Zurich, Switzerland
November 30, 3034
Farmland often harbors a multitude of pathogens which attack plants and reduce yields. A Swiss research team has now shown that inoculating the soil with mycorrhizal fungi can help maintain or even improve yields without the use of additional fertilizers or pesticides. In a large-scale field trial, plant yield increased by up to 40 percent.
The fungi were mixed into the soil before sowing crops on 800 trial plots at 54 maize farms in northern and eastern Switzerland. (Bild: UZH)
In 54 Maisfeldern in der Nord- und Ostschweiz wurden Mykorrhiza-Pilze vor der Aussaat in den Boden eingearbeitet. Dadurch konnte der Ertrag gesteigert werden. (Bild: UZH)
Intensive use of fertilizers and pesticides on fields reduces biodiversity and pollutes the environment. There is therefore great interest in finding sustainable ways to protect yields without the use of agricultural chemicals. One example of alternative biologicals is mycorrhizal fungi, which are beneficial organisms that help plants acquire nutrients.
Yields improved by up to 40 percent
A team of researchers from the universities of Zurich and Basel, Agroscope and the Research Institute of Organic Agriculture (FiBL) has now shown for the first time on a large scale that the application of mycorrhizal fungi in the field works. The fungi were mixed into the soil before sowing crops on 800 trial plots at 54 maize farms in northern and eastern Switzerland. “On a quarter of the plots, the mycorrhizal fungi enabled up to 40 percent better yields. That’s huge,” says the study’s co-lead Marcel van der Heijden, a soil ecologist at the University of Zurich and at Asgroscope. But there’s a catch: on a third of the plots, the yield did not increase and in some cases even decreased. The research team was initially unable to explain why this happened.
Pathogens in the soil
In their search for the cause, the researchers analyzed a variety of chemical, physical and biological soil properties, including the biodiversity of soil microbes. “We discovered that the inoculation functioned best when there were lots of fungal pathogens already in the soil,” says co-first author Stefanie Lutz from Agroscope, the federal center of competence for agricultural research. “The mycorrhizal fungi act as a kind of protective shield against pathogens in the soil that would weaken the plants.” As a result, the normal yield can be maintained in fields where without mycorrhizal fungi there would have been losses. In contrast, mycorrhizal fungi had only a minor effect on fields that are not contaminated with pathogens. “The plants there are strong anyway and grow excellently. The use of mycorrhizal fungi in such cases brings no additional benefits,” says the other first author Natacha Bodenhausen from the Research Institute of Organic Agriculture.
Vaccination success can be predicted
The aim of the study, funded by the Gebert Rüf Foundation, was to be able to predict the conditions under which mycorrhizal inoculation works. “With just a few soil indicators – mainly soil fungi – we were able to predict the success of inoculation in nine out of 10 fields, and thus could also predict the harvest yield even before the field season,” says the study’s co-lead Klaus Schläppi of the University of Basel. “This predictability makes it possible to target the use of the fungi in fields where they will work. That’s a crucial element for developing these technologies into a reliable agricultural method,” says Schläppi.
Further research is still required to find out the easiest way to spread the fungi over large areas. Nevertheless, “the results of this field trial represent a big step toward a more sustainable agriculture,” concludes Marcel van der Heijden.
Literature:
Stefanie Lutz et al. Soil microbiome indicators can predict crop growth response to large-scale inoculation with arbuscular mycorrhizal fungi. Nature Microbiology, 29. November 2023. DOI: 10.1038/s41564-023-01520-w
Eine Impfung gegen kranke ÄckerAckerböden beherbergen oft viele Krankheitserreger, die Pflanzen befallen und Erträge mindern. Ein Schweizer Forschungsteam hat nun gezeigt, dass eine Impfung des Bodens mit Mykorrhiza-Pilzen helfen kann, den Ertrag ohne zusätzliche Düngung und Pflanzenschutzmittel zu halten oder gar zu verbessern. In einem gross angelegten Freilandversuch konnte die Ernte um bis zu 40 Prozent gesteigert werden.
Intensiver Einsatz von Dünger und Pflanzenschutzmitteln auf unseren Äckern verringert die Biodiversität und belastet die Umwelt. Daher besteht ein grosses Interesse an nachhaltigen Möglichkeiten zur Ertragssicherung ohne Einsatz von Agrarchemikalien. Ein Beispiel von alternativen Biologicals sind Mykorrhiza-Pilze, welche als Nützlinge die Pflanzen bei der Nährstoffaufnahme unterstützen.
Eine Ertragsverbesserung um bis zu 40 Prozent
Ein Team von Forschenden der Universitäten Zürich und Basel, von Agroscope sowie dem Forschungsinstitut für biologischen Landbau FiBL hat nun erstmals grossflächig gezeigt, dass das Ausbringen von Mykorrhiza-Pilzen im Feld tatsächlich funktioniert. Auf 800 Versuchsflächen, beziehungsweise 54 Maisfeldern in der Nord- und Ostschweiz wurden die Pilze vor der Aussaat in den Boden eingearbeitet. «Die Mykorrhiza-Pilze ermöglichten auf einem Viertel der Äcker einen bis zu 40 Prozent besseren Ertrag. Das ist enorm», sagt der Co-Studienleiter Marcel van der Heijden, Bodenökologe an der Universität Zürich und Agroscope. Die Sache hat allerdings einen Haken: Auf einem Drittel der Äcker gab es keine Ertragssteigerung oder sogar einen Ertragsrückgang. Das konnte sich das Team zunächst nicht erklären.
Krankheitserreger im Boden
Auf der Suche nach der Ursache analysierten die Forschenden eine Vielzahl chemischer, physikalischer und biologischer Bodeneigenschaften, darunter auch die Artenvielfalt der Bodenmikroben. «Wir haben herausgefunden, dass die Impfung vor allem dann gut funktioniert, wenn viele pilzliche Krankheitserreger im Boden vorhanden sind», sagt Co-Erstautorin Stefanie Lutz von Agroscope, dem Kompetenzzentrum des Bundes für Forschung in der Land- und Ernährungswirtschaft. «Die Mykorrhiza-Pilze wirken wie eine Art Schutzschild bei Krankheitserregern im Boden, welche die Pflanzen schwächen würden.» In der Folge bleibt der normal hohe Ertrag erhalten, während ohne Mykorrhiza-Pilze Ernteverlusten anfallen würden. Auf Äckern, die nicht mit Krankheitskeimen belastet sind, haben Mykorrhiza-Pilze dagegen nur einen geringen Effekt. «Dort sind die Pflanzen ohnehin schon stark und wachsen hervorragend. Das Ausbringen von Mykorrhiza bringt hier keinen zusätzlichen Nutzen», sagt Natacha Bodenhausen vom Forschungsinstitut für biologischen Landbau, ebenfalls Erstautorin.
Impferfolg ist vorhersagbar
Ziel der von der «Gebert Rüf Stiftung» finanzierten Studie war es, vorhersagen zu können, unter welchen Bedingungen eine Mykorrhiza-Impfungen funktioniert. «Mit wenigen Bodenindikatoren – hauptsächlich Bodenpilzen – konnten wir den Erfolg einer Impfung in 9 von 10 Feldern prognostizieren – und damit auch bereits vor der Feldsaison den Ernteertrag», sagt der Co-Studienleiter Klaus Schläppi von der Universität Basel. «Diese Vorhersagbarkeit erlaubt es, die Pilze dann gezielt in Äckern einzusetzen, wo diese auch funktionieren. Das wird entscheidend sein, damit sich diese Technologie zu einer zuverlässigen landwirtschaftlichen Methode entwickeln kann», so Schläppi.
Noch sind weitere Forschungen dazu nötig, wie sich die Pilze am einfachsten grossflächig ausbringen lassen. «Die Ergebnisse dieses Feldversuches sind aber schon jetzt ein grosser Schritt in Richtung einer nachhaltigeren Landwirtschaft», erklärt Marcel van der Heijden
Literatur:
Stefanie Lutz et al. Soil microbiome indicators can predict crop growth response to large-scale inoculation with arbuscular mycorrhizal fungi. Nature Microbiology, 29. November 2023. DOI: 10.1038/s41564-023-01520-w
Topics
Species
