Bodenmikroorganismen bekämpfen die Wüstenbildung

Wüstenbildung ist ein erhebliches Problem für trockene, halbtrockene und trockene, subfeuchte Regionen der Erde, wobei Grasland und Buschland durch das Verschwinden der Vegetation mit der Zeit zu einer vergleichsweise kargen Wüste werden. Dies stellt eine extreme Gefahr für lokale Ökosysteme sowie für Gemeinschaften dar, deren Lebensunterhalt auf diesen Gebieten beruht, da die Bodenerosion zunimmt und die Wasserspeicherung verringert wird, was zu einem Verlust an Artenvielfalt und landwirtschaftlicher Produktivität führt.

Folglich besteht ein immer dringenderer Bedarf an Managementstrategien zur Linderung der Wüstenbildung und ihrer Auswirkungen.

Ein neuer Überblick über die aktuelle Forschung zur Bekämpfung der Wüstenbildung, veröffentlicht In Geowissenschaftliche Rezensionen, hat Bodenmikroben als entscheidend für diese Mission identifiziert. Waqar Islam, außerordentlicher Professor an der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, und Kollegen erklären, wie eine vielfältige Gemeinschaft von Bakterien, Pilzen, Archaeen und anderen Mikroorganismen eine entscheidende Rolle bei der Förderung der Bodengesundheit spielt und sich letztendlich auf Ökosystemfunktionen und nachhaltige Landbewirtschaftung auswirkt.

Wüstenbildung resultiert aus dem Zusammenspiel von Klimawandel und anthropogenen Aktivitäten. Zu den umweltbedingten Ursachen zählen steigende Temperaturen, veränderte Niederschlags- und Windmuster, eine Intensivierung der Sonneneinstrahlung und häufigere extreme Wetterereignisse (einschließlich Dürren und El Niño/La Niña-Zyklen). Bedauerlicherweise wird davon ausgegangen, dass sich all diese Probleme in den kommenden Jahren im Zuge des fortschreitenden Klimawandels verschärfen werden, was deutlich macht, dass die Wüstenbildung zu einem immer besorgniserregenderen Problem werden könnte.

Diese Umweltfaktoren werden durch menschliche Eingriffe in die Natur noch verschärft, etwa durch die Abholzung von Wäldern zur Gewinnung von Brennholz und die Rodung von Land für die Landwirtschaft und Urbanisierung. Durch intensives Pflanzenwachstum (insbesondere Monokulturen), den Einsatz chemischer Pestizide und Düngemittel sowie ineffiziente Bewässerungssysteme werden dem Boden Nährstoffe entzogen. Überweidung durch Nutztiere, die zu Bodenverdichtung führt und die Erosionsgefahr erhöht; Bergbau; und übermäßige Entnahme von Grundwasser, um eine wachsende Weltbevölkerung zu ernähren.

Mit zunehmender Wüstenbildung ist es wahrscheinlicher, dass wir ihre Auswirkungen mit Verlust der Artenvielfalt und Artensterben, erschöpften Bodennährstoffen, Bedrohungen der Ernährungssicherheit und Wasserversorgung, vermehrtem Auftreten von Staubstürmen (die die Luftqualität beeinträchtigen und die Gesundheit von Mensch und Tier beeinträchtigen) erleben werden Die Abwanderung von Gemeinschaften aus unwirtlichen Gebieten hat sowohl soziale als auch wirtschaftliche Folgen.

Vor diesem Hintergrund könnten winzige Mikroben, die in den Zwischenräumen zwischen Bodenpartikeln leben, eine praktikable Lösung zur Bewältigung der Wüstenbildung sein, da sie organisches Material zersetzen und den Nährstoffkreislauf in der Umwelt beeinflussen, um die Bodenfruchtbarkeit zu verbessern; Förderung der Bindung von Kohlenstoff aus der Atmosphäre durch Humusbildung (was die Nährstoff- und Wasserretention weiter verbessert); Stabilisierung des Bodens zur Bekämpfung der Erosion durch symbiotische Beziehungen mit Pflanzenwurzeln; und die Artenvielfalt unterstützen.

Im Nährstoffkreislauf haben Bodenmikroben erhebliche Auswirkungen auf die Verfügbarkeit von Stickstoff und Phosphor, um die Pflanzenproduktivität zu unterstützen, selbst in nährstoffarmen Böden.

Stickstofffixierende Bodenbakterien (wie Rhizobium und Bradyrhizobium) wandeln Luftstickstoff in Ammoniak um, das von Pflanzen als Ammoniumionen aufgenommen wird. Erbsen, Bohnen und andere Hülsenfrüchte gehen in ihren Wurzelsystemen symbiotische Beziehungen mit stickstofffixierenden Bakterien ein und können daher wichtige Nutzpflanzen für den Anbau in trockenen Regionen sein. Darüber hinaus können symbiotische Pilze ihre Hyphennetzwerke tiefer in den Boden hinein ausdehnen und so die Nährstoff- und Wasserverfügbarkeit für Wurzelsysteme erhöhen, um das Wachstum zu fördern.

Dieselben Mykorrhizapilze transportieren organische Kohlenstoffverbindungen von Pflanzen in den Boden, wo sie als Glykoprotein namens Glomalin sowie durch Humusbildung gebunden werden können. Glomalin hat den zusätzlichen Vorteil, dass es Bodenpartikel zusammenbindet und so die Stabilität gegen Erosion erhöht.

Die Forschung untersucht außerdem, wie der strategische Einsatz von Bodenmikroben in zahlreichen Regionen auf der ganzen Welt messbare Auswirkungen auf die Linderung der Wüstenbildung hatte. Dazu gehört auch ihr Einsatz bei der Sanierung von Bergbaustandorten wie dem Aravalli-Gebirge in Indien, um die Etablierung von Pionierarten zu fördern, die ein späteres Vegetationswachstum ermöglichen, sowie von metallresistenten Bakterien, die Schwermetallverunreinigungen des Landes entgiften können.

Darüber hinaus wurde Chinas Lössplateau in den 1990er Jahren zum Ziel des Bewirtschaftungsplans „Grain for Green“ der Regierung, um die durch Entwaldung und Überweidung verursachte Wüstenbildung zu bekämpfen, indem die Aufforstung und die Wiederherstellung von Grünland durch den Einsatz von arbuskulären Mykorrhizapilzen, Rhizobiumbakterien, Actinobakterien und Stickstoff gefördert wurden -fixierende Bakterien. Infolgedessen verzeichneten die Landwirte höhere Ernteerträge und ein höheres Einkommen.

Für die halbtrockene Sahelzone an der Grenze zur Sahara zielt das afrikanische Projekt „Great Green Wall“ darauf ab, Ernährungsunsicherheit, Armut und Migration aufgrund von Landdegradation zu bekämpfen. Hier wurde durch Aufforstung ein Mikroklima geschaffen, das die mikrobielle Aktivität des Bodens durch arbuskuläre Mykorrhizapilze, Endomykorrhizapilze und Rhizobiumbakterien begünstigt und so die allgemeine Bodengesundheit verbessert hat. Solche Projekte hängen vom Engagement der Gemeinschaft ab und machen dies zu einem wichtigen Bestandteil der Planung des Wüstenbekämpfungsmanagements.

Die Bewirtschaftung städtischer Wüstengebiete, beispielsweise im Südwesten der USA, erfordert die Schaffung von Mikroräumen für die Vegetation, wie Gründächer und Gemeinschaftsgärten, sowie das Pflanzen von Bäumen. Auch beim Oasenprojekt Al Ain in der Wüste der Vereinigten Arabischen Emirate konnte durch den gezielten Einsatz von Bodenmikroben eine Verbesserung der Wasserretention im Boden festgestellt werden.

Die Diversifizierung der mikrobiellen Gemeinschaften in einem bestimmten Bodenbereich erhöht die Wahrscheinlichkeit, Umweltstressoren wie Dürre und Krankheitserreger zu überwinden, und unterstützt somit die Widerstandsfähigkeit der Umwelt gegen Wüstenbildung. Es ist jedoch unerlässlich, die eingesetzten Mikroben an den jeweiligen Standort anzupassen, da die mikrobiellen Gemeinschaften in unterschiedlichen Bodentypen und Klimazonen sowie in ihren Wechselwirkungen mit den einheimischen Bodenmikroorganismen uneinheitlich reagieren können.

Während der Erfolg des Einsatzes von Bodenmikroben zur Wüstenbildung kurzfristig bekannt ist, sind weitere Arbeiten erforderlich, um ihre Nachhaltigkeit über längere Zeiträume zu bestimmen.

Die Bedeutung dieser Forschung liegt in der Fähigkeit von Bodenmikroben, den Stress der Wüstenbildung zu lindern, der nicht nur lokale Gemeinschaften betrifft, sondern sich im Hinblick auf die Landwirtschaft auch auf die Nahrungsmittelressourcen entlang der Lieferkette weltweit auswirken kann. Die Ergebnisse geben Anlass zur Hoffnung auf eine natürlichere und nachhaltigere Bewältigung einer der vielen Herausforderungen des Klimawandels.

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