Die Forschung liefert einen Grund, warum die Vielfalt der Pflanzenarten zu höheren landwirtschaftlichen Erträgen führt, und löst damit „ein kleines Rätsel“

A Studie Erscheinen in Naturkommunikation Basierend auf Feld- und Gewächshausexperimenten an der University of Kansas zeigt, wie eine Steigerung des landwirtschaftlichen Ertrags durch den Anbau verschiedener Nutzpflanzen statt nur einer Pflanzenart erzielt wird: Für Pflanzen schädliche Bodenpathogene haben es schwerer, zu gedeihen.

„Es wird allgemein beobachtet, dass verschiedene Pflanzengemeinschaften im Laufe der Zeit produktiver und stabiler sein können“, sagte der korrespondierende Autor James Bever, leitender Wissenschaftler beim Kansas Biological Survey & Center for Ecological Research und Foundation Distinguished Professor für Ökologie und Evolutionsbiologie an der KU. „Weideland mit zahlreichen Arten kann eine höhere Produktivität aufweisen. Der Grund dafür ist jedoch ein wenig rätselhaft.“

Während Fruchtfolge und andere landwirtschaftliche und gärtnerische Praktiken die Vorteile einer Pflanzenmischung widerspiegeln, weist die neue Forschung auf einen wichtigen Mechanismus hin, der der Beobachtung zugrunde liegt: die Anzahl der Mikroorganismen im Boden, die Pflanzen fressen.

„Verschiedene landwirtschaftliche Gemeinschaften haben das Potenzial, Krankheitserreger in Schach zu halten, was zu höheren Erträgen führt“, sagte Bever. „Was wir zeigen, ist, dass ein wesentlicher Treiber die Spezialisierung von Krankheitserregern ist, insbesondere von Krankheitserregern, die für verschiedene Pflanzenarten spezifisch sind. Diese Krankheitserreger unterdrücken die Erträge in Gemeinschaften mit geringer Diversität. Ein wesentlicher Vorteil der Weidelandvielfalt besteht darin, dass weniger Biomasse von Krankheitserregern verbraucht wird.“ Dies ermöglicht mehr Biomasse für andere Zwecke, beispielsweise für die Viehzucht. Der gleiche Prozess ist für die landwirtschaftliche Produktion von entscheidender Bedeutung.“

Die neuen Daten wurden an der University of Kansas mithilfe von Feldexperimenten an der KU Field Station sowie Gewächshausuntersuchungen und Feedback-Modellierung mithilfe von Computern entwickelt. Dieses Projekt wurde durch große Gemeinschaftszuschüsse der National Science Foundation und des US-Landwirtschaftsministeriums an KU unterstützt.

„Wir führten ein Experiment durch, bei dem wir die Anzahl der Pflanzen in einer Parzelle und die Niederschlagsmengen manipulierten – wir hatten eine bis sechs Arten auf einer Parzelle“, sagte Bever.

„Dann haben wir die Zusammensetzung des Boden-Krankheitserreger-Mikrobioms ausgewertet. Wir haben herausgefunden, dass die Variation der Krankheitserregerzusammensetzung in Monokulturen den Ertrag bei Kombination deutlich vorhersagt. Wenn es unterschiedliche Krankheitserregergemeinschaften gibt, führt deren Vermischung zu einer stärkeren Freisetzung von Krankheitserregern aus.“ Ihre Nachbarn. Das schlimmste Szenario ist, wenn eine benachbarte Kultur die gleichen Krankheitserreger aufweist. In diesem Fall kommt es zu einer doppelten Dichte – Krankheitserreger Ihrer Kultur und die Ihrer Nachbarpflanze.“

Zu Bevers Mitarbeitern an der KU gehörten die Associate Specialist Peggy Schultz sowie Haley Burrill und Laura Podzikowski, die beide an der KU promoviert haben und jetzt Postdoktoranden an der University of Oregon bzw. der KU sind. Der Hauptautor Guangzhou Wang arbeitete als Postdoktorand an der KU und ist jetzt an der China Agricultural University in Peking angegliedert, wo er dort zusammen mit den Co-Autoren Fusuo Zhang und Junling Zhang an der Untersuchung arbeitete. Zu ihnen gesellte sich Co-Autor Maarten Eppinga von der Universität Zürich, Schweiz.

Laut Bever spricht die Studie gegen die industriell-landwirtschaftliche Praxis, eine einzige Nahrungspflanze auf vielen Hektar Land anzupflanzen, die oft als „Monokultur“ bezeichnet wird.

„In Bezug auf Monokulturpraktiken scheint die Philosophie der Förderung der Pflanzenvielfalt den vorherrschenden Praktiken zu widersprechen“, sagte er.

„Monokultur – die Bepflanzung großer Flächen mit einer einzigen Kulturpflanze – wird eher von technologischen als von biologischen Gründen vorangetrieben. Praktische Aspekte des Pflanzens und Erntens haben diesen Ansatz motiviert. Die traditionelle Landwirtschaft der amerikanischen Ureinwohner und Praktiken in den Tropen beinhalten Polykulturen mit mehreren Arten.“

„In China gibt es eine Bewegung hin zur mechanisierten Polykulturproduktion, die das vorherrschende Monokulturmodell in den Vereinigten Staaten in Frage stellt. Es ist wichtig, Monokultur als Kosten-Nutzen-Modell mit erhöhtem Input zu betrachten und alternative Methoden wie Fruchtwechsel zu erkunden, um Krankheitserreger im Laufe der Zeit zu bekämpfen.“

Bever sagte, dass das Mischen von Pflanzen auf verschiedenen Parzellen für Hausgärtner und andere, die Pflanzen anbauen, von Vorteil wäre.

„Wenn Sie im Garten arbeiten, verlassen Sie sich nicht auf maschinelles Pflanzen und Ernten“, sagte er. „Es ist auf jeden Fall von Vorteil, wenn Sie Ihre Pflanzen mischen – sie also in heterogenen Mischungen auf der Parzelle anpflanzen. Der Einfachheit halber können wir abwechselnd Reihen verschiedener Pflanzen anbauen. Dadurch können Krankheitserreger besser bekämpft werden, als wenn Sie nur viele Reihen hätten.“ der gleichen Ernte nebeneinander.‘

„Wenn Sie vier getrennte Parzellen in Ihrem Garten hätten, würden Sie nicht alle Tomaten in eine und alle Kürbisse in eine andere und eine dritte mit Kräutern pflanzen wollen – Sie würden sie lieber untermischen. Sie würden Krankheitserreger reduzieren.“ indem wir das tun. Das zeigen unsere Daten.“

Abschließend sagte Bever, dass die Ergebnisse seines Teams, die zeigen, dass die biologische Vielfalt das Wachstum von Krankheitserregern verhindert, außerhalb des Pflanzenreichs nicht so eindeutig seien. Tatsächlich ist die Idee in tierischen Systemen wie der Lyme-Borreliose umstritten.

„Unser eindeutiges Ergebnis in der Pflanzenwelt steht im Gegensatz zur Komplexität dieser Literatur in der Tierwelt“, sagte er. „Im Zusammenhang mit der jüngsten Aufmerksamkeit für Krankheitserreger, wie beispielsweise bei COVID, war die Untersuchung von Krankheitserregern in der Ökologie umstritten. Der Einfluss der Vielfalt auf die Auswirkungen von Krankheitserregern, ob sie zunimmt oder abnimmt, wurde diskutiert.“

„Unsere Ergebnisse für Pflanzen deuten darauf hin, dass die Verringerung der Ausbreitung von Krankheitserregern bei erhöhter Diversität wichtiger ist als eine Zunahme. In unserer Studie wurden Krankheitserreger untersucht, darunter auch im Boden lebende. Ähnliche Muster wurden bei Blattpathogenen beobachtet, wie in beschrieben ein bevorstehender Artikel. Die Kontroverse ergibt sich aus den Unterschieden zwischen der Art und Weise, wie Krankheitserreger das Tierreich und Pflanzen beeinflussen.“