Trockene Zeiten auf dem Acker – wie Trockenstress mit Biostimulanzien begegnet werden kann

Kulturpflanzen in Deutschland leiden zunehmend unter Trockenstress. In diesem Jahr startete bereits der März mit einer langen Periode ohne einen einzigen Wassertropfen. Auch wenn der April kurzzeitig Regen brachte, so wirkte sich schon dieser zeitlich begrenzte Wassermangel im Vormonat vielerorts negativ auf die Entwicklung der Pflanzen aus.

Andauernde Trockenphasen und Dürreperioden – das ist deutlich – treten immer häufiger auf. Insbesondere in den Frühjahrsmonaten, der entscheidenden Phase für die pflanzliche Entwicklung, nehmen seit Jahren die Niederschläge ab. Pflanzenverfügbares Wasser wird damit zunehmend zur Mangelware und Trockenheit immer öfter zum größten ertragslimitierenden Faktor.

Fehlt im Frühjahr das Wasser, kämpfen die Pflanzen über ihren gesamten Lebenszyklus mit den Folgen

Ertragseinbußen durch Trockenstress nehmen zu – Lösungen werden benötigt

Die Folgen für die Landwirtschaft sind gravierend: nach der Hitzewelle im Jahr 2003 sind bei Winterweizen bundesweit zwölf Prozent weniger Ertrag im Verhältnis zu 2000 bis 2005 erwirtschaftet worden. Im Dürrejahr 2018 lagen laut Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft die Hektarerträge für Getreide (ohne Körnermais) gar um sechzehn Prozent unter dem dreijährigen Mittel der Vorjahre.

Und der Trend verstärkt sich: derzeit weitet sich die Trockenheit im Osten Deutschlands erneut zu einer außergewöhnlichen Dürre aus und auch der Rest des Landes sorgt sich bereits aufgrund der fehlenden Niederschläge vor den nächsten Ertragseinbußen. Dazu warnen die Wissenschaftler: sollte die derzeit prognostizierte Erderwärmung von drei Grad Celsius eintreffen, würde sich draus ein Anstieg der Dürregebiete in Europa um vierzig Prozent ergeben. Dringender denn je sind also Lösungen gefragt, mit denen auch unter längeren Dürreperioden die Erträge abgesichert werden können.

Was passiert bei Trockenstress mit der Pflanze?

Je nach Pflanzenart bestehen unterschiedliche Empfindlichkeiten gegenüber Trockenheit. Am empfindlichsten reagieren flachwurzelnde und einjährige Kulturen. Der Stress wirkt sich dabei auf mehreren Ebenen auf die Pflanze aus. Neben einer direkten Hemmung des Streckungswachstums der Zellen, findet eine indirekte Wachstumshemmung durch Phytohormone statt: sobald die Wurzeln den Wassermangel spüren, reagieren sie mit einer erhöhten Synthese von Abscisinsäure – einem Botenstoff, der die Pflanze zum Wasser sparen animiert. Die Pflanze schließt daraufhin ihre Spaltöffnungen und senkt so die Transpiration. Die geschlossenen Stomata behindern gleichzeitig jedoch die CO2-Aufnahme, sodass auch die Photosyntheseleistung gedrosselt wird. Die Folgen: ein verminderter Aufbau von Biomasse sowie eine geringere Energiegewinnung.

Des Weiteren kommt es bei Wassermangel und intensiver Lichteinstrahlung innerhalb der Pflanzen zu einer vermehrten Bildung freier Radikale (reaktive Sauerstoffspezies). Auf ihrer Suche nach einem Partner entzweien die freien Radikale bestehende Molekülverbindungen, um sich mit einem Teil zu verbinden – der Rest der zerstörten Verbindung bleibt funktionsuntüchtig zurück. Eine besondere Rolle spielt hier die Lipidperoxidation, bei der sich die freien Radikalen mit Elektronen aus den Zellmembranlipiden verbinden. Die zerstörten Moleküle können ihre Aufgaben nicht mehr erfüllen, sodass die Funktionen der Zellen, wenn überhaupt, nur noch eingeschränkt aufrecht gehalten werden können. Die Folgen, die daraus entstehen, sind ebenfalls Wachstumshemmungen und abnehmende Photosyntheseleistungen, sowie ein erhöhter programmierter Zelltod.

Pflanzen reagieren mit Abwehrmechanismen auf Trockenstress

Pflanzen besitzen jedoch verschiedene biochemische Mechanismen, mit denen sie Trockenstress trotzen können und die sie zu einer relativen Resistenz befähigen.

Als wichtigste Strategie gilt die Fähigkeit zu einer stärkeren Ausbildung der Wurzeln, dank der sich die Pflanzen unter widrigen Umständen das Wasser auch aus tiefer gelegenen Bodenschichten aneignen können.

Einen anderen Mechanismus stellt die Bildung von Radikalfängern dar. Radikalfänger sind spezielle Enzyme, mit denen sich die Pflanzen gegen die massiv zellschädigende Wirkung der Lipidperoxidation, die aufgrund von Wassermangel aktiviert wird, schützen können.

Besondere, auf Trockenheit spezialisierte Pflanzen besitzen darüber hinaus ganz eigene Mechanismen. So können manche Vertreter den Wasserverlust auch über eine Senkung der cuticulären Transpiration verringern. Andere minimieren ihren Transpirationsverlust durch beispielsweise nach innen gestülpte Stomata, die Bildung kleinerer Blätter oder den Aufbau einer dickfleischigen Epidermis (Sukkulente). Diese Strategien sind jedoch genetisch bedingt und können von anderen Pflanzen nicht angewandt werden.

Das Wissen um die Mechanismen, die die Pflanzen bei Trockenheit aktivieren, kann und sollte gezielt genutzt werden – eine Förderung dieser pflanzeneigenen Strategien eröffnet die Möglichkeit die relative Resilienz der Pflanzen gegen Trockenstress weiter zu steigern.

Pflanzeneigene Abwehrmechanismen gezielt unterstützen

Um die wichtigste Strategie, die gute Ausbildung der Wurzeln zu unterstützen, ist es unerlässlich, schon vor der Saat für beste Voraussetzungen im Boden zu sorgen. Durch den Anbau von Zwischenfrüchten, den Einsatz geeigneter mechanischer Bodenbearbeitungsmaßnahmen, sowie die Vermeidung von Verdichtungen wird das Bodengefüge so strukturiert, dass die Wurzeln leichter in die Tiefe vordringen können und folglich bessere Chancen haben, eine optimale Wasser- und Nährstoffversorgung zu erreichen.

Als weitere vorbeugende Maßnahme eignet sich der Einsatz von Biostimulanzien. Biostimulanzien, dazu zählen z. B. Huminstoffe, Mikronährstoffe und Pflanzenextrakte wie Algen, wirken sich positiv auf die Vitalität der Pflanzen aus: sie stimulieren die pflanzeneigenen Prozesse, sorgen von Anfang an für eine optimale Nährstoffversorgung und verhelfen der Pflanze damit insgesamt zu einer höheren Widerstandsfähigkeit gegenüber widrigen Einflüssen.
Besonders die entscheidende Wurzelausbildung wird durch den Einsatz von Biostimulanzien gefördert: durch die von Beginn an ideale Versorgung mit Mikronährstoffen, sind die Pflanzen in der Lage, deutlich mehr Feinwurzeln auszubilden. Ganz wesentlich beteiligt an diesem Prozess sind auch die Huminstoffe: sie besitzen eine hormonähnliche Wirkung, die die motorische Pumpaktivität der ATPase in der Wurzel erhöht. Dadurch treiben sie gezielt das Wurzelwachstum an.

Daneben aktivieren Huminstoffe zahlreiche andere Enzyme, die am Stoffwechsel beteiligt sind und fungieren damit auch als treibende Kraft für eine erhöhte Keimrate und -geschwindigkeit des Saatgutes.
Neben einer Stimulierung des Wurzelwachstum unterstützen Biostimulanzien die Pflanze darüber hinaus bei der Verteidigung gegen die Lipidperoxidation: sie leiten die Bildung der antioxidativen Enzyme ein, die zum Abfangen und Ausschalten der reaktiven Sauerstoffspezies benötigt werden. Gleichzeitig können sie unter Trockenstress das Wasserpotenzial der Blätter und die stomatäre Leitfähigkeit erhöhen.

Saatgutbehandlungen zur Bewältigung von Frühjahrstrockenheit

Das Biotechnologie-Unternehmen SeedForward stellt den pflanzenfördernden Ansatz auf Basis von Biostimulanzien bereits seit mehreren Jahren in seinen Fokus. Mit den Saatgutbehandlungen MAISGUARD und GRAINGUARD hat es Mittel erforscht und entwickelt, die mithilfe von natürlichen Wirkstoffen Pflanzen zu einem optimalen Wachstum verhelfen. Die Saatgutbehandlungen zeigen ihre Stärken vor allem unter Bedingungen, in denen die Pflanzen es schwerer haben, ihr eigenes Potential selbst abzurufen.

Gerade in Trockenperioden wie in diesem Frühjahr – einer Zeit, in der die Wurzeln von Mais und Getreide noch sehr klein sind und nur schwer an Wasser kommen – profitieren die Pflanzen davon, da die Beizen gezielt eine stärkere und größere Wurzelausbildung unterstützen. In begleitenden Feldversuchen, die SeedForward kontinuierlich durchführt, konnte dies mit einem Mehrzuwachs an Wurzelmasse von durchschnittlich 25 Prozent bis zum Ende der Bestockung dokumentiert werden. Für die Pflanzen bedeutet das, dass sie schon in den frühen Wachstumsstadien in der Lage sind, Wasserressourcen im Boden leichter zu erschließen. Ein positiver Kreislauf aus besserer Nährstoffversorgung und gesünderem Wachstum mit starker Widerstandskraft schließt sich nahtlos daran an.

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