Straucherbse verbessert Boden

Mais ist in Malawi das tägliche Brot. Er ist die wichtigste Nutzpflanze und wird vor allem für den Eigenbedarf im grossen Stil angebaut. Allerdings fallen die Erträge vielerorts gering aus. Auf stark verwitterten und ausgelaugten Böden angepflanzt, wirft die Maispflanze wenig ab. In der Regel mangelt es den Nutzpflanzen an Phosphor, oft auch an Stickstoff.

Um den Maisertrag landesweit zu steigern, hat Malawi nach der katastrophalen Dürre von 2005 ein Düngeprogramm subventioniert. Zu Beginn erhöhte sich der Ertrag dramatisch. Fünf Jahre später konnte das Land sogar Produktionsüberschüsse exportieren. Doch seither stagnieren die Ernten. Seit 2014 sind sie sogar rückläufig. Die Gleichung mit dem Kunstdünger geht nämlich nicht auf, weil der durch Kunstdünger zugeführte Phosphor im Boden rasch an Metallionen wie Eisen und Aluminium bindet. Dadurch ist der Nährstoff für die Pflanzen nicht mehr verfügbar.

Einfache, aber wirksame Alternative

Gina Garland, Doktorandin aus der Gruppe von ETH-Professor Johan Six, hat deshalb in ihrer Dissertation nach einer Alternative gesucht, wie das Problem des geringen Phosphorgehalts langfristig gelöst werden könnte. Ihr einfacher wie kostengünstiger Ansatz: veränderte Bewirtschaftungspraktiken. Mischkulturen aus zwei oder noch mehr Nutzpflanzenarten fördern einen günstigeren Aufbau der Bodenstruktur, was sich wiederum positiv auf den Nährstoffgehalt des Bodens auswirkt.

In ihrer Arbeit entschied sich Garland für eine Mischkultur aus Mais und der Straucherbse (Cajanus cajan). Diese Hülsenfrucht lebt in Symbiose mit Knöllchenbakterien, welche Stickstoff aus der Luft binden. Der Stickstoff kommt auch anderen in der Nähe wachsenden Pflanzen zugute. Studien deuten zudem darauf hin, dass die Straucherbse auch den Phosphorgehalt des Bodens positiv beeinflussen kann.

Anhand von Feldversuchen in Malawi sowie Experimenten im Gewächshaus in Lindau-Eschikon konnte die Forscherin zeigen, dass die Straucherbse nach nur einer Wachstumsperiode die Bodenstruktur positiv verändert hatte: Der Boden von Mischkulturen wurde krümeliger als solcher von Mais-Monokulturen. Diese Krümel, insbesondere diejenigen von einem Durchmesser von einigen Dutzend Mikrometern, halten die Nährstoffe zurück und schützen sie davor, Bindungen mit Metallionen einzugehen. Für die Pflanzen bleibt insbesondere der Phosphor länger und besser verfügbar. Garland fand in Bodenproben von Mischkulturen deutlich höhere Konzentrationen an Phosphor, insbesondere des pflanzenverfügbaren Phosphors, als in Böden von Mais-Monokulturen.

Maispflanzen besser mit Stickstoff versorgt

Die Mais-Biomasse der Mischkulturen war allerdings nicht höher als jene von Mais-Monokulturen. «Eine Saison reicht wahrscheinlich nicht, um die Erträge merklich zu steigern», sagt Garland. Das Potenzial für künftige Mehrerträge sei aber gegeben. Darauf deute auch, dass Maispflanzen aus Mischkulturen mehr Stickstoff enthielten. Diesen verdanken die Pflanzen der Straucherbse und ihren Knöllchenbakterien. «Das ist vielversprechend, weil unser Versuch aufzeigt, dass eine Anreicherung mit Stickstoff schon sehr bald nach der Einführung dieser Mischkultur auftritt», betont Garland.

Die Straucherbse hat aber auch einen anderen Vorteil: Die Erbsen sind essbar und bereichern die ansonsten sehr einseitige Ernährung der malawischen Landbevölkerung. Da die Früchte zwischen den zwei Maisernten heranreifen, decken sie zudem eine Versorgungslücke. Die Straucherbse ist widerstandsfähig und wächst auch in der Trockenzeit weiter.

Preisgekrönte Doktorarbeit

Gina Garland schliesst ihre Doktorarbeit an der ETH demnächst ab. Eine weitere Doktorandin baut bereits auf Garlands Arbeit auf und beschäftigt sich mit Wurzelpilzen, der sogenannten Mykorrhiza, in vielfältigen Mais-Mischkulturen. Für ihre Dissertation hat Garland Mitte Dezember 2016 den mit 5000 Franken dotierten externe Seite Forschungspreis des Swiss Forum for International Agricultural Research (SFIAR) erhalten.