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Photovoltaik-Anlagen (PV) werden mittlerweile nicht mehr nur auf Dächer angebracht, sondern auch auf Acker- und Grasland. Eine wachsende Variante davon ist die Agrivoltaik – die Gewinnung von Solarstrom auf landwirtschaftlich genutzten Flächen: Solarpaneele zwischen Obstbäumen, Weinreben oder Kühen. Die in der Zeitschrift Land Use Policy erschienene Studie zeigt nun, dass Agri-PV in der Bevölkerung besser als normale Freiflächen-Solaranlagen angenommen wird. Dieses Ergebnis geht aus einer Online-Umfrage mit knapp 2.000 Personen aus Deutschland hervor. 

Studiendesign und Ergebnisse

In der Umfrage wurden den Teilnehmenden Bildpaare mit Agrarflächen gezeigt – etwa Weide-, Acker- oder Weinbauflächen – jeweils einmal mit und einmal ohne integrierte Solarpaneele. Die Bildpaare wurden mit Bildern klassischer Solarparks in derselben Landschaft verglichen. „Wir befragten die Teilnehmerinnen und Teilnehmer einerseits, wie sie den Eingriff in die jeweilige Landschaft beurteilten, also wie attraktiv oder unattraktiv sie die gezeigten Gebiete empfanden oder wie sie ihren Erholungswert bewerteten“, erklärt Hendrik Zeddies, einer der Studien-Initiatoren. Zudem wurden sie gefragt, ob sie für den auf der jeweiligen Fläche erzeugten Strom einen Aufpreis zahlen oder alternativ Geld aufwenden würden, um den Bau eines Solarparks an diesem Ort zu verhindern. 

Unabhängig vom gezeigten Szenario zeigen die Ergebnisse eine höhere Akzeptanz für Agrivoltaik. 44 % der Befragten wären bereit, dafür einen Stromaufpreis zu zahlen, bei konventionellen Solarparks nur 29 %. Gegen Agrivoltaik würden 2,9  % aktiv vorgehen, gegen herkömmliche Parks 4,8  %. Zwar wurde Photovoltaik allgemein als landschaftlich störend empfunden, die Eingriffe durch Agrivoltaik wurden jedoch geringer bewertet.

Weniger Konflikte bei erneuerbaren Energien

Die Studienautoren betonen, dass es sich um eine hypothetische Befragung handelt. Dennoch könnte die Kombination von Energie- und Nahrungsproduktion eine Möglichkeit darstellen, den Ausbau umweltfreundlicher Energien zu beschleunigen, ohne dabei gesellschaftliche Konflikte zu verursachen oder die Ernährungssicherheit zu gefährden. Dafür brauche es laut Zeddies allerdings Subventionen, denn die Kosten für Agri-PV-Anlagen sind höher und die Stromerträge niedriger.

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Photovoltaic (PV) systems are no longer only installed on roofs, but also on farmland and grassland. A growing variant of this is agrivoltaics - the generation of solar power on agricultural land: solar panels between fruit trees, vines or cows. The study published in the journal Land Use Policy now shows that agrivoltaics are better accepted by the population than normal ground-mounted solar systems. This result is based on an online survey of almost 2,000 people from Germany.

Study design and results

In the survey, participants were shown pairs of images of agricultural land - such as pasture, arable land or vineyards - once with and once without integrated solar panels. The image pairs were compared with images of classic solar parks in the same landscape. ‘On the one hand, we asked the participants how they assessed the impact on the respective landscape, i.e. how attractive or unattractive they found the areas shown or how they rated their recreational value,’ explains Hendrik Zeddies, one of the initiators of the study. They were also asked whether they would pay a surcharge for the electricity generated on the respective area or alternatively spend money to prevent the construction of a solar park at this location. 

Regardless of the scenario shown, the results show a higher level of acceptance for agrivoltaics. 44 % of respondents would be prepared to pay a surcharge for electricity, compared to only 29 % for conventional solar parks. 2.9 % would actively oppose agrivoltaics, while 4.8 % would oppose conventional parks. Although photovoltaics were generally perceived as disruptive to the landscape, the interference caused by agrivoltaics was rated lower.

Fewer conflicts with renewable energies

The authors of the study emphasise that this is a hypothetical survey. Nevertheless, the combination of energy and food production could represent an opportunity to accelerate the expansion of environmentally friendly energies without causing social conflicts or jeopardising food security. According to Zeddies, however, this would require subsidies, as the costs of agri-PV systems are higher and the electricity yields lower.

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Fassadenwände von Gebäuden bestehen üblicherweise aus Metall, Beton oder Holz. Sie schützen, interagieren aber kaum mit ihrer Umgebung. Doch zukünftig könnten sie eine bedeutende Funktion übernehmen – wenn ihre Nutzung angepasst wird. Etwa durch Mikroorganismen, die nicht nur die Materialien vor Verwitterung schützen, sondern gleichzeitig CO₂ speichern und Schadstoffe aus der Luft filtern. An einer mit Mikroorganismen angereicherten Wandfarbe arbeitet ein internationales Konsortium unter Beteiligung der Technischen Universität (TU) Graz, der Universität Ljublana sowie Partnern aus der Wirtschaft im Projekt REMEDY. Koordiniert wird es vom Forschungsinstitut InnoRenew CoE. 

Mikrobielles Leben an Fassaden und auf Dächern

Neben den ökologischen Funktionen gibt es daneben noch eine praktische: Prognosen der Europäischen Umweltagentur gehen davon aus, dass innerhalb der nächsten 25 Jahre in der EU Fassaden- und Dachflächen mit einer Gesamtgröße von rund 9,4 Mrd. Quadratmetern renoviert oder neu gebaut werden. „Das ist ein sehr großes Potenzial, das wir nutzen sollten. Mikrobiologische Lebensgemeinschaften auf Dächern und Fassaden könnten zahlreiche Funktionen übernehmen, ohne dabei knappe, unbebaute Flächen zu beanspruchen“, sagt Carole Planchette vom Institut für Strömungslehre und Wärmeübertragung der TU Graz.

Das Forschungsteam sucht schon jetzt nach geeigneten Mikroorganismen wie Pilze oder Algen. Die Idee ist, mehrere Mikroben mit unterschiedlichen Eigenschaften zu kombinieren, um so eine stabile Gemeinschaft zu schaffen. Diese soll widerstandsfähig gegen schädliche Mikroben sein und oberflächliche Risse selbstständig reparieren. 

Entwicklung einer Spezialtinte

Auch eine druckfähige Tinte, in der einerseits die Mikroorganismen überleben und die andererseits an den Außenwänden haftet, soll entwickelt werden. „Wir haben uns für den Inkjet-Druck entschieden, weil wir damit die lebende Tinte sehr präzise, kontrolliert und schnell zugleich auftragen können“, erläutert Planchette. Ein zentrales Problem ist, dass die Mikroorganismen dem Stress während des Druckvorgangs standhalten müssen. Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass sie sich zu größeren Clustern entwickeln, was den Inkjet-Druck ausschließen würde. Deswegen wird bereits an Modifikationen der Technologie gearbeitet. Doch die größte Herausforderung sieht die TU-Forscherin darin, den Prozess reproduzierbar gestalten zu können: „Denn lebende - also sich wandelnde - Tinten für industrielle Prozesse wie den Tintenstrahldruck zu verwenden, die nur sehr geringe Parameterschwankungen tolerieren, ist absolutes Neuland.“

Das Vorhaben läuft vier Jahre und wird im Rahmen des Pathfinder-Förderprogramms mit insgesamt knapp drei Mio. Euro finanziert.

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The facade walls of buildings are usually made of metal, concrete or wood. They protect, but hardly interact with their surroundings. However, they could take on an important function in the future - if their utilisation is adapted. For example, through microorganisms that not only protect the materials from weathering, but also store CO₂ and filter pollutants from the air. An international consortium involving Graz University of Technology (TU), the University of Ljublana and partners from industry is working on a wall paint enriched with microorganisms in the REMEDY project. It is coordinated by the InnoRenew CoE research institute.

Microbial life on facades and roofs

In addition to the ecological functions, there is also a practical one: forecasts by the European Environment Agency assume that facades and roofs with a total area of around 9.4 billion square metres will be renovated or newly built in the EU over the next 25 years. ‘This is a huge potential that we should utilise. Microbiological communities on roofs and facades could take on numerous functions without taking up scarce, undeveloped space,’ says Carole Planchette from the Institute of Fluid Mechanics and Heat Transfer at TU Graz.

The research team is already looking for suitable microorganisms such as fungi or algae. The idea is to combine several microbes with different properties in order to create a stable community. This should be resistant to harmful microbes and repair superficial cracks independently.

Developing a special ink

A printable ink is also to be developed in which the microorganisms survive on the one hand and which adheres to the outer walls on the other. ‘We opted for inkjet printing because it allows us to apply the living ink very precisely, in a controlled manner and quickly at the same time,’ explains Planchette. A key problem is that the microorganisms have to withstand the stress during the printing process. There is also a risk of them developing into larger clusters, which would rule out inkjet printing. This is why modifications to the technology are already being worked on. However, the TU researcher sees the greatest challenge in being able to make the process reproducible: ‘Because using living - i.e. changing - inks for industrial processes such as inkjet printing, which only tolerate very small parameter fluctuations, is completely uncharted territory.’

The project will run for four years and is being funded with a total of almost three million euros as part of the Pathfinder funding programme.

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„PlanB – Biobasiert. Business. Bayern.“ ist ein bayernweiter Wettbewerb für Geschäftsideen im Bereich Bioökonomie, der alle zwei Jahre ausgerichtet wird. Damit sollen biobasierte Innovationen gefördert werden, die zu einer klimafreundlicheren Wirtschaft beitragen. Neben fünf Finalisten konnten auch die zwei Absolventen Patrick Grimmeisen und Tomás Federico Kochendörfer der THWS mit ihrem Start-up Looppack überzeugen. Sie erhielten einen Sonderpreis für die beste Entwicklungsleistung. 

Pilzmyzel und Reststoffe als Basis

Looppack entwickelt biobasierte Alternativen zu herkömmlichen Baustoffen auf Basis von Pilzmyzel, dem Wurzelgeflecht von Pilzen. Dabei werden regionale Reststoffe wie Stroh oder Sägespäne zu einem funktionellen Verbundwerkstoff verarbeitet, der sich besonders zur Herstellung von Dämmstoffen eignet. Die biobasierten Materialien sind kompostierbar, schadstofffrei und helfen, CO₂-Emissionen im Bausektor zu reduzieren. Grimmeisen und Kochendörfer fokussieren sich auf Anwendungen in Wand-, Decken- und Bodendämmungen mit einem ganzheitlichen Ansatz zur Förderung ökologischer Kreisläufe und schonender Ressourcennutzung.

Die beiden Absolventen befinden sich mit Looppack derzeit in der Vorgründungsphase. Die Entwicklung wurde durch die KickStart-Förderung des Start-up Labs Werk:Raum an der THWS unterstützt. Mit einer Förderung von 7.500 Euro konnten die Gründer erste Materialien und Prototypen herstellen. Das Labor befindet sich ebenfalls in den Räumen des Werk:Raums.

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Dürreperioden und andere Folgen des Klimawandels belasten die Landwirtschaft. Deshalb wird die Anbaumethode der Agroforstwirtschaft - in den Tropen und Subtropen bereits lange etabliert - zunehmend auch in europäischen landwirtschaftlichen Systemen angewendet. Denn die Integration von Bäumen und Sträuchern mit Ackerbau und Viehhaltung auf derselben Fläche fördert die Biodiversität und schützt vor Klimarisiken. Eine im Agronomy for Sustainable Development veröffentlichte Studie der Universität Hohenheim hat nun bestätigt, dass Agroforstwirtschaft auch in gemäßigten Breiten Ackererträge stabilisiert. 

Versuchsfläche wiederentdeckt

Im Gegensatz zu warmen Klimazonen fehlte es in gemäßigten Breiten bislang an Langzeitstudien zur Agroforstwirtschaft, insbesondere zu deren Auswirkungen auf Erträge unter extremen Wetterbedingungen. Auf der Versuchsstation Ihinger Hof in Renningen entdeckten Forschende der Universität Hohenheim eine der ältesten Agroforst-Versuchsflächen Deutschlands wieder. Die Anlage stammt aus dem Jahr 2007 und wurde trotz zwischenzeitlich geringer Aufmerksamkeit über 17 Jahre hinweg betreut und dokumentiert. „Heute ist das Interesse an Agroforst enorm", sagt Olef Koch von der Koordinationsstelle Agroforstsystem-Forschung. „Doch Bäume wachsen bekanntermaßen langsam. Was wir am Ihinger Hof vorgefunden haben, ist deshalb von unschätzbarem Wert.“

So konnten die Forschenden die Erträge von fünf Winterkulturen in einem Agroforstsystem mit drei unterschiedlichen Gehölztypen zwischen 2012 bis 2023 analysieren: Wintererbsen, Triticale, Wintergerste, Winterweizen sowie Raps zwischen heimischen Hecken, Walnussreihen und Weidenplantagen. Die höchsten Erträge wurden in 12–18 Metern Abstand zu den Baumreihen gemessen, während sie in der Mitte der Allee (18–24 Meter) deutlich zurückgingen. Das liegt daran, dass Bäume und Sträucher das Mikroklima auf Ackerflächen beeinflussen und zu dessen Regulierung beitragen: „Sie mindern beispielsweise Temperaturextreme, Windgeschwindigkeit und Verdunstung", erklärt Olef Koch.

Effekte durch das richtige Zusammenspiel

Damit die positiven Effekte in landwirtschaftlichen Systemen in gemäßigten Breiten erzielt werden können, ist ein abgestimmtes Zusammenspiel von Baumarten, Pflanzabständen, Bodenbeschaffenheiten und klimatischen Bedingungen entscheidend. Insbesondere streifenförmige Agroforstsysteme ermöglichen maschinelle Bewirtschaftung und steigern die Klimarobustheit - bergen jedoch Zielkonflikte durch Konkurrenz mit Kulturpflanzen um Licht, Wasser und Nährstoffe. 

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Droughts and other consequences of climate change are putting a strain on agriculture. This is why the cultivation method of agroforestry - already long established in the tropics and subtropics - is increasingly being used in European agricultural systems. This is because the integration of trees and shrubs with arable farming and livestock farming on the same land promotes biodiversity and protects against climate risks. A study by the University of Hohenheim published in Agronomy for Sustainable Development has now confirmed that agroforestry also stabilises arable yields in temperate latitudes.

Experimental area rediscovered

In contrast to warm climate zones, there has been a lack of long-term studies on agroforestry in temperate latitudes, particularly on its effects on yields under extreme weather conditions. At the Ihinger Hof experimental station in Renningen, researchers from the University of Hohenheim rediscovered one of the oldest agroforestry trial sites in Germany. The site dates back to 2007 and has been maintained and documented for 17 years despite little attention in the meantime. ‘Today, interest in agroforestry is enormous,’ says Olef Koch from the Agroforestry Systems Research Coordination Centre. ‘But trees are known to grow slowly. What we found at the Ihinger Hof is therefore invaluable.’

This enabled the researchers to analyse the yields of five winter crops in an agroforestry system with three different types of trees between 2012 and 2023: Winter peas, triticale, winter barley, winter wheat and rapeseed between native hedgerows, walnut rows and willow plantations. The highest yields were measured at a distance of 12-18 metres from the rows of trees, while they fell significantly in the middle of the avenue (18-24 metres). This is because trees and shrubs influence the microclimate on arable land and help to regulate it: ‘For example, they reduce temperature extremes, wind speed and evaporation,’ explains Olef Koch.

Effects through the right interaction

In order to achieve the positive effects in agricultural systems in temperate latitudes, a harmonised interplay of tree species, plant spacing, soil characteristics and climatic conditions is crucial. Strip-shaped agroforestry systems in particular enable mechanised cultivation and increase climate resilience - but involve conflicting objectives due to competition with cultivated plants for light, water and nutrients.

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Die Düngung von Kulturpflanzen erfolgt bislang häufig auf Grundlage standardisierter Berechnungen oder langjähriger Erfahrungswerte. Diese pauschalen Ansätze führen jedoch oft zu einer ungenauen und wenig effizienten Nährstoffversorgung – mit negativen Folgen für Umwelt und Wirtschaftlichkeit. Eine präzise Bestimmung des Düngebedarfs über den Ernährungszustand der Pflanzen ist bisher jedoch kosten- und zeitaufwendig. Hier setzt das Start-up NutriSen an – eine Ausgründung der Technischen Universität München (TUM). Im Rahmen des Forschungsprojekts LiveSen-MAP hat das Team eine innovative Technologie entwickelt, die eine schnelle und direkte Messung von Nährstoffen direkt auf dem Feld ermöglicht.

Durch Biosensor und Messgerät zur Düngeempfehlung

Landwirtinnen und Landwirte sammeln auf dem Feld Pflanzenhalme und pressen sie aus. Das austretende Substrat wird auf Biosensorstreifen aufgetragen. Das von NutriSen entwickelte Messgerät analysiert daraufhin die Phosphat- und Nitratwerte direkt vor Ort. Auf Basis dieser Daten und Satellitenaufnahmen des Copernicus-Programms wird innerhalb weniger Minuten eine hochauflösende Feldkarte mit Düngeempfehlungen für jeden einzelnen Abschnitt erstellt. Laut dem Team lässt sich so der Düngemitteleinsatz um bis zu 20  % reduzieren. „Was wir erreichen wollten, ist ein Labor auf dem Feld, eine Demokratisierung der datengestützten Landwirtschaft“, erklärt Débora Moretti aus dem Forschungsprojekt LiveSen-MAP. 

Testphase mit landwirtschaftlichen Betrieben

Die Entwicklung wurde unter anderem im EU-Förderprogramm EIC Transition unterstützt. Mittlerweile befindet sie sich in der zweiten Testphase mit landwirtschaftlichen Betrieben. „Durch das Feedback der ersten Phase konnten wir bereits Sensoren und Anwendung optimieren. Nun testen rund 100 Betriebe die Sensoren direkt auf dem Feld“, erklärt Moretti. Auf Basis der Ergebnisse soll im kommenden Jahr ein marktreifes Produkt vorgestellt werden.

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Der Prozess von neuen Pflanzenzüchtungen ist teuer und beansprucht viel Zeit sowie Ressourcen - denn für jede einzelne Art müssen die Genome aufwendig angepasst werden. Dies schränkt genetische Verbesserungen ein. Das Forschungsprojekt SyncSol des Max-Planck-Instituts für Molekulare Pflanzenphysiologie (MPI MP) soll ein universelles Chloroplasten-Genom entwickeln, das die Effizienz und Vielfalt in der Pflanzenzüchtung erhöht. Nun wurde es mit 9,1 Mio. Pfund (ca. 11 Mio. Euro) von der Advanced Research and Invention Agency (ARIA) gefördert.

Zahlreiche Anwendungen 

Das Universal-Genom soll in allen Pflanzen der Familie der Nachtschattengewächse (wie Tomaten, Kartoffeln, Paprika, Auberginen, Tabak) funktionsfähig sein. Zusätzlich beabsichtigt das Team, das Genom um eine nützliche Eigenschaft, etwa verbesserte Photosynthese oder Anpassung an ungünstige Umweltbedingungen, zu erweitern. „Wenn wir Nutzpflanzen schnell und gezielt optimieren können, ergeben sich zahlreiche Anwendungen“, erklärt Projektleiter Daniel Dunkelmann: „Pflanzen könnten in Zukunft Pharmazeutika, Biokraftstoffe oder nachhaltige Materialien produzieren. Unsere Nutzpflanzen ließen sich an die Herausforderungen der Klimakrise und des Artensterbens anpassen – und das in der erforderlichen Geschwindigkeit.“

Forschungsteam von Tragweite des Projekts überzeugt

Durch die Förderung kann das Forschungsteam in enger Zusammenarbeit mit britischen und amerikanischen Partnern sowie zwei Start-ups an neuartigen Nutzpflanzen arbeiten. Dunkelmann ist überzeugt, dass das Projekt bei Erfolg einen großen Einfluss auf die zukünftige Pflanzenforschung haben wird: „Die Möglichkeiten, die uns dieses ehrgeizige Forschungsprojekt bieten könnte, sind immens. Die Förderung durch ARIA gibt uns die Chance, einen Durchbruch erzielen zu können.“

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The process of breeding new plants is expensive and requires a lot of time and resources - because the genomes have to be carefully adapted for each individual species. This limits genetic improvements. The SyncSol research project at the Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology (MPI MP) aims to develop a universal chloroplast genome that will increase efficiency and diversity in plant breeding. It has now received £9.1 million (approx. 11 million euros) in funding from the Advanced Research and Invention Agency (ARIA).

Numerous applications 

The universal genome should be functional in all plants of the nightshade family (such as tomatoes, potatoes, peppers, aubergines and tobacco). In addition, the team intends to expand the genome to include a useful trait, such as improved photosynthesis or adaptation to unfavourable environmental conditions. ‘If we can optimise crops quickly and in a targeted manner, there are numerous applications,’ explains project leader Daniel Dunkelmann: ’Plants could produce pharmaceuticals, biofuels or sustainable materials in the future. Our crops could be adapted to the challenges of the climate crisis and species extinction - and at the necessary speed.’

Research team convinced of the significance of the project

The funding will enable the research team to work closely with British and American partners as well as two start-ups on novel crops. Dunkelmann is convinced that, if successful, the project will have a major impact on future plant research: ‘The opportunities that this ambitious research project could offer us are immense. The funding from ARIA gives us the chance to achieve a breakthrough.’

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Jeder elfte Mensch ist unterernährt. Die Ursachen dafür sind zwar vor allem Verteilungsprobleme und die Art, wie Anbauflächen genutzt werden – etwa für Viehfutter statt für Nahrung. Dennoch ist es vor diesem Hintergrund alarmierend, wenn die Klimaforschung prognostiziert, dass immer weniger Standorte optimale Bedingungen für den Ackerbau bieten werden. Die Pflanzenzüchtung forscht deshalb an neuen Sorten, die zum Beispiel besser mit Dürre zurechtkommen oder auch auf salzhaltigen Böden wachsen können.

Zahlreiche Wildpflanzen gedeihen unter salzigen Bedingungen, darunter auch Wildgerste. „Das hat uns auf die Idee gebracht, dass die Wildgerste vielleicht Bakterien in ihrem Wurzelraum hat, die auch Kulturgerste bei Stressbedingungen helfen könnten“, erinnert sich Sylvia Schnell, Mikrobiologin an der Universität Gießen. Generell gilt Gerste als ein Getreide, das man auch bei nicht optimalen Bedingungen und schlechter Bodenqualität anbauen kann. „Weizen reagiert deutlich empfindlicher“, erklärt die Forscherin.

Sommergerste und Winterweizen im Fokus

Entstanden ist aus dieser Idee das Projekt BreadAndBeer, das vom Bundesforschungsministerium mit rund einer Million Euro über sieben Jahre gefördert wird. Ziel des Projekts ist es, die Kornqualität der für Bier bedeutsamen Sommergerste und des für Brot wichtigen Winterweizens unter ungünstigen Umweltbedingungen zu verbessern. „Wir haben diese beiden Getreide gewählt, weil sie auch in der Praxis in typischen Fruchtfolgen angebaut werden, damit der Boden nicht ermüdet und Schädlinge nicht Überhand nehmen können“, erläutert Schnell.

Zunächst galt es, die Hypothese zu prüfen, dass salzangepasste Pflanzen wie die Wildgerste Wurzelbakterien beherbergen, die eine unterstützende Rolle für das Pflanzenwachstum spielen. Dazu isolierte das Forschungsteam entsprechende Bakterien. Einige Gewächshausexperimente später war klar, dass das Bakterium Hartmannibacter diazotrophicus abiotischen Stress bei Gerste mildern und zudem Stickstoff fixieren kann, den es der Pflanze als natürlichen Dünger bereitstellt. „Aber im Gewächshaus sind wir nie bis zum Kornertrag gegangen, das geht schlecht in den kleinen Blumentöpfen“, berichtet Schnell. Deshalb folgten drei Jahre lang Feldexperimente.

Saatgut mit Bakterien beimpft

Auf zwei ökologisch bewirtschafteten Flächen baute das Forschungsteam auf jeweils 7,5 Quadratmetern eines der beiden Getreide in unterschiedlichen Konfigurationen an: In einigen Fällen waren die Samenkörner vorher in einer Lösung mit dem Bakterium beimpft worden. Die Bakterien wurden mit einer Schicht aus Gummi arabicum, einem gummiartigen Pflanzensaft, auf dem Samenkorn fixiert. Eine weitere Schicht aus Talkum sorgte dafür, dass die Aussaat mit einer Sämaschine möglich blieb.

Die erste Frage war: Würden die Bakterien sich gegen das natürliche Bodenmikrobiom behaupten können? Regelmäßig nahmen die Forschenden Proben und schauten, ob H. diazotrophicus noch vorhanden war. 273 Tage lang gelang der Nachweis bei Winterweizen, immerhin 119 Tage lang bei Sommergerste. „Das hat uns erst mal Zuversicht gegeben, das ist eine lange Zeit“, ordnet Schnell ein. Umgekehrt fand sich in den Studien auch kein störender Effekt der neuen Bakterien auf die natürliche Bakteriendiversität im Wurzelraum. „Gerade im Ökolandbau möchte man das System so natürlich wie möglich erhalten“, betont die Mikrobiologin. Im konventionellen Landbau dagegen gebe es eh viele Störungen, etwa durch Pestizide.

One in eleven people is undernourished. The main causes of this are distribution issues and how arable land is used, such as for producing animal feed rather than food. Against this backdrop, it is alarming that climate research predicts that ever fewer locations will offer optimal agricultural conditions. Plant breeders are therefore researching new varieties that can cope with drought or grow on saline soils, for example.

Many wild plants, including wild barley, thrive in salty conditions. “This gave us the idea that wild barley might harbour bacteria in its root zone that could also benefit cultivated barley in stressful conditions,” recalls Sylvia Schnell, a microbiologist at the University of Giessen. Barley is generally considered to be a grain that can be grown under suboptimal conditions and in poor soil. “Wheat is much more sensitive,” explains the researcher.

Focus on spring barley and winter wheat

This idea led to the BreadAndBeer project, which has received around one million euros of funding from the Federal Ministry of Education and Research over seven years. The project aims to improve the quality of these grains under unfavourable environmental conditions, which is important for beer production in the case of spring barley and for bread production in the case of winter wheat. “We chose these two grains because they are cultivated as part of typical crop rotations to prevent soil fatigue and pest infestation,” explains Schnell.

The first step was to test the hypothesis that salt-adapted plants, such as wild barley, harbour root bacteria that support plant growth. To this end, the research team isolated the relevant bacteria. After several greenhouse experiments, it became clear that the bacterium Hartmannibacter diazotrophicus can alleviate abiotic stress in barley and fix nitrogen, providing the plant with a natural fertiliser. “But in the greenhouse, we never got to the grain yield stage. That's difficult to achieve in small flower pots,” reports Schnell. Three years of field experiments followed.

Seeds inoculated with bacteria

On two organically farmed plots, the research team cultivated one of the two cereals in different configurations across 7.5 square metres of each plot. In some cases, the seeds had been pre-inoculated with bacteria in a solution. The bacteria were fixed to the seeds using a layer of gum arabic, a gum-like plant sap. An additional layer of talcum powder ensured sowing with a seed drill remained possible.

The first question was: Would the bacteria be able to compete with the natural soil microbiome? The researchers took regular samples to check for the presence of H. diazotrophicus. It was detected in winter wheat for 273 days and in spring barley for 119 days. “That gave us initial confidence, because that is a long time,” explains Schnell. Conversely, the studies also found that the new bacteria had no disruptive effect on the natural bacterial diversity in the root zone. “In organic farming in particular, you want to keep the system as natural as possible,” emphasises the microbiologist. In conventional farming, however, there are many disruptions anyway, for example from pesticides.

Gelbrost, auch Streifenrost genannt, wird vom Pilz Puccinia striiformis f. sp. tritici ausgelöst und zählt zu den gefährlichsten Krankheiten im Weizenanbau. Etwa 88 % der globalen Brotweizenproduktion sind vom Erreger potenziell betroffen. Ein internationales Forschungsteam unter Federführung der Universität Zürich (UZH) hat nun in asiatischen Weizensorten zwei Genomabschnitte identifiziert, die den Pflanzen eine natürliche Resistenz gegen die Krankheit verleihen. „Lassen sich solche Gene auf kommerzielle Weizensorten übertragen, könnten sie für die Bekämpfung des Gelbrostes wichtige Beiträge leisten", sagt Studienverantwortlicher Kentaro Shimizu.

Lokale Weizensorten weniger betroffen

Eine der zwei Genregionen wurde in einer traditionellen Weizensorte aus Nepal gefunden - die andere in breiter verteilten Sorten aus Nepal, Pakistan und China im südlichen Himalaya-Gebiet. Die Forschenden gehen davon aus, dass dieses Gebiet auch der Ursprung des Gelbrosterregers ist. Über Jahrzehnte lag der Fokus der Weizenzüchtung auf hohen Erträgen, was zwar zur globalen Ernährungssicherung beitrug, aber die genetische Vielfalt verringerte und die Pflanzen anfälliger für Krankheiten und Klimaextreme machte. Im Gegensatz dazu bewahrten lokale Landwirte in Asien traditionelle Sorten, die ein potenzielles Reservoir an Krankheitsresistenz aufweisen. 

Genetische Vielfalt bewahren

Die Ergebnisse zeigen somit auch, wie entscheidend der Erhalt genetischer Vielfalt und traditioneller Weizensorten ist. Denn die alten Sorten wurden von Landwirten weltweit über Generationen hinweg bewahrt und könnten eine wichtige Grundlage für die Ernährungssicherheit der Zukunft bilden. „Ihre Nutzung sollte in enger Zusammenarbeit mit den lokalen Landwirten erfolgen, damit diese davon profitieren. Denn ihr Wissen und ihre Praxis waren für die heutige genetische Vielfalt entscheidend", betont Katharina Jung aus Shimizus Team.

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Yellow rust, also known as stripe rust, is caused by the fungus Puccinia striiformis f. sp. tritici and is one of the most dangerous diseases in wheat cultivation. Around 88% of global bread wheat production is potentially affected by the pathogen. An international research team led by the University of Zurich (UZH) has now identified two genome segments in Asian wheat varieties that give the plants natural resistance to the disease. ‘If such genes can be transferred to commercial wheat varieties, they could make an important contribution to combating yellow rust,’ says Kentaro Shimizu, who led the study.

Local wheat varieties less affected

One of the two gene regions was found in a traditional wheat variety from Nepal - the other in more widely distributed varieties from Nepal, Pakistan and China in the southern Himalayan region. The researchers assume that this region is also the origin of the yellow rust pathogen. For decades, the focus of wheat breeding was on high yields, which contributed to global food security but reduced genetic diversity and made the plants more susceptible to diseases and climate extremes. In contrast, local farmers in Asia preserved traditional varieties that have a potential reservoir of disease resistance. 

Preserving genetic diversity

The results also show how crucial it is to preserve genetic diversity and traditional wheat varieties. This is because the old varieties have been preserved by farmers around the world for generations and could form an important basis for food security in the future. ‘They should be utilised in close cooperation with local farmers so that they can benefit from them. After all, their knowledge and practice were crucial for today's genetic diversity,’ emphasises Katharina Jung from Shimizu's team.

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Regenerative Landwirtschaft gewinnt zunehmend an Bedeutung, da sie sowohl ökologische als auch ökonomische Vorteile bietet.  Dieser landwirtschaftliche Ansatz fördert gezielt den Aufbau von Humus im Boden, wodurch Kohlenstoff gebunden, die Bodenqualität verbessert, die Biodiversität gestärkt und stabile Erträge ermöglicht werden. Im Gegensatz zur konventionellen Landwirtschaft regeneriert sie natürliche Ökosysteme statt sie nur zu nutzen. Eine umfangreiche europäische Studie unter der Leitung der European Alliance for Regenerative Agriculture (EARA) belegt nun die positiven Effekte und Potenziale. Finanziert wurde sie durch die Innovationsgemeinschaft EIT Food.

Neuer Messindex eingeführt

Die Studie erstreckte sich über 78 landwirtschaftliche Betriebe in 14 europäischen Ländern und erfasste dabei mehr als 7.000 Hektar Anbaufläche. Im Rahmen der Untersuchung wurde der Regenerating Full Productivity (RFP) Index entwickelt – ein neuer Bewertungsmaßstab, der ökologische, klimatische und wirtschaftliche Leistungen von Betrieben ganzheitlich erfasst. Regenerative Betriebe - die meisten sind vollständig pflanzenbasiert - erzielten im Durchschnitt nur 1 % niedrigere Kalorien- und Eiweißerträge als konventionelle Betriebe, verbrauchten jedoch 62 % weniger synthetischen Stickstoffdünger und 76 % weniger Pestizide pro Hektar. Zudem wiesen sie einen um 27 % höheren RFP-Wert auf, mit Verbesserungen bei der Bodenbedeckung, der Pflanzenvielfalt, der Photosyntheseaktivität sowie den sommerlichen Kühleffekten auf den Feldern.

Widerstandsfähigkeit und Ernährungssicherheit stärken

Die Veröffentlichung der Studienergebnisse fällt in eine Zeit wachsender wirtschaftlicher Herausforderungen für die europäische Landwirtschaft: Die Europäische Kommission rechnet bis 2025 mit Verlusten in Höhe von 60 Mrd. Euro – ein Betrag, der bis 2050 auf über 90 Mrd. Euro ansteigen könnte. Regenerative Systeme sieht Simon Krämer, Geschäftsführer der EARA und Hauptautor der Studie, daher als vielversprechenden Ansatz zu mehr Autonomie und Klimaschutz: „Endlich haben wir konkrete Daten aus realen landwirtschaftlichen Betrieben, die zeigen, dass Regeneration nicht nur funktioniert, sondern auch wirtschaftlich sinnvoll ist. Es ist nicht nur möglich, sondern auch unerlässlich, den europäischen Agrar- und Lebensmittelsektor so schnell wie möglich auf Regeneration umzustellen, um die Widerstandsfähigkeit ländlicher Gebiete und die Ernährungssicherheit zu gewährleisten."

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Regenerative agriculture is becoming increasingly important as it offers both ecological and economic benefits. This agricultural approach specifically promotes the build-up of humus in the soil, which binds carbon, improves soil quality, strengthens biodiversity and enables stable yields. In contrast to conventional agriculture, it regenerates natural ecosystems instead of merely utilising them. A comprehensive European study led by the European Alliance for Regenerative Agriculture (EARA) has now demonstrated the positive effects and potential. It was financed by the EIT Food innovation community.

New measurement index introduced

The study included 78 farms in 14 European countries and covered more than 7,000 hectares of cultivated land. As part of the study, the Regenerating Full Productivity (RFP) Index was developed - a new evaluation standard that holistically records the ecological, climatic and economic performance of farms. Regenerative farms - most of which are fully crop-based - achieved on average only 1% lower calorie and protein yields than conventional farms, but used 62% less synthetic nitrogen fertiliser and 76% less pesticides per hectare. They also had 27% higher RFP, with improvements in soil cover, plant diversity, photosynthetic activity and summer cooling effects in the fields.

Strengthening resilience and food security

The publication of the study results comes at a time of growing economic challenges for European agriculture: the European Commission expects losses totalling 60 billion euros by 2025 - an amount that could rise to over 90 billion euros by 2050. Simon Krämer, Managing Director of EARA and lead author of the study, therefore sees regenerative systems as a promising approach to greater autonomy and climate protection: "We finally have concrete data from real farms that show that regeneration not only works, but also makes economic sense. It is not only possible but also essential to transition the European agri-food sector to regeneration as soon as possible to ensure the resilience of rural areas and food security."

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