Forscher der Cornell University haben im Kampf gegen Unkraut auf Silage-Sojabohnen- und Maisfeldern ein ökologisches Mittel getestet: die Zugabe von Kohlenstoff zum Boden in Form von Sägemehl und Roggenheu.
Die Studie ergab, dass Sägemehl Unkraut auf Sojabohnenfeldern gut unter Kontrolle hielt, auf Maisfeldern jedoch nicht so gut. Sägemehl bietet eine umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen Methoden zur Unkrautbekämpfung wie Bodenbearbeitung und Herbiziden, von denen jede ihre eigenen Nachteile hat.
„Die Landwirte haben verschiedene Herbizide ausprobiert und die Pflanzen haben Resistenzen dagegen entwickelt, und dann haben die Landwirte nicht mehr viele Möglichkeiten“, sagte Jenny Kao-Kniffin, Professorin an der School of Integrative Plant Science Horticulture Section des College of Agriculture and Life Sciences und leitende Autorin eines Studie 2024 im Journal Unkrautwissenschaft.
Ein weiteres Problem sei, dass die Unternehmen keine neuen Herbizide entwickelten, sagte sie. Gleichzeitig bringt die Bodenbearbeitung ihre eigenen Probleme mit sich: Sie zerstört die Bodenstruktur, was zu Bodenerosion führen kann. Außerdem können Unkräuter Strategien gegen die Bodenbearbeitung entwickeln, indem sie während der gesamten Saison wachsen.
„Aber es gibt auch andere Möglichkeiten, Unkraut zu bekämpfen, die auf allgemeinen Prinzipien der Bodenbiologie basieren“, sagte Kao-Kniffin. „Die Zugabe von Kohlenstoff zum Boden löst eine Kaskade mikrobieller Prozesse aus, die sich positiv auf die Unkrautbekämpfung auswirken können, wenn sie zum richtigen Zeitpunkt angewendet wird.“
„Der Schwerpunkt lag weniger auf ökologischen Unkrautbekämpfungsmethoden als auf Bodenbearbeitung und chemischer Unkrautbekämpfung“, sagte Maria Gannett, Ph.D. ’23, die Erstautorin des Artikels, die derzeit als Dozentin für Unkrautvernichtung an der University of Massachusetts in Amherst tätig ist. „Dies war eine Strategie, bei der wir uns etwas tiefer mit den Wechselwirkungen zwischen Mikroben, Unkraut und Nutzpflanzen befassten.“
Bodenmikroorganismen sind der Schlüssel zur Unkrautbekämpfung bei der Zugabe von Kohlenstoff, denn sie fressen Kohlenstoff und nutzen ihn zum Wachsen. Dabei suchen sie auch mehr nach Stickstoff, den die Pflanzen zum Wachsen brauchen. Indem sie Stickstoff immobilisieren und von den Pflanzen fernhalten, können Mikroben zur Unkrautbekämpfung beitragen.
Im Rahmen der Studie führten die Forscher 2020 und 2021 Experimente mit unterschiedlichen Behandlungen auf Sojabohnen- und Maisfeldern durch. Dazu gehörte die Zugabe von Kohlenstoff in Form von Sägemehl oder Roggenheu sowie zwei Kontrollparzellen, bei denen die Parzellen entweder von Hand gejätet oder völlig in Ruhe gelassen wurden.
„Wir haben Auswirkungen auf die mikrobielle Gemeinschaft, die Unkrautgemeinschaft und dann auch auf das Pflanzenwachstum festgestellt“, sagte Gannett.
Wie zu erwarten war, gehörten sowohl die Unkrautbekämpfung als auch das Pflanzenwachstum auf den von Hand gejäteten Kontrollparzellen zu den besten.
„Das ist der Goldstandard“, auch wenn er für die Erzeuger nicht praktikabel sei, sagte Gannett.
Auf Sojabohnenfeldern führte die Zugabe von Sägemehl zum Boden dazu, dass fast kein Unkraut wuchs. Die Behandlung mit Sägemehl führte auch zum zweithöchsten Sojabohnenwachstum, vielleicht weil Soja seinen eigenen Stickstoff bindet.
Im Gegensatz dazu führte die Zugabe von Roggenheu zu dem stärksten Unkrautwachstum, wahrscheinlich weil das Heu seinen eigenen Stickstoff enthält. Und bis 2021 wuchsen die Sojabohnen nicht mehr so gut, da das Unkraut die Ernte offenbar verdrängt hatte.
Beim Mais hemmte die Behandlung mit Sägemehl das Wachstum von Unkraut, aber nicht ganz so drastisch wie bei den Sojabohnen. Das könnte daran liegen, dass die Forscher den Mais gedüngt haben, da Mais seinen Stickstoff nicht selbst fixieren kann; die Stickstoffzugabe könnte zu mehr Unkrautwachstum auf dem Maisfeld geführt haben als bei den Sojabohnen, sagte Gannett.
Wie auf den Sojabohnenparzellen führte die Zugabe von Roggenheu zum stärksten Unkrautwachstum auf den Maisfeldern – aber auch zum höchsten Erntewachstum – oder der höchsten Biomasse – bei Mais im Jahr 2020. Dieses Ergebnis könnte auf den Stickstoff im Roggen zurückzuführen sein, von dem Mais lebt.
In Bezug auf Mikroben führten sowohl die Behandlung mit Sägemehl als auch die mit Roggenheu zum stärksten Wachstum (gemessen an der Atmungsrate) sowohl auf Mais- als auch auf Sojabohnenfeldern.
„Landwirte können den Zeitpunkt so steuern, dass der Boden zu der Zeit, wenn die Zielunkräuter keimen, sehr kohlenstoffreich ist“, sagte Kao-Kniffin.
Zu den Co-Autoren gehören Antonio DiTomasso, Professor und Abteilungsleiter der Abteilung für Boden- und Pflanzenwissenschaften der School of Integrative Plant Science am CALS, Jed Sparks, Professor und Vorsitzender der Abteilung für Ökologie und Evolutionsbiologie am College of Arts and Sciences, und Aleah Butler-Jones, Doktorandin in der Abteilung Gartenbau der School of Integrative Plant Sciences.
Mehr Informationen:
Maria A. Gannett et al., Auswirkungen des Boden-C:N-Gehalts auf die biologische Bodengesundheit und Folgen für die Unkrautbekämpfung in Sojabohnen- und Maissystemen, Unkrautwissenschaft (2024). DOI: 10.1017/wsc.2024.17