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agrarheute erklärt

Leguminosen: Wie kommt der Luftstickstoff in den Boden?

Inkarnatklee
am Mittwoch, 24.06.2020 - 08:49

Hülsenfrüchtler sind geniale Kraftwerke: Sie können mehrere 100 kg/ha N aus der Luft binden. Wie funktioniert dieser Mechanismus?

Die Restriktionen bei der Düngung werden immer schärfer. Umso bedeutender ist die Leistung der Leguminosen: Sie sind als einzige Pflanzenfamilie in der Lage, Luftstickstoff (N2) zu binden.

Dahinter steckt ein komplizierter Mechanismus. Er funktioniert nur deshalb, weil Pflanzen und Bodenbakterien wie in einem Getriebe zusammenarbeiten. Unglaubliche 200 bis 400 kg N/ha können auf diesem Weg aus der Luft über den Boden pflanzenverfügbar werden. Die Symbiose ist damit nicht nur für ökologisch wirtschaftende Betriebe wertvoll.

Für jede Kultur ganz spezielle Bodenbakterien

Die Bodenbakterien, meist aus den Gattungen Rhizobium oder Bradyrhizobium, müssen unbedingt vorhanden sein, damit Leguminosen den Luftstickstoff binden können. Mehr noch: Jede Kultur – Soja, Erbse, Klee, Luzerne und viele andere – kann sich nur mit einem ganz spezifischen Bakterium binden.

Manche von ihnen kommen in fast allen heimischen Böden vor, etwa für Klee. Andere Bakterienstämme müssen bei jeder Saat neu ausgebracht werden, in der Regel über eine Impfung des Saatguts. Das ist beispielsweise bei der Sojabohne der Fall.

Die Bakterien binden molekularen Stickstoff (N2) und wandeln ihn zu Ammoniak (NH3) und Ammoniumstickstoff (NH4+) um. Jetzt kann ihn die Pflanze nutzen.

Wurzeln locken die Bakterien an

Damit sich die Zweckgemeinschaft aus Bakterium und Pflanze überhaupt erst bilden kann, geben die Pflanzenwurzeln organische Verbindungen ab. Diese Ausscheidungen locken die Bakterien an.

Sie dringen in die Wurzel ein und verursachen dort Wucherungen, die typischen Knöllchen: Bei der Bohne und Soja sind sie rundlich, beim Klee oval und bei der Erbse traubig. In ihnen stellt das Bakterium jetzt seinen Stoffwechsel um – das Getriebe kommt in Gang.

Aktive Knöllchen sind blutrot

angeschnittenes Knöllchenbakterium an einer Sojawurzel

Nur die Rhizobien besitzen das für die N2-Fixierung nötige Enzym Nitrogenase, nicht die Pflanzen.

Dieses Enzym ist sehr sauerstoffempfindlich, bei zu hoher Konzentration zersetzt es sich. Deshalb muss die Sauerstoffkonzentration genau stimmen.

Das Ausbalancieren übernimmt die Pflanzenzelle: Sie bildet in den Knöllchen das eisenhaltige Protein Leghämoglobin. Es ähnelt dem Hämoglobin, das im menschlichen Blut Sauerstoff bindet.

Öffnet man zur Zeit der höchsten Fixierungsaktivität, bei der Sojabohne Mitte Juni, ein Knöllchen mit dem Fingernagel, ist es daher blutrot gefärbt.

Die Pflanze spendet dem Bakterium Zucker

Die Bindung des Stickstoffs in den Knöllchen ist extrem energieaufwendig. Damit der Prozess läuft, stellt die Pflanze dem Bakterium Zucker zur Verfügung, den sie bei der Fotosynthese gebildet hat. Im Gegenzug liefert das Bakterium Ammoniak, der schnell zu Aminosäuren umgewandelt wird, einem wichtigen Grundstoff der Pflanzenernährung.

Stickstoffdüngung kann die Aktivität der Knöllchenbakterien bremsen. Wegen des hohen Energiebedarfs muss der Boden ausreichend mit Phosphat versorgt sein. Auch Kupfer und Molybdän spielen für die Symbiose eine wichtige Rolle.

Nanovirusbefall bei Leguminosen