Viele Pflanzen leiden infolge langer Trockenheit zunehmend unter Stress. Davon betroffen sind auch Nutzpflanzen wie der Mais. Die Pflanze verliert bei trockenen Böden buchstäblich die Kraft, auf das Nährstoff- und Wasserreservoir im Unterboden zuzugreifen. Im Projekt RootWayS hat ein Forschungsteam um Projektkoordinatorin Sandra Spielvogel von der Universität Kiel in den vergangenen Jahren nach einer Lösung gesucht, um Maispflanzen vor Trockenstress besser zu schützen.

Der Ansatz: Mithilfe tiefwurzelnder Zwischenfruchtmischungen wollten die Forschenden für den Mais eine Schnellstraße in den Unterboden bauen und damit den Wurzeln Zugang zu Wasser und Nährstoffen verschaffen. Das Vorhaben wurde im Rahmen der „Nationalen Forschungsstrategie BioÖkonomie 2030“ über die Fördermaßnahme „Pflanzenwurzeln und Bodenökosysteme - Bedeutung der Rhizosphäre für die Bioökonomie (Rhizo4Bio)“ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) von April 2020 bis März 2024 mit rund 1 Mio. Euro gefördert.

Erprobt wurden Zwischenfruchtmischungen aus Leguminosen (Rot- und Weißklee) mit Gräsern (Rohrschwingel und Deutsches Weidelgras), aus Kreuzblütlern (Ölrettich und Sommerraps) mit Gräsern sowie Leguminosen und Kreuzblütlern – und das jeweils an drei Standorten mit verschiedenen Bodentypen: in Schleswig-Holstein auf einer lehmigen Parabraunerde und einem eher sandigen Braunerde-Podsol, sowie in Niedersachsen auf einem fruchtbareren dunklen Boden.

Mischungen mit Gräsern fördern Nährstoffaufnahme der Maispflanze

Mit den verschiedenen Mischungen wollten die Forschenden erreichen, dass die Tiefwurzler noch tiefer in den Unterboden vordringen und den Maispflanzen den Zugang zum Unterboden ebnen. Bis auf den Ölrettich waren alle Pflanzen winterhart. „Es hat sich schnell gezeigt, dass immer die Mischungen, die Gräser enthielten, also Leguminosen plus Gräser oder Kreuzblütler plus Gräser, am besten funktioniert haben – und das standortunabhängig“, berichtet Sandra Spielvogel.

Vor allem hinsichtlich Nährstoffaufnahme und -recycling überzeugten hier jeweils Mischungen mit Gräsern. „Die Zwischenfruchtmischungen mit den Gräsern haben dafür gesorgt, dass ein signifikanter Anteil der Nährstoffe – speziell Stickstoff, Kalium, Kalzium – aus größeren Tiefen, und zwar von 60 bis 90 cm aufgenommen wurde. Das heißt, man braucht dann weniger Stickstoffdünger, weil der Mais seinen Bedarf zum Teil aus der Zwischenfrucht-Biomasse deckt.“ Die Maispflanze hat sich demnach den Nährstoff, der gewöhnlich als Dünger aufs Feld gebracht werden muss, durch die Wurzelkanäle der Gräser aus tieferen Bodenschichten geholt.

Dass bei der Nährstoffversorgung ausgerechnet Kombinationen mit Gräsern überzeugten, damit hatten die Forschenden allerdings nicht gerechnet. Anders als Leguminosen, die mithilfe von Bakterien Stickstoff aus der Luft binden, der dann den nachfolgenden Pflanzen zur Verfügung steht, bringen Gräser selbst keinen Stickstoff in den Boden. Warum Grasmischungen besser abschnitten, lässt sich gegenwärtig noch nicht sagen. Für Sandra Spielvogel ist das jedenfalls ein neues, interessantes Forschungsthema. Doch eine Vermutung hat die Forscherin: „Wir gehen davon aus, dass das Gras in der Mischung den Boden tiefgründig auflockert, der Mais deshalb besser runter wurzeln und dort den Stickstoff, den die Leguminose in ihrer Wurzel fixiert hat, aufnehmen kann.“

Wasserverfügbarkeit bei nicht winterharten Mischungen am besten 

Neben der Nährstoffversorgung der Maispflanze ging es dem Forschungsteam vor allem darum, mithilfe der Zwischenfrüchte die Wasserverfügbarkeit zu verbessern. In den Feldversuchen überzeugte hier besonders die einzige nicht winterharte Kombination – eine Mischung mit Gräsern und Ölrettich. Dieser „reine Zufallsfund“ wurde Spielvogel zufolge durch Forschungsergebnisse aus dem Projekt CATCHY bestätigt, das sich auf nicht winterharte Mischungen fokussiert hatte.

„Der Vergleich mit Catchy hat gezeigt:  wenn die Zwischenfrucht im Herbst abstirbt, besteht das Risiko, dass zwar Stickstoff verloren geht. Andererseits braucht eine nicht winterharte Zwischenfrucht im Frühjahr kein Wasser mehr und das ist für den Wasserhaushalt besser.“ Der Grund: Die nicht winterharte Frucht stirbt über den Winter ab. Zudem bleibt die tote Pflanzenbiomasse als Mulchdecke auf dem Feld und schützt den Boden vor Verdunstung.