A. (2010). Mycorrhizal fungi reduce nutrient loss from model grassland ecosystems. Ecology 91: 1163-1171.

van der Heijden, M.G.A. , Wagg, C., Lukasiewicz K., Olbrecht L. (2013) Bedeutung von Mykorrhiza-Pilzen für Rotklee-Gras Mischungen. in: Neuhoff, C. et al. (2013) Ideal und Wirklichkeit: Perspektiven ökologischer Landbewirtschaftung. Organic E-prints.

Veiga R., Jansa, J.J., Frossard, E., van der Heijden, M.G.A. (2011). Can arbuscular mycorrhizal fungi suppress agricultural weeds. PLOS One 6: e27825

Verbruggen, E., Röling, W.F.M., Gamper, H., Kowalchuk, G.A., Verhoef, H.A., van der Heijden, M.G.A. (2010). Positive effects of organic farming on belowground mutualists – large scale comparison of mycorrhizal communities in agricultural soils. New Phytologist 186: 968-979

Wagg, C., Jansa, J., Stadler, M., Schmid, B., van der Heijden, M.G.A. (2011). Below ground fungal diversity drives above ground productivity. Ecology Letters 14: 1001-1009.

Wagg et al. (2013) Below ground biodiversity supports ecosystem multifunctionality (ready to submit)

Wittwer, R., Dorn, B., Jossi, W., Lips, M., Mouron, P., van der Heijden, M.G.A. (2013) Wirtschaftlichkeit von pfluglosen Anbausystemen. in: Neuhoff, C. et al. (2013) Ideal und Wirklichkeit: Perspektiven ökologischer Landbewirtschaftung. Organic E-prints.

Kunden/Berichterstattung (Deutsch)

• Produzenten/landwirtschaftliche Praxis
• Forschung, Beratung, Fachorganisationen (Swiss no-till)
• Entscheidungsträger in der Politik (BLW, Fachstellen, Bund und Kantone)
• Landwirtschaftliche und universitäre Ausbildung (ZHAW-Biologische Landwirtschaft und Hortikultur, Universität Zürich – Biologie, Universität Utrecht - Biologie), Schulung
• Industriepartner (Nützlingsproduzenten)
• Öffentlichkeit/Gesellschaft/Presse

 

• Medienmitteilungen: circa 1 pro Jahr
• Wissenschaftl. Publikationen (Peer reviewed Journals): mind. 5 pro Jahr
• Praxisorientierte Publikationen und Berichte (z.B. Agrarforschung, Schweizer Bauer): mind. 3 pro Jahr
• Vorträge/Poster: mind. 10 pro Jahr
• Lektionen (Unterricht): mind. 30 Unterrichtsstunden pro Jahr