Historische Exemplare zeigen ein Jahrhundert landwirtschaftlicher Veränderungen

Welchen Effekt hatte der zunehmende Einsatz von Düngemitteln im letzten Jahrhundert auf Pflanzen? Es ist schwierig, jetzt mit diesem Forschungsprojekt zu beginnen, denn im Idealfall hätte man schon vor über einem Jahrhundert mit dem Sammeln von Proben begonnen, und es ist schwer, eine Zeitmaschine zu finden, mit der man beginnen kann. Aber es ist nicht unmöglich. Neue Forschungen von Kühn, Umazekabiri und Kollegen verwenden Belege aus Herbarien zur Rückverfolgung des Einsatzes von Düngemitteln bis ins 19. Jahrhundert.

Ein Herbarium ist ein Vorrat an katalogisiertem Pflanzengewebe, der zu Referenzzwecken aufbewahrt wird. Botaniker nehmen schon seit langer Zeit Proben, daher ist es keine Überraschung, dass Herbarien hervorragende Orte sind, um Material aus einem breiten Zeitrahmen zu untersuchen. Das Problem bei der chemischen Analyse dieser Proben besteht darin, dass der Prozess normalerweise destruktiv ist. Das bedeutet, dass Sie unersetzliches Material beschädigen und können Sie sicher sein, dass Ihre Forschungstechnik in zehn, zwanzig oder fünfzig Jahren nicht überholt sein wird?

Kühn, Umazekabiri und Kollegen haben dieses Problem gelöst, indem sie eine zerstörungsfreie Methode zur Analyse der Proben verwendeten. Sie konnten den chemischen Inhalt des Pflanzengewebes ermitteln, indem sie das von ihm reflektierte Licht untersuchten. Sie untersuchten die Pflanzen unter Licht im Bereich von 350 bis 2500 Nanometern, was gerade im Ultraviolett- und ziemlich weit im Infrarotbereich liegt. Verschiedene Nährstoffe und Verbindungen im Pflanzengewebe reflektieren Licht auf unterschiedliche Weise und erzeugen so einen spektralen Fingerabdruck der chemischen Zusammensetzung der Pflanze.

Die Analyse von 1270 Proben aus über 170 Jahren Sammlung ergab, dass der Stickstoffgehalt von Pflanzen im Laufe der Zeit deutlich zugenommen hat, was auf die zunehmende Verwendung chemischer Düngemittel im 20. Jahrhundert zurückzuführen ist. Feldpflanzen zeigten im Vergleich zu Wiesenpflanzen die schnellsten Veränderungen im Stickstoffgehalt, was damit übereinstimmt, dass die moderne Landwirtschaft für diese Veränderung verantwortlich ist. Sie stellten auch fest, dass der Kohlenstoffgehalt der Pflanzen im Laufe der Zeit abgenommen hatte. Dies könnte ein weiteres Zeichen dafür sein, dass eine erhöhte Düngung die Pflanzen zu schnelleren Wachstumsstrategien zwingt. 

Dadurch hat sich das Verhältnis von Stickstoff zu Phosphor verschoben, was ein Anzeichen für steigende Stickstoff- oder sinkende Phosphorwerte im Boden sein kann. Diese Veränderung des Gleichgewichts könnte die Zusammensetzung der Pflanzengemeinschaften verändert haben, was einige Arten begünstigt und andere schädigt. Kühn, Umazekabiri und Kollegen weisen darauf hin, dass dieses Ergebnis keine große Überraschung ist.

Eine aktuelle Studie hat ergeben, dass eine erhöhte Stickstoffdüngung im Allgemeinen im Laufe der Zeit zu einer verringerten Phosphorverfügbarkeit im Boden führt, was den Trend verschärft. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass eine erhöhte Nährstoffverfügbarkeit im Boden vor allem die Häufigkeit spezialisierter, kleinräumiger Arten negativ beeinflusst, was eine Verbindung zum umfassenderen Thema des biologischen Naturschutzes herstellt. Da klassische Überwachungen und damit verbundene Studien von Pflanzengemeinschaften und -merkmalen selten länger als einige Jahrzehnte dauern, sind die Beweise für langfristige Trends bei der Nährstoffbegrenzung jedoch begrenzt.

Dieser Artikel ergänzt die anderen aktuellen Studien um ein tieferes historisches Verständnis. Die Forschung verknüpft Veränderungen in der Pflanzenchemie mit historischen Aufzeichnungen über Düngemittelanwendungen und korreliert die pro Jahr ausgebrachte Düngemenge mit dem Nährstoffgehalt der Blätter. Dank der neuen Methoden von Kühn, Umazekabiri und Kollegen sind diese historischen Aufzeichnungen nicht beschädigt worden, sodass die Möglichkeit weiterer Erkenntnisse in der Zukunft besteht.

Kühn, P., Umazekabiri, R., Römermann, C., Bruelheide, H., & Wesche, K. 2025. Nitrogen content of herbarium specimens from arable fields and mesic meadows reflect the intensifying agricultural management during the 20th century. Journal of Ecology. https://doi.org/10.1111/1365-2745.14474 

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Titelbild: canva.