Wirkungen von Mykorrhizapilzen und phosphorlösenden Bakterien auf Ertrag und Qualität von Weizen in Nordindien

Dieses Projekt schliesst unmittelbar an zwei frühere Projektphasen des ISCB an. In Phase 1 wurden Mykorrhizapilze (AMF) sowie pflanzenwachstumsfördernde Rhizobakterien (PGPR) aus einem Weizenfeld isoliert. Anschliessend sind die Mikroorganismen in Töpfen und Kleinparzellen auf vorteilhafte biochemische Eigenschaften selektioniert worden. In Phase 2 wurden Samen von Weizen, Reis und Urdbohne mit den selektierten Stämmen inkrustiert und in Feldversuchen an sechs Standorten in Nordindien getestet. Parallel dazu wurden auch molekulare Methoden entwickelt, mit welchen AMF und PGPR in den Wurzeln der Feldfrüchte oder im Boden nachgewiesen werden können, was für die Qualitätssicherung der Inokula besonders relevant ist. In der aktuellen Phase 3 werden zwei Feldversuche (je einer mit einer Weizen-Reis und einer Weizen-Urdbohnen Fruchtfolge) für drei Jahre weitergeführt. Zusätzlich werden die Ergebnisse der ersten Testphase im Feld an vier neuen Standorten von unabhängigen Institutionen validiert, sowie on-farm Streifenexperimente als Demonstration in verschiedenen agro-ökologischen Regionen durchgeführt. Parallel dazu wird zurzeit im Labor die Massenproduktion der Inokulanten optimiert und die Markt-Einführung des „Bio-Fertilizers“ steht in Zusammenarbeit mit privaten Partnern bevor.

Mangelernährung ist ein weit verbreitetes Problem in Indien: laut FAO (2008) sind zurzeit 231 Mio. Menschen unterernährt. Ein grosses Problem stellt die Versorgung der Pflanzen mit Phosphor dar. Die pflanzenverfügbaren Mengen an Phosphat im Boden sind einerseits gering, andererseits ist eine Düngung mit leicht löslichen Phosphaten oft sehr ineffizient, da die Phosphationen sofort chemisch sorbiert werden. Ausserdem sind Kunstdünger teuer und werden von den Kleinbauern daher nur in geringen Mengen angewendet. Proteinmangel und Knappheit an Mikronährstoffversorgung vermindern ebenfalls die Qualität von Reis, Weizen und Leguminosen, die zu den Grundnahrungsmitteln der indischen Bevölkerung gehören. Die Sicherstellung der Nahrungsmittel und deren Qualität, sowie die Hebung der Bodenfruchtbarkeit unter limitiertem Einsatz von chemischen Hilfsstoffen sind deshalb zentral. Unter dem Aspekt der weltweit limitierten natürlichen Ressourcen wie Phosphatdünger und dem enormen Verlust von fruchtbarem Boden ist es angezeigt, nachhaltige Technologien zu suchen. Mutualistische Wurzelmikroorganismen wie AMF und PGPR haben ein grosses Potential, den Ertrag sowie die Nährstoffaufnahme von Pflanzen entscheidend zu verbessern.

An zwei Standorten mit unterschiedlichen Umweltbedingungen wird die mittelfristige Wirkung von AMF und PGPR auf Ertrag und Qualität von Weizen, Reis und Urdbohne beurteilt. Sieben verschiedene Verfahren inklusive einer Kontrolle werden in einem Strip Plot Design geprüft: (i) Eine natürliche Population von AMF, isoliert aus einem Weizenfeld in Indien und auf Wirtspflanzen vermehrt, (ii) ein AMF-Einzelstamm aus ebendieser Population, der als Wurzelorgankultur vermehrt wurde, (iii) zwei PGPR Stämme von phosphorlösenden Pseudomonaden, (iv) die kombinierte Anwendung der natürlichen AMF Population mit den PGPR Stämmen, (v) die kombinierte Anwendung des AMF- Einzelstammes mit den PGPR Stämmen sowie (vi) ein kommerzieller AMF-Einzelstamm. Als Kontrolle dient ein nicht inokuliertes Verfahren. Jedes Verfahren wird viermal mit zwei verschiedenen Düngungsstufen („ohne Mineraldünger“ vs. „Bauernpraxis“) wiederholt. Das Saatgut wird direkt vor der Aussaat mit dem jeweiligen Mikroorganismen-Inokulum inkrustiert. Die Versuchsplanung sowie das Zusammenstellen, Validieren und Auswerten der Daten ist Aufgabe des FiBL. Für die Versuchsdurchführung und Datenerhebung sind die indischen Partner zuständig.

Die Auswertung der Feldversuche der zweiten Projektphase ergab besonders beim Weizen sehr ermutigende Resultate. So konnte der Weizenertrag gemittelt über zwei Anbauperioden und sieben Standorte um 41 %, von 2.36 t ha-1 auf 3.35 t ha-1, dank der kombinierten Anwendung des natürlichen AMF-Inokulums zusammen mit den PGPR verbessert werden. Dabei ist bemerkenswert, dass die stärkste Wirkung auf relativ unfruchtbaren Böden beobachtet wurde. Auch die alleinige Anwendung von AMF oder PGPR führte zu Ertragssteigerungen bis 30 %. Von besonderer Bedeutung sind diese Resultate, weil durch die Bio-Inokulanten nicht nur die Erträge, sondern auch die Konzentrationen an Makro- und Mikronährstoffen im Korn erhöht wurden. Ebenso hat sich die die Aktivität von vier gemessenen Enzymen im Boden stark gesteigert. Die Anwendung von AMF und PGPR wirkte sich also positiv auf die Bodenfruchtbarkeit aus.

Projektleitung

Paul Mäder

Projektteam

Paul Mäder
Estelle Berset
Christian Schader

Projektpartner

• Dr. Alok Adholeya, Biotechnology and Management of Bioresources Division,The Energy and Resources Institute TERI, New Delhi, India
• Dr. Anil K. Sharma, Dept.of Biological Sciences, GBPUAT University, Pantnagar, India
• Prof. Dr. Virendra S. Bisaria, Dept. of Biochemical Engineering and Biotechnology, Indian Institute of Technology, New Delhi, India
• Prof. Dr. Andres Wiemken, Botanical Institute, University of Basel, Switzerland
• Prof. Dr. Thomas Boller, Botanical Institute, University of Basel, Switzerland

Finanzierung

Eidgenössisches Departement für Entwicklung und Zusammenarbeit (DEZA).

Wissenschaftliche Artikel

Mäder, P., Kaiser, F., Adholeya, A., Singh, R., Uppal S., H., Sharma, A.K., Srivastava, R., Sahai, V., Aragno, M., Wiemken, A., Johri, B.N. and Fried, P.M., 2011. Inoculation of root microorganisms for sustainable wheat-rice and wheat-black gram rotations in India. Soil Biology & Biochemistry 43, 609-619.

Projektbroschüre und vorläufige Ergebnisse

Indo-Swiss Collaboration in Biotechnology - Biofertilizer Network Project
http://iscb.epfl.ch/files/content/sites/iscb/files/shared/Documents/BFNet_Brochure_Final_2012.pdf