Mit Biomarkern Kaliumverbrauch bei Ölpalmen überwachen
Palmöl ist eines der weltweit am häufigsten verwendeten Speiseöle und stammt von der Ölpalme(öffnet in neuem Fenster). Hauptsächlich kommt es bei der Lebensmittelherstellung, in Kosmetika und als Rohstoff zur Biodieselproduktion zum Einsatz. Die Rodung tropischer Regenwälder in Ländern wie Indonesien und Malaysia zur Anpflanzung von Ölpalmenplantagen hat jedoch erhebliche ökologische Auswirkungen. Die größte Herausforderung im Zusammenhang mit dem Anbau von Ölpalmen besteht daher darin, den globalen Nahrungsmittelbedarf zu decken und gleichzeitig die Umwelt zu schonen. Um dieses Ziel zu erreichen, ist ein effizienter Düngemitteleinsatz, insbesondere von Kalium, unerlässlich. Ölpalmen haben einen hohen Kaliumbedarf, zum einen bei der Fruchterzeugung und zum anderen, weil sie meist in Regionen mit natürlichem Kaliummangel angebaut werden. In den meisten Plantagen wird Kalium in Form von Kaliumchlorid(öffnet in neuem Fenster) gleichmäßig ausgebracht, wobei das Angebot oft den Bedarf des Baums übersteigt. Das führt zu erheblichen Umweltschäden, beeinträchtigt andere landwirtschaftliche Systeme und nahegelegene Grundwasserleiter und kann möglicherweise Hypokalzämie(öffnet in neuem Fenster) bei Rindern und Menschen verursachen.
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Das Team des EU-finanzierten Projekts iPALMS, das innerhalb der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen(öffnet in neuem Fenster) unterstützt wurde, nutzte Metabolomik, um den Zusammenhang zwischen Kaliumversorgung und Ölpalmen-Stoffwechseleffizienz zu untersuchen. Ziel war es, Metaboliten als Biomarker der effizienten Anwendung von Düngemitteln zu ermitteln sowie die Betriebsmittelkosten und negative ökologische Auswirkungen zu reduzieren. „Die Überwachung des Kaliumgehalts anhand des Bodens allein ist schwierig, da die Bodeneigenschaften variieren und die Verfügbarkeit des Nährstoffs für die Pflanze beeinflussen können. Außerdem wird die richtige Ausbringungsmenge von Kalium durch viele Variablen erschwert. Dazu gehören die spezielle Art der angebauten Ölpalme und die Wechselwirkung mit anderen Nährstoffen“, sagt Projektkoordinatorin Emmanuelle Lamade vom Französischen Internationalen Zentrum für Zusammenarbeit in der Agrarforschung(öffnet in neuem Fenster). Um die Kaliumdüngung während des Anbaus feiner abstimmen zu können, untersuchten die Forschenden neben den Mineralien der Blätter auch Biomarker, die auf Veränderungen der Stoffwechselaktivität hinweisen. „Durch Analyse der Stoffwechselverbindungen innerhalb der Blätter der Pflanze konnten wir die einzigartigen Signaturen identifizieren, die auf einen Kaliummangel oder -überschuss hinweisen“, erklärt Lamade.
Steigerung der Nachhaltigkeit
Forschende nutzten „-omik“(öffnet in neuem Fenster), um Biomarker, insbesondere Metaboliten, zu finden, mit denen der Nährstoffstatus der Ölpalmen genauer zu bestimmen ist. Beabsichtigt ist, einen „Werkzeugkasten“ für eine breitangelegte Zielgruppe von Nutzenden zu schaffen, von kleinbäuerlichen Betrieben bis hin zu Plantagenführungskräften, mit dem sich mineralische und metabolische Indikatoren direkt im Feld testen lassen. Lamade dazu: „Anhand einiger einfach durchzuführender Tests werden die Landwirtinnen und Landwirte dann den Grad des Nährstoffmangels ihrer Palmen genau kennen. Sie werden außerdem erfahren, was sie tun müssen, um diesen Mangel zu beheben, oder was im Übermaß vorhanden ist.“ „Der nächste Schritt ist die Verwendung von frischem Saft anstelle von Blattproben in Form von Trockenpulver. Außerdem werden eine Website und eine Anwendung entwickelt, die direkt von den iPALMS-Ergebnissen abgeleitet sind und die landwirtschaftlichen Betriebe dabei unterstützen, den Gesamtnährstoffstatus ihrer Palmenbäume zu diagnostizieren“, fügt Lamade hinzu. „Durch Kombination des Einsatzes von -omik zur Überwachung des Kaliumeintrags mit anderen nachhaltigen Anbaupraktiken wie der Reduzierung des Pestizideinsatzes durch biologische Bekämpfung können wir die Umweltauswirkungen von Ölpalmen verringern. Dieser Ansatz lässt sich auch auf europäische Ölpflanzen wie Sonnenblumen, Raps und Rizinus anwenden“, bekräftigt Lamade abschließend.
