Synthetische Stickstoffdünger (N) haben die Verfügbarkeit dieses äußerst wichtigen Pflanzennährstoffs in landwirtschaftlichen Systemen grundlegend verändert und organische Quellen wie Kompost und Deckfrüchte ersetzt. Die Ausbringung von anorganischem Stickstoff hat sich seit der Einführung synthetischer Düngemittel von 40 kg ha mehr als vervierzigfacht-1 1940 auf 90 kg ha-1 im Jahr 2015. Jahrzehntelange Pflanzenzüchtung hat Maissorten geschaffen, die unter synthetischer Stickstoffdüngung hochproduktiv sind, aber potenzielle Kompromisse für die Aufnahme von organischem Stickstoff bleiben unklar. Es wird angenommen, dass diese gezielte Züchtung die funktionellen Wurzeleigenschaften von Mais und die vorteilhaften Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und Bodenmikroorganismen verändert haben könnte, wodurch ihre Fähigkeit, organischen N zu gewinnen, behindert wird.

Ein Maiskeimling, der in einer Rhizobox wächst
Ein Maiskeimling, der in einer Rhizobox wächst, mit Spuren zur Darstellung von Wurzeln, einem Behandlungspflaster mit organischem Stickstoff und einem Kontrollpflaster. Wurzelproliferation, Wechselwirkungen in der Rhizosphäre, die Stickstoffumwandlungen regulieren, und Aufnahme von organischem Stickstoff wurden in einem Panel von Maisgenotypen gemessen, das die Einführung synthetischer Stickstoffdünger umfasste. Bildnachweis: JE Schmidt.

In ihrer neuen Studie veröffentlicht in AoBP, Schmidt et al. untersuchen, wie sich die Anpassung an anorganisches N auf die Transformation der Rhizosphäre und die Aufnahme von organischem N durch Pflanzen ausgewirkt haben könnte. Sie bauten drei vor 1942 und drei nach 1942 eingeführte Maissorten in Rhizoboxen an und maßen die morphologische Plastizität der Wurzel, die extrazelluläre Enzymaktivität, mikrobielle Gene im Zusammenhang mit dem anorganischen N-Kreislauf und der Aufnahme von organischem N (aus einer isotopenmarkierten Quelle). Sie fanden minimale Auswirkungen der modernen Züchtung auf Maiswurzelmerkmale, Wechselwirkungen zwischen Wurzeln und assoziierten Mikroorganismen, die den Abbau und die Umwandlung von organischem Material regulieren, und die Aufnahme von organischem Stickstoff aus Zwischenfrüchten. Dies deutet darauf hin, dass die landwirtschaftliche Intensivierung den N-Kreislauf und die Aufnahme aus organischen Quellen durch modernen Mais und sein Rhizobiom nicht beeinträchtigt zu haben scheint. Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass ein verbessertes Verständnis der Prozesse in der Rhizosphäre und ihrer Reaktion auf Selektionsdruck einen großen Beitrag zum Engineering der Rhizosphäre für eine nachhaltige Landwirtschaft leisten wird.

Forscher-Highlight

Jennifer Schmidt hat kürzlich ihre Promotion an der University of California, Davis, abgeschlossen, wo sie mit Dr. Amélie Gaudin zusammengearbeitet hat. Derzeit arbeitet sie als Postdoktorandin bei Mars, Inc. und untersucht das Mikrobiom der Kakao-Rhizosphäre. Ihr Interesse an Agrarökologie wurde schon in jungen Jahren durch das Gärtnern geweckt und durch ihre Erfahrungen auf der Pomona College Organic Farm, einem REU-Praktikum an der Kellogg Biological Station und einem Fulbright Fellowship am Forschungsinstitut für biologischen Landbau (FiBL) verstärkt.

Als Ökologin für die Rhizosphäre hat Jennifer die Wechselwirkungen zwischen Pflanze, Boden und Mikroben in Mais, Sojabohnen, Tomaten und Kakao untersucht. Sie interessiert sich dafür, wie das Verständnis von Rhizosphärenprozessen die Gestaltung von biologisch basierten Agrarökosystemen leiten kann, die eine wachsende Bevölkerung ernähren, ohne die Umweltqualität zu opfern.