Mechanismen der Phosphor-Akquise von Nutzpflanzen in Mischkulturen<\/p>\n
Die gr\u00f6\u00dfte Herausforderung der Landwirtschaft besteht darin, die Nahrungsmittelproduktion zu steigern und gleichzeitig Umweltbelastungen und Ressourcenverbrauch zu reduzieren. Mischkulturen, also der gleichzeitige Anbau von mindestens zwei Pflanzenarten in unmittelbarer N\u00e4he, gelten hier als vielversprechender Ansatz, da sie im Vergleich zu Monokulturen potentiell h\u00f6here Ertr\u00e4ge (Ertragssteigerungen) bei geringerem Fl\u00e4chen- und Ressourcenverbrauch (z.B. D\u00fcngemittel) erzielen. Die Ertragssteigerungen in Mischkulturen sollen aus ober- und unterirdischen interspezifischen Pflanzeninteraktionen resultieren, die die \u201e4K\u201c von Konkurrenz, Kompensation, Komplementarit\u00e4t und Kooperation (F\u00f6rderung bzw. \u201efacilitation\u201c) umfassen. Es hat sich auch gezeigt, dass Mischkulturen die N\u00e4hrstoffgehalte der Pflanzen erh\u00f6hen, obwohl die zugrunde liegenden Mechanismen der N\u00e4hrstoffakquise noch nicht vollst\u00e4ndig verstanden sind. Die vorliegende Dissertation untersuchte deshalb, wie unterirdische Mechanismen der pflanzlichen Stickstoff- (N) und insbesondere Phosphor- (P) Aneignung in Mischkulturen zu Ertragssteigerungen von Mais beitragen.<\/p>\n
Um die Auswirkungen von Mischkulturen auf Pflanzenern\u00e4hrung und -produktivit\u00e4t zu untersuchen, wurden vier Fallstudien durchgef\u00fchrt, in denen verschiedene Versuchsarten und mehrere Pflanzenkombinationen mit wahrscheinlich unterschiedlichen Mechanismen der N\u00e4hrstoffaneignung kombiniert wurden. Ein zweij\u00e4hriger Feldversuch (Studie I, mit weiteren Untersuchungen in Studie II) wurde durch drei Gew\u00e4chshausversuche erg\u00e4nzt, von denen einer mit Boden aus dem Feldversuch (d. h. mit verschiedenen N- und P-Quellen; Studie II) und zwei mit Mineralsubstrat (d. h. mit definierten N- und P-Quellen; Studien III und IV) durchgef\u00fchrt wurden. In allen Versuchen wurde Mais (Zea mays<\/em> L.) als Hauptkultur angebaut, w\u00e4hrend Ackerbohne (Vicia faba<\/em> L.), Sojabohne (Glycine max<\/em> (L.) Merr.), blaue S\u00fc\u00dflupine (Lupinus angustifolius<\/em> L.) und wei\u00dfer Senf (Sinapis alba<\/em> L.) als Nebenkulturen angebaut wurden.<\/p>\n Die Dissertation zeigte, dass Misch- gegen\u00fcber Monokulturen zu Ertragssteigerungen und erh\u00f6hten N- und P-Gehalten der Maispflanzen im Feldversuch f\u00fchrten, insbesondere in Mischkulturen mit Soja und Lupine. Geringere, aber dennoch positive Effekte auf die Maisproduktivit\u00e4t wurden auch in Mischkulturen mit Ackerbohne (bei gleichzeitiger Aussaat in 2019) und Senf festgestellt. Ertragssteigerungen wurden in Mischkulturen mit Leguminosen haupts\u00e4chlich durch unterirdische und in Mischkultur mit Senf vor allem durch oberirdische interspezifische Interaktionen verursacht. Leguminosen verbesserten die Mais-N-Aneignung in Mischkulturen durch ihre F\u00e4higkeit, atmosph\u00e4rischen N2<\/sub> symbiotisch zu fixieren, der teilweise zu den Maispflanzen transferiert wurde, was sowohl auf N-Komplementarit\u00e4t als auch auf N-F\u00f6rderung (\u201efacilitation\u201c) hindeutet. Bis zu 20% des N-Gehalts der oberirdischen Mais-Biomasse im Feldversuch stammten somit von Leguminosen. Auch Senf erh\u00f6hte die Mais-N-Aneignung in Misch- gegen\u00fcber Monokultur leicht, wahrscheinlich durch Kompensation und\/ oder Komplementarit\u00e4t.<\/p>\n Dar\u00fcber hinaus zeigte die Dissertation, dass alle Nebenkulturen generell h\u00f6here P-Gehalte (pro Pflanze) und\/oder h\u00f6here P-Konzentrationen (pro Gramm Biomasse) als Mais aufwiesen, was darauf hindeutet, dass sie P aus schwerl\u00f6slichen Quellen effektiver mobilisierten als Mais. Die drei Leguminosen zeigten hohe Phosphomonoesterase-Aktivit\u00e4ten in der Rhizosph\u00e4re und exsudierten gro\u00dfe Mengen an gel\u00f6stem organischem Kohlenstoff (DOC). Die Leguminosen exsudierten auch gro\u00dfe Mengen an Anionen organischer S\u00e4uren mit niedrigem Molekulargewicht (LMWOA) in die Rhizosph\u00e4re. Zus\u00e4tzlich senkte die Ackerbohne den pH-Wert der Rhizosph\u00e4re und Senf erh\u00f6hte ihn. Diese Ver\u00e4nderungen in der Rhizosph\u00e4re der Nebenkulturen mobilisierten wahrscheinlich P aus organischen (\u00fcber hohe Phosphomonoesterase-Aktivit\u00e4ten und eventuelle Stimulierung von Mikroorganismen durch DOC) und anorganischen P-Quellen (\u00fcber pH-\u00c4nderungen in der Rhizosph\u00e4re und hohe LMWOA-Exsudation). Die hohen Wurzell\u00e4ngen von Ackerbohne, Soja und Senf beg\u00fcnstigten wahrscheinlich die P-Aufnahme der Pflanzen, zumindest nach P-Mobilisierung. Insgesamt verwendeten die Nebenkulturen also spezies-spezifische Mechanismen der P-Mobilisierung, die mit dem P-\u201eMining\u201c (Exsudation P-mobilisierender Verbindungen), der Wurzelsuche (\u201eroot foraging\u201c) und der Stimulierung n\u00fctzlicher Mikroorganismen assoziiert werden k\u00f6nnen. In Mischkulturen waren diese Mechanismen wahrscheinlich auch f\u00fcr die P-Aneignung des Mais von Vorteil aufgrund von P-Komplementarit\u00e4t und P-F\u00f6rderung (\u201efacilitation\u201c) zwischen den Pflanzen.<\/p>\n Dar\u00fcber hinaus zeigte die Dissertation erstmals, dass eine hohe LMWOA-Konzentration in der Rhizosph\u00e4re in Mischkultur nicht nur durch eine hohe LMWOA-Freisetzung der Nebenkulturen verursacht wird, sondern auch durch eine erh\u00f6hte LMWOA-Exsudation des Mais, zumindest in Mischkultur mit Lupine. Damit stellt die Dissertation die verbreitete Ansicht in Frage, dass Leguminosen\/Getreide-Mischkulturen gegen\u00fcber Monokulturen aufgrund der hohen P-Mobilisierungskapazit\u00e4t der Leguminosen vorteilhaft sind, von der das Getreide einfach nur profitiert. Folglich liefert der Befund, dass die Anwesenheit der Lupine die Exsudation von Mais beeinflusste, neue Erkenntnisse zu den Mechanismen, die der P-Aneignung in Mischkulturen zugrunde liegen.<\/p>\n Zusammenfassend l\u00e4sst sich sagen, dass die gesteigerte Maisproduktivit\u00e4t in Mischkulturen wahrscheinlich das Ergebnis einer verringerten N- und P-Konkurrenz infolge der kombinierten Wirkung von kompensatorischen, komplement\u00e4ren und f\u00f6rderlicher Pflanzeninteraktionen war. Folglich sind Mischkulturen mit ihren positiven Auswirkungen auf Produktivit\u00e4t und N- und P-Aneignung der Pflanzen vielversprechend, um Ern\u00e4hrungssouver\u00e4nit\u00e4t zu erreichen und die Abh\u00e4ngigkeit von Industried\u00fcngern, wie denen aus begrenztem Phosphatgestein, zu verringern. Mischkulturen sollten daher als integraler Bestandteil einer gr\u00f6\u00dferen landwirtschaftlichen Transformation betrachtet werden, um k\u00fcnftige Bed\u00fcrfnisse innerhalb der planetaren Grenzen (gerecht) zu erf\u00fcllen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Mechanismen der Phosphor-Akquise von Nutzpflanzen in Mischkulturen Die gr\u00f6\u00dfte Herausforderung der Landwirtschaft besteht darin, die Nahrungsmittelproduktion zu steigern und gleichzeitig Umweltbelastungen und Ressourcenverbrauch zu reduzieren. 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