Biodynamische Landwirtschaft begünstigt anpassungsfähige Pilzgemeinschaften
Agroökosysteme werden von Menschen verwaltet, unterliegen jedoch ökologischen Prozessen. Die Art und Intensität von Pflegemassnahmen hat Auswirkungen auf die ökologische Zusammensetzung des Agroökosystems. Pilzgemeinschaften spielen eine zentrale Rolle für die Nachhaltigkeit eines Agroökosystems. In der vorliegenden Studie aus dem Jahr 2021 untersuchte ein Team von US-amerikanischen und spanischen Forschenden Pilzgemeinschaften von 350 Bodenproben aus Weinbauparzellen. Biologische und biodynamische Anbaumethoden, welche weniger intensive Pflegemassnahmen anwenden, führten zu dichteren Pilzgemeinschaften. Diese können sich an veränderte Umweltbedingungen anpassen. Intensive Eingriffe, wie sie in der konventionellen Landwirtschaft üblich sind, führten hingegen zu spezialisierteren Netzwerken von Pilzen, die oftmals nach einem gegenseitigen Ausschlussprinzip funktionieren und temperaturempfindlicher sind. Die Forschenden um Rüdiger Ortiz-Álvarez hypothetisierten, dass die Zusammensetzung von Pilzgemeinschaften im Boden Aufschluss darüber geben kann, wie biotische und abiotische Faktoren die ökologischen Prozesse im Boden beeinflussen. Die Intensität der Bewirtschaftung eines Bodens kann zu unterschiedlichen ökologischen Strategien innerhalb von Pilzgemeinschaften führen.
Zusammenfassung
Die Lebewesen eines Ökosystems interagieren auf eine komplexe Weise miteinander und beeinflussen dadurch das Ökosystem, in dem sie vorkommen. Diese Gemeinschaft von Lebewesen wird oft beschrieben durch Messungen von Diversität und Abundanz, also durch die Frage, wie viele unterschiedliche Spezies in welcher Anzahl vorhanden sind. Weiss man zudem, welche Arten sich gegenseitig ausschliessen und welche nur zusammen vorkommen, lässt sich daraus eine netzwerkbasierte Beschreibung einer Gemeinschaft von Lebewesen ableiten. Diese beinhaltet die Abhängigkeiten einzelner Arten voneinander, lässt Rückschlüsse zu auf die zugrundeliegenden Mechanismen und Prozesse sowie auf die daraus resultierende Funktion der Gemeinschaft innerhalb des Ökosystems.
Abbildung 1 (Ausschnitt): Konzeptuelle Darstellung der Beschreibung von Pilzgemeinschaften. Aus der Kombination einer grundlegenden Gemeinschaftsbeschreibung (links) mit einer Beschreibung der Präferenzen, Interaktionen und Strategien (Metaweb, Mitte) resultiert die netzwerk-basierte Gemeinschaftsbeschreibung, welche Interpretationen darüber zulässt, wie unterschiedliche Gemeinschaften auf veränderte Bedingungen in einem Ökosystem reagieren (rechts).
In der vorliegenden Studie wurde ein solcher netzwerkbasierter Ansatz genutzt, um die Auswirkungen von konventionellen, biologischen und biodynamischen landwirtschaftlichen Praktiken auf die Pilzgemeinschaft im Boden von Weinbaugebieten zu untersuchen. Dabei hat sich gezeigt, dass landwirtschaftliche Praktiken – zusammen mit geographischen und klimatischen Faktoren – die Zusammensetzung und Struktur von Pilz-Ökosystemen beeinflussen.
Biodynamisch bewirtschaftete Weinberge zeigten dabei eine Tendenz zur Ausbildung von stärker gruppierten und durchmischten Pilzgemeinschaften, während die Pilzgemeinschaften in konventionell bewirtschafteten Böden eher schwächer gruppiert waren und die einzelnen Arten weniger stark zusammenarbeiteten (Koexklusion). Zusätzlich führte der punktuell teils hohe Düngereintrag in konventionellen Systemen zu einer Spezialisierung bestimmter Pilzarten, im Gegensatz zu den biodynamischen Systemen, welche generalistische und dichte Gemeinschaften begünstigten. Es wird hypothetisiert, dass solche generalistischen Pilzgemeinschaften insgesamt anpassungsfähiger sind im Hinblick auf Veränderungen der Umweltbedingungen als hoch spezialisierte Gemeinschaften. Die Proben biologisch bewirtschafteter Böden wiesen tendenziell Werte auf, die zwischen denjenigen der biodynamischen und konventionellen Methoden liegen.
Abbildung 2: Unterschiedliche Struktur von Pilzgemeinschaften, abhängig von der landwirtschaftlichen Bewirtschaftung. In konventionell bewirtschafteten Böden tendiert die Pilzgemeinschaft zu Spezialisierung, gegenseitigem Wettbewerb und Nischenbildung und wird dadurch anfälliger auf Veränderungen wie beispielsweise das Wegfallen bestimmter Arten durch menschliche Eingriffe oder Umweltveränderungen (links). In biodynamisch bewirtschafteten Böden tendiert die Pilzgemeinschaft zu einer kooperativeren, generalistischen Struktur, die der Struktur von natürlichen Pilzgemeinschaften im Boden ähnelt und eine erhöhte Stabilität gegenüber äusseren Einflüssen aufweisen kann (rechts). Die Struktur von Pilzgemeinschaften in biologisch bewirtschafteten Böden zeigt sowohl Eigenschaften von Gemeinschaften in konventionell als auch biodynamisch bewirtschafteten Böden (Mitte).
Fazit
In dieser Studie wurden keine physikalisch-chemischen Bodeneigenschaften berücksichtigt, welche dabei helfen könnten, die beobachteten Unterschiede in der Zusammensetzung der Pilzgemeinschaften zwischen biodynamischer und konventioneller Landwirtschaft besser zu verstehen. Die Autor:innen plädieren dafür, weitere Untersuchungen anzustellen. Als Beispiel nennen sie Langzeitstudien, die die Umstellung von konventioneller zu biodynamischer Bewirtschaftung begleiten. Solche Untersuchungen könnten dabei helfen, die menschliche Einflussnahme auf das Bodenökosystem besser zu verstehen, die Bewirtschaftungsmethoden zu optimieren und die Überwachung und Förderung der Bodengesundheit zu vereinfachen.
Die Funktionsweise von Agroökosystemen ist noch nicht vollständig verstanden. Das gilt insbesondere für ihre Widerstandsfähigkeit und Belastbarkeit im Hinblick auf Umweltveränderungen. Menschliche Eingriffe in ein Ökosystem können den Aufbau von Pilzgemeinschaften mitbestimmen und zwei alternative Strategien hervorbringen: Unter biodynamischer Bewirtschaftung können gut durchmischte Lebensräume im Boden entstehen, in denen Pilzgemeinschaften enger zusammenarbeiten und widerstandsfähiger sind gegenüber Temperaturschwankungen. Unter konventioneller Bewirtschaftung entwickeln sich eher fragmentierte Lebensräume, die zwar spezialisiertere Nischen abdecken können, aber hinsichtlich Temperaturschwankungen ein geringeres Reaktionsspektrum aufweisen. Pilzgemeinschaften in biodynamisch bewirtschafteten Böden ähneln jenen auf Kooperation beruhenden Strukturen, welche auch in nicht-bewirtschafteten Naturböden anzutreffen sind. Relevant für die Bodengesundheit ist nicht nur, welche Pilzarten vorhanden sind, sondern auch, ob und wie eng diese miteinander zusammenarbeiten.
Die Forschenden vertreten die Hypothese, dass kooperationsbasierte Pilzgemeinschaften, wie sie in biodynamisch bewirtschafteten Böden zu finden sind, unter Umständen widerstandsfähiger sind gegenüber Umweltbedingungen, die sich durch den Klimawandel und die Landnutzung zunehmend verändern.
Angaben zur Originalstudie:
Autor:innen: Ortiz-Álvarez, R., Ortega-Arranz, H., Ontiveros, V. J., de Celis, M., Ravarani, C., Acedo, A., Belda, I.
Titel: Network Properties of Local Fungal Communities Reveal the Anthropogenic Disturbance Consequences of Farming Practices in Vineyard Soils
Journal: mSystems, Vol. 6, No. 3. 6:e00344-21 (2021)
Link (Open Access): https://doi.org/10.1128/mSystems.00344-21
Diese Studienzusammenfassung entstand unter Einbezug des Artikels «Les propriétés des microbiomes révèlent l’influence des pratiques biodynamiques sur les communautés fongiques des sols en viticulture» von Martin Quantin, Biodynamie Recherche.