Neue Forschung veröffentlicht In npj Nachhaltige Landwirtschaft berichtet, dass Biomasse aus dem violetten photosynthetischen Meeresbakterium Rhodovulum sulfidophilum ein ausgezeichneter Stickstoffdünger ist.
Unter der Leitung von Keiji Numata vom RIKEN Center for Sustainable Resource Science (CSRS) und der Universität Kyoto zeigt die Studie, dass diese Biomasse genauso wirksam ist wie herkömmliche anorganische synthetische Düngemittel, dabei jedoch mehrere umweltschädliche Nebenwirkungen vermeidet.
Die Steigerung der landwirtschaftlichen Erträge durch stickstoffreiche Düngemittel ist eine gängige Praxis, die sich in den kommenden Jahrzehnten voraussichtlich noch verstärken wird, da der weltweite Bedarf an Nahrungsmitteln steigt. Gleichzeitig werden die ökologisch schädlichen Nebenwirkungen der übermäßigen Verwendung herkömmlicher anorganischer Stickstoffdünger voraussichtlich in die Höhe schnellen, darunter erhebliche Treibhausgasemissionen, kontaminiertes Grundwasser und schlechte Bodenqualität.
Organische Düngemittel wie Kompost und Mist hingegen enthalten viel weniger Stickstoff und müssen daher in größeren Mengen verwendet werden, um die gleiche Wirkung auf das Pflanzenwachstum zu erzielen. Dies führt zu übermäßig salzhaltigem Boden, der giftig ist und das Pflanzenwachstum hemmt, und auf lange Sicht auch zu mehr Kohlendioxid und Lachgas-Nebenprodukten.
Das Forschungsteam für Biomakromoleküle am RIKEN CSRS hat nach einer natürlichen Stickstoffquelle gesucht, die ammoniakhaltige synthetische Düngemittel ersetzen und dazu beitragen kann, eine zukünftige Krise zu verhindern. Es ist bekannt, dass Purpurne Nichtschwefelbakterien (PNSBs) Enzyme besitzen, die ihnen helfen, Stickstoff aus der Atmosphäre aufzunehmen und in Proteine einzubauen, aber bisher hat niemand ihre Wirksamkeit als Düngemittel getestet.
Um einen PNSB-Dünger für die neue Studie herzustellen, zerkleinerte das Team das PNSB R. sulfidophilum und erzeugte getrocknete Biomasse aus dem freigesetzten Zellmaterial. Die Analyse ergab, dass der Stickstoffgehalt des PNSB-Düngers 11 Gewichtsprozent betrug, was viel höher ist als bei anderen organischen Düngemitteln, einschließlich Biomasse aus anderen Mikroben oder Mikroalgen.
Die Forscher verglichen, wie gut der japanische Senfspinat Komatsuna (Brassica rapa var. perviridis) wuchs, wenn er entweder mit anorganischen Düngemitteln oder dem neuen Biomassedünger von PNSB unterstützt wurde. Die erste wichtige Entdeckung war, dass der Senfspinat tatsächlich Stickstoff aus der getrockneten Biomasse aufnehmen konnte.
Weitere Experimente zeigten, dass der Biomassedünger das Pflanzenwachstum sowohl bei kühlen als auch bei warmen Temperaturen genauso gut förderte wie die stickstoffreichen anorganischen Düngemittel. Darüber hinaus blieben der pH-Wert und der Salzgehalt des Bodens normal, selbst wenn der Biomassedünger bis zu viermal so viel Stickstoff enthielt, ähnlich wie bei ohne Stickstoff gedüngtem Boden.
Der Biomassedünger von PNSB hat ein niedriges Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis und der Stickstoff wird im Vergleich zu anorganischen Düngemitteln relativ langsam für die Pflanzen freigegeben – etwa 60 % in 30 Tagen. Dies bedeutet zwar, dass für ein ähnliches Pflanzenwachstum doppelt so viel Biomassedünger benötigt wird, der große Vorteil liegt jedoch darin, dass die Kohlendioxid- und Lachgasemissionen geringer ausfallen und weniger Stickstoff durch Auswaschung in die Umwelt gelangt.
„Langfristig könnte dies die Landwirtschaft revolutionieren und ihre negativen Auswirkungen auf die Umwelt abmildern“, sagt Morey-Yagi, einer der Hauptautoren der Studie.
Obwohl die grundlegenden Experimente die Wirksamkeit des Biomassedüngers beweisen, betonen die Autoren, dass die Ergebnisse vorläufig sind und letztendlich auch andere Faktoren berücksichtigt werden müssen.
Numata erläutert: „Eine Lebenszyklusanalyse dieses Düngemittels wird von entscheidender Bedeutung sein, um seinen ökologischen Fußabdruck in den Phasen Produktion, Lagerung, Anwendung, Transport und Entsorgung einzuschätzen.“
Darüber hinaus muss die Skalierung des Biomasseproduktionsprozesses berücksichtigt und die Haltbarkeitsdauer festgelegt werden.
Die Forscher sind optimistisch, dass diese Herausforderungen bewältigt werden und dass ihre Entdeckung dazu beitragen wird, Düngemittel umweltfreundlicher zu machen und künftige Probleme bei der Verteilung anorganischer Düngemittel in der Lieferkette zu vermeiden.
Da der Biomassedünger unter Verwendung von Kohlendioxid und Stickstoff aus der Luft hergestellt wird, haben sie ihn „Air Fertilizer“ genannt und ihn in Japan als organisches Düngemittel als ein von Symbiobe Inc. vermarktetes Produkt registriert.
Mehr Informationen:
Shamitha Rao Morey-Yagi et al., Nutzung lysierter und getrockneter Bakterienbiomasse aus dem marinen, purpurnen Photosynthesebakterium Rhodovulum sulfidophilum als nachhaltiger Stickstoffdünger für die Pflanzenproduktion, npj Nachhaltige Landwirtschaft (2024). DOI: 10.1038/s44264-024-00018-0