Mikrobielle Helfer: Düngemittel aus der Landwirtschaft enthalten Stickstoff und verursachen ungewollte Emissionen des Treibhausgases Distickstoffmonoxid (N2O), besser bekannt als Lachgas. Doch das ließe sich vermeiden, wie Forschende in „Nature“ berichten. Indem Landwirte Dünger verwenden, denen N2O-verbrauchende Bakterien beigemengt sind, könnten die Lachgas-Emissionen deutlich reduziert werden. Die Technik ist vielversprechend, bislang jedoch noch nicht für alle Düngemittel und Felder einsetzbar.
Um den Pflanzen auf ihren Äckern ausreichend Stickstoff zur Verfügung zu stellen, verwenden Landwirte natürliche oder synthetische nitrathaltige Düngemittel. Durch ihren hohen Einsatz entstehen auf den Feldern als Nebeneffekt jedoch auch Emissionen des Treibhausgases Distockstoffmonoxid (N2O). Wenn dieses Lachgas in die Atmosphäre gelangt, trägt es spürbar zum Klimawandel bei. Denn seine Wirkung ist rund 300 Mal stärker als die von CO2. Zudem schädigt es die Ozonschicht.
Bakterien im Boden könnten dies theoretisch verhindern. Denn einige Bakterien können das von anderen Bodenmikroben und Pflanzen freigesetzte N2O über ein spezielles Enzym in ihrem Stoffwechsel zu elementarem Stickstoff (N2) umwandeln. Bisher mangelt es jedoch an praktischen Verfahren, um solche hilfreichen Mikroorganismen gezielt und effektiv in der Landwirtschaft zur Emissionsminderung einzusetzen. Denn nur wenige dieser Bakterien überleben über längere Zeit unter den schwankenden Umweltbedingungen in Ackerböden.
Wie effektiv ist Cloacibacterium sp. CB-01?
Ein Forschungsteam um Elisabeth Hiis von der Universität für Umwelt- und Biowissenschaften im norwegischen Ås hat nun eine Methode entwickelt, mit der solche Bakterien stabil auf Felder ausgebracht werden können. Dafür verwendeten die Biologen den Bakterienstamm Cloacibacterium sp. CB-01. Dieser kann Lachgas zwar nur relativ langsam konsumieren, ist dafür jedoch robuster als andere Arten.
Hiis und ihre Kollegen ließen die Bakterien zunächst zwei Tage lang auf Abfällen von Biogasanlagen wachsen. Anschließend düngten sie drei Testfelder mit dieser Bakterienkultur und verglichen über einen Zeitraum von 100 Tagen die dortigen N2O-Emissionen mit Kontrollfeldern, die mit Abfällen ohne CB-01 gedüngt wurden. Diese Tests führten die Biologen mit insgesamt vier Bodenarten mit unterschiedlichen pH-Werten und Zusammensetzungen durch.
Neues Düngeverfahren senkt N2O-Emissionen
Die Auswertungen ergaben, dass der Bakterienstamm CB-01 die Lachgas-Emissionen auf den Feldern um 50 bis 95 Prozent reduzieren kann – je nach Art des Bodens. Die Bakterien waren zudem auch nach 100 Tagen noch in den Böden vorhanden und aktiv, wenn auch etwas weniger als zu Versuchsbeginn, wie die Forschenden feststellten.
Hiis und ihre Kollegen schließen daraus, dass ihre Methode gut geeignet wäre, um die N2O-Emissionen in der Landwirtschaft über eine ganze Wachstumsphase hinweg zu mindern. Die Technik sei kostengünstig und effizient, betonen sie. Würde die bakterienhaltige Düngung in ganz Europa angewandt, könnte dies die Lachgas-Emissionen durch menschliche Aktivitäten um bis zu 24 Prozent senken, schätzen die Biologen.
Weitere Forschung nötig
Das setzt allerdings voraus, dass die Bakterien mit sämtlichen Arten von Düngemitteln kombiniert werden können – nicht nur mit natürlichen Düngern aus Biomasse, sondern auch mit synthetischen. Ob dies mit CB-01 möglich ist, muss zunächst weiter erforscht werden. Möglicherweise müssen die Bakterienstämmen auch noch weiter optimiert werden, um noch effektiver und robuster gegenüber schwankenden Umweltfaktoren zu werden.
„Der Erfolg dieses Ansatzes hängt von zahlreichen Faktoren ab“, schreiben auch Guang He und Frank Löffler von der University of Tennessee in Knoxville in einem begleitenden Kommentar zur Studie. „So muss die Methode beispielsweise für unterschiedliche Bodenarten, Bewirtschaftungspraktiken, dynamische biogeochemische Eigenschaften wie den pH-Wert sowie schwankende Klima- und Wetterverhältnisse geeignet sein.“ (Nature, 2024; doi: 10.1038/s41586-024-07464-3)
Quelle: Nature
