Nachhaltige Landwirtschaft durch mikrobielle Innovation
Die biologische Vielfalt im Boden ist eine verborgene Kraft unter der Erde, die für lebenswichtige Prozesse notwendig ist – vom Anbau gesunder Lebensmittel bis zum Klimaschutz. Mit den jüngsten Fortschritten in der Mikrobiologie können diese natürlichen Systeme in der Landwirtschaft besser genutzt werden. Im EU-finanzierten Projekt EXCALIBUR(öffnet in neuem Fenster) werden mikrobielle Bioprodukte entwickelt, um durch Nutzung der biologischen Vielfalt im Boden den Einsatz chemischer Mittel zu reduzieren, ohne die Pflanzenproduktivität einzuschränken. „Nach unseren Ergebnissen scheint die Nutzung der biologischen Vielfalt im Boden eine der Hauptoptionen zu sein, den Einsatz von Chemikalien in der Landwirtschaft zu reduzieren“, meint Stefano Mocali, der Projektkoordinator von EXCALIBUR. „ Mikrobielle Inokulantien(öffnet in neuem Fenster) sind wichtige Triebkräfte für die biologische Kreislaufwirtschaft in der EU, indem regenerative und resiliente Anbausysteme mit geringen Eingaben gefördert, Abfälle in Wert verwandelt und ein Beitrag zu den Klima- und Umweltzielen geleistet wird.“
Mikrobielle Lösungen für den Ernteerfolg
Der Ansatz von EXCALIBUR dreht sich um die Auswahl und Optimierung von Bodenmikroorganismen, um wirksame „mikrobielle Konsortien“ oder Gemeinschaften vielfältiger Mikroorganismen zu schaffen. Mit diesen innovativen Bioprodukten soll das Wachstum gefördert und Schädlinge bekämpft werden. Daher entwickeln die Forschende eine Formulierungsstrategie, bei der Pilzmikroorganismen in Gelpartikeln gefangen werden, die mit weiteren Bestandteilen angereichert sind. Das Ergebnis ist eine multifunktionale Bioformulierung, die unter verschiedenen Bodenbedingungen gut funktioniert. Die Feldversuche mit Tomaten, Äpfeln und Erdbeeren zeigten erstaunliche Ergebnisse. In einigen Fällen konnte der Einsatz von chemischem Dünger mit den Bioinokulantien um 30-50 % reduziert werden, ohne dass die Pflanzenleistung oder die Wirtschaftlichkeit beeinträchtigt wurden. Mit diesen mikrobiellen Lösungen konnte auch die Bodenqualität und die biologische Vielfalt deutlich verbessert werden. Die Versuche zeigen, dass die nativen Bodenmikroorganismen das Pflanzenwachstum besser unterstützen und Krankheitserreger im Boden besser bekämpfen konnten. Das war besonders deutlich, wenn die Bioinokulantien aus Mikroorganismen in Böden der gleichen geographischen Region erstellt wurden. Es sind also individuelle Strategien je nach den konkreten Bodeneigenschaften und einheimischen Mikrobiota notwendig.
Intelligente Überwachungs- und Bewertungslösungen
Damit die Bioinokulantien in der Landwirtschaft sicher und wirksam eingesetzt werden können, hat das EXCALIBUR-Team ein Erkennungsinstrument entwickelt und patentiert. Anders als bei Methoden mit Antikörpern beruht das Instrument auf Aptameren, also Einzelstrang-DNS- oder RNS-Molekülen, die mikrobielle Zielzellen mit mehr Sensitivität, erhöhter Spezifizität und geringeren Produktionskosten erkennen und binden. Mit der Technologie können Bioinokulantien in Böden schnell und kostengünstig überwacht werden, sodass sie ideal für Analysen vor Ort und übertragbar auf mobile Biosensorgeräte ist. Unter Leitung des italienischen Rats für landwirtschaftliche Forschung und Wirtschaft (CREA) wurde im Projekt auch ein Bewertungsinstrument für die Bodenqualität(öffnet in neuem Fenster) entwickelt, das auf einem anerkannten statistischen Ansatz zur Datenklassifizierung namens SIMCA(öffnet in neuem Fenster) beruht. Auf der Webplattform des CREA wird die Bodenqualität anhand von chemischen, physikalischen und biologischen Parametern geprüft, um landwirtschaftlichen Betrieben ein zugängliches Entscheidungshilfesystem zur Verfügung zu stellen, mit dem sie den Einsatz von Bioinokulantien optimieren können.
Den Wandel der europäischen Landwirtschaft unterstützen
Die skalierbaren Lösungen von EXCALIBUR sind Teil des Meta-Organismus-Ansatzes, bei dem Pflanzen, Böden und Bodenorganismen als miteinander verbundene Systeme betrachtet werden. Über das Projekt wird eine Bodenbewirtschaftungsstrategie(öffnet in neuem Fenster) gefördert, bei der Präbiotika (Verbindungen, die nützliche Mikroben nähren), Probiotika (lebende nützliche Mikroorganismen) und Postbiotika (Nebenerzeugnisse nützlicher Mikroben) eingesetzt werden. „Das trägt zu einer nachhaltigen Landwirtschaft bei, da ein gesundes Mikrobiom im Boden gefördert, die Abhängigkeit von chemischem Dünger und Pestiziden reduziert und die Resilienz der Pflanzen gegenüber Umweltstress gestärkt wird“, sagt Mocali. Das EXCALIBUR-Team hat zentrale Instrumente für die politischen Ziele der EU im Rahmen der Verordnung über Düngemittelprodukte(öffnet in neuem Fenster) entwickelt, darunter eine Vorlage für Dossiers für Hersteller, die neue mikrobielle Inokulantien auf den EU-Markt bringen möchten. Mit den Innovationen aus dem Projekt könnten die Möglichkeiten in Europa verändert werden, die Bodengesundheit und landwirtschaftlichen Erträge zu optimieren. So wird der Weg für Präzisionslandwirtschaft geebnet, die auf lokale Bedingungen und die biologische Vielfalt abgestimmt ist.
