In der regenerativen Landwirtschaft sind nicht nur andere Methoden und Praktiken angesagt. Sie erfordert insbesondere auch eine andere Denkweise. Eine Denkweise, die einen Paradigmenwechsel vollzieht. Die Frage "Wie vernichtet man diesen Schädling?" wird beispielsweise zu einer interessiert-hinterfragenden: "Warum ist dieser Schädling (k)ein Schädling?"
Der französische Agronom und Forscher Olivier Husson ist den Redox-Studierenden unter uns ein vertrauter Name. Er und seine Forscherkollegen haben Mitte 2021 eine Studie (PDF) veröffentlicht, die dieser erkundenden Geisteshaltung reichlich Anhaltspunkte und Anregungen gibt. Die englischsprachige Studie, welche die relevante wissenschaftliche Literatur eingehend analysiert, ist anspruchsvoll und lang. Sie enthält aber sehr viele wertvolle Informationen, Tabellen und Grafiken.
Es folgen ein paar wenige Einblicke in die Publikation – und die ausdrückliche Empfehlung, die Studie selbst in die Hand zu nehmen.
Anfällig auf Schadbefall wegen unausgewogener Eh-pH-Homöostase
Die Hauptfragen, die sich Olivier Husson und Forscherkollegen in ihrer Studie gestellt haben, lauten:
Welches Modell beschreibt allgemeingültig, wann Pflanzen und Boden die richtige Umgebung für Organismen sind, damit letztere virulent (d.h. Krankheit verursachend) werden? Oder umgekehrt formuliert:
Was sind die Bedingungen, damit Pflanzen bei höchster Gesundheit gedeihen können und Schädlingen und Pathogenen keinen Nist- und Landeplatz bieten?
Um zu einer Antwort zu gelangen, analysierten die Forscher die Interaktionen zwischen Pflanzen und Schädlingen bzw. Krankheitserregern in einer Redox-Perspektive unter dem Gesichtspunkt der Eh-pH Homöostase.
Zur Begriffsklärung: Eh steht für Redoxpotential (Reduktion-Oxidation) und pH für Wasserstoffpotential (Säure-Basen-Haushalt). Unter Homöostase versteht man die Regulationsvorgänge von Zellen und Organismen, welche für ein stabiles inneres Milieu und ein gutes Funktionieren der «Pflanzenmaschine» sorgen. Es sind zum Beispiel die hormonelle Regulation, die Regulation des Energiehaushaltes oder eben auch die Regulation von pH und Eh.
Zum besseren Verständnis dieses Beitrages empfehlen wir die Lektüre des Blogposts Starke Kulturen dank Redox-Steuerung.
Die Antwort der Forscher fällt folgendermassen aus: Pflanzen werden anfällig für Schädlinge und Krankheitserreger, wenn die Eh-pH-Bedingungen in den Pflanzenorganen unausgewogen sind und diese unausgewogenen Verhältnisse den spezifischen Eh-pH-Bereichen entsprechen, in denen die verschiedenen Schädlinge oder Krankheitserreger gedeihen können.
Diese Eh-pH-Bedingungen in Pflanzen sind das Ergebnis der Wechselwirkungen von pflanzenspezifischen Merkmalen (Genotyp, Alter), der Bewirtschaftungsmethoden und der verschiedenen Belastungen durch die abiotische und biotische Umwelt.
Die folgende Darstellung zeigt: Pflanzen werden anfällig, wenn die unausgewogenen Eh-pH-Konditionen in den Pflanzenteilen dem spezifischen Eh-pH-Wert entsprechen, bei dem die verschiedenen Schädlinge und Krankheitserreger gedeihen können.
Was heisst denn das konkret – was bestimmt die Eh-pH-Bedingungen in den Pflanzenorganen und wann und warum kommt es zu Ungleichgewichten?
Systematisch und über die gesamte Länge der Publikation diskutieren und veranschaulichen Husson und seine Forscherkollegen das Modell. Die Variantenvielfalt an Elementen, die auf den Redox-Zustand der Pflanze einwirken, kann letztendlich mit einem Wort beschrieben werden: Stress.
Stress führt zu unausgewogener Eh-pH-Homöostase
Die zelluläre Homöostase in den Pflanzen bzw. Pflanzenorganen funktioniert einwandfrei nur in einem bestimmten, engen Eh-pH-Spektrum. Unter günstigen Bedingungen sind die Pflanzen in der Lage, ihre Eh-pH-Homöostase durch eine effiziente Photosyntheseaktivität aufrechtzuerhalten.
Die Photosynthese-Aktivität ist allerdings keinesfalls eine Konstante. Nein, sie ist sie eine veränderliche Grösse, die abhängig von vielen Faktoren ist, von Moment zu Moment variiert, und die sehr direkt auf das Energieniveau und die physiologischen Merkmale der Pflanze einwirkt.
Stress hat, wie bei uns Menschen, bei den Pflanzen verschiedene Gesichter. Meist wird Pflanzenstress durch eine plötzliche Veränderung der Umwelt ausgelöst, wie zum Beispiel extreme pH-Werte, Nährstoffmangel, übermässige NO3-Absorption, Metalltoxizität, Lichtmangel, Wassermangel oder -flut oder extreme Temperaturen.
Sobald also Stress aufkommt, entsteht in der Pflanze ein homöostatisches Ungleichgewicht, das kompensiert werden muss. Dieses «Kompensieren» ist für die Pflanzen kräfteraubend. So erfordert jeder abiotische Stress wegen ungünstigen Umweltbedingungen wie auch biotischer Stress Reaktionen, die für die Pflanzen einen Energieaufwand bedeuten. Je grösser der Stress (Intensität, Dauer, kombinierter mehrfacher Stress), desto höher werden die Kosten.
Die Negativ-Spirale
Es entsteht ein Teufelskreis: Je mehr Energie die Pflanze aufwendet, um die Homöostase auf Zellebene aufrechtzuerhalten, desto weniger Energie hat sie, um Blätter zu produzieren und Chlorophyll zu synthetisieren. Weniger Blattfläche und Chlorophyll bedeutet weniger Photosynthese. Und je geringer die Photosynthesekapazität, desto geringer die Fähigkeit, die Eh-pH-Homöostase aufrechtzuerhalten.
In einem fortgeschrittenen Stadium eines Schädlingsbefalls z.B. erreichen die Photosyntheseraten kranker Pflanzen nur noch 75-80 % derjenigen gesunder Pflanzen pro Fläche – und dies bei tendenziell kleineren Blattflächen! Pflanzen, die mit Pilzen, Bakterien oder Viren infiziert sind, weisen zudem auch eine intensivere Atmung auf, was wiederum den totalen Energieverbrauch der Pflanze erhöht.
Wenn also die verschiedenen Belastungen die Fähigkeit der Pflanze, die Zellhomöostase aufrechtzuerhalten, übersteigen, führt dies zu einem starken Ungleichgewicht, das schwerwiegende Folgen haben kann, wie eine stark erhöhte Anfälligkeit für Schädlinge und Krankheitserreger.
Kurz zusammengefasst: Abiotische wie biotische Stressfaktoren, welche von der Pflanze eine energieintensive «Verteidigung» verlangen, führen zu einer tieferen Photosyntheserate, zu einer Schwächung und zu Oxidation und Alkalisierung der Pflanze (s. Beispiel unten: Auswirkungen von klimatischem Stress).
Eine effiziente Photosynthese unter optimalen Bedingungen führt hingegen grundsätzlich zu einer energiereicheren, saureren und reduzierteren Pflanze.
Folgende Darstellung zeigt den optimalen Bereich: Optimale Zonen für die Pflanzengesundheit sind in den Ausgangsbereichen der Pfeile zu finden. Das braun-gestrichelt eingekreiste Oval hingegen zeigt den Bereich, wo die wichtigsten Gruppen pathogener Mikroorganismen und Schädlinge gedeihen. Klimatischer Stress (extreme Temperaturen, Trockenheit, Nässe) führt generell zu einer Oxidation und zu einer erhöhten Anfälligkeit der Pflanzen (Endpunkte der weissen Pfeile), mit Ausnahme von Staunässe, die zu einem Ersticken der Wurzeln bei gleichzeitiger Oxidation der Triebe führt (Endpunkt der schwarzen Pfeile).
Steigerung der Photosynthese-Aktivität bringt Eh-pH-Homöostase ins Gleichgewicht
Die Photosynthese ist der Haupttreiber für nahezu alle Ökosysteme dieser Welt. Sie ist der wichtigste Reduktionsprozess, der zu einer Energiezunahme eines Systems führt. Wir Landwirtinnen und Landwirte können durch falsche Entscheide oder schlechte landwirtschaftliche Praxis ein System so stressen und herunterwirtschaften, dass die Photosyntheseaktivität und damit einhergehend die Vitalität der Pflanzen zurückgeht. Das Resultat: Die Pathogene werden ihre schädigenden Züge vermehrt an den Tag legen.
Mit Hilfe von regenerativen Massnahmen können wir die Pflanzen in den höchsten Energiemodus bringen, so dass die Schädlinge und Krankheiten ihre Wirkkraft weitgehend verlieren.
Das Verständnis von Stress und dessen Auswirkungen auf die Pflanzengesundheit erlaubt uns, informierte Entscheide zu treffen und Massnahmen am richtigen Ort anzusetzen, um die Sonnenlichtaufnahme zu verbessern. Es liefert uns die Wissensbasis, um die Energie der Pflanzen, Böden, Landschaften und Kreisläufe sowie die Pflanzenproduktion und -effizienz - und damit Erntequalität und Erträge - aktiv zu optimieren.
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Quellen / Links (Englisch)
Husson et al (2021): Soil and plant health in relation to dynamic sustainment of Eh and pH homeostasis: A review. (PDF)
Kempf (2021): Photosynthesis is not a constant (Blogpost vom 5.8.2021)