Untersuchung der Boden-Pflanzen-Interaktion und der Düngemittelwirkung auf Rasengräser

Anna Ray erforscht die Boden-Pflanzen-Interaktionen von Rasengräsern unter dem Einfluss von Düngemitteln. Ein zentraler Schwerpunkt ihrer Forschung ist Struvit: ein nachhaltiger Dünger mit langsamer Nahrstofffreisetzung, der aus Abwasser gewonnen wird. Professor Davey Jones, Projektbetreuer an der Universität Bangor, glaubt, dass dies der Weg in die Zukunft sein könnte: „Wir bauen Nahrungsmittel an, die Menschen essen sie und scheiden die Abfallstoffe aus, und wir gewinnen daraus die Nährstoffe zurück. Diese Art des Recyclings ist revolutionär.“

Professor Davey Jones leitet eine Forschungsgruppe, die sich mit drei wesentlichen Themen befasst: 1) Pathogene und Krankheiten des Menschen, 2) Nährstoffeffizienz und Landwirtschaft und 3) Wasserqualität und -verschmutzung. Er begann seine Laufbahn als Bodenwissenschaftler, promovierte an der Universität Oxford in Pflanzenbiologie und forschte in den USA über Boden-Pflanzen-Interaktionen in der Landwirtschaft, bevor er seine derzeitige Stelle an der Universität Bangor im Vereinigten Königreich antrat.

Darum geht es in der Forschung

Anna Ray untersucht die Auswirkungen von Phosphordüngern auf die Boden-Pflanzen-Interaktionen. Einer der Dünger, die sie testet, ist Struvit: eine recycelte Mischung aus Magnesium, Ammonium und Phosphat, die aus Abwasser gewonnen wird. Neben einer umfangreichen, wissenschaftlichen Literaturstudie plant Anna während der Dauer ihres einjährigen Forschungsaufenthaltes acht Experimente: 1) Untersuchung der Toxizität von Düngemitteln zur Messung der unmittelbaren Wirkung von Düngemitteln auf den Boden, 2) Untersuchung, wo sich der Phosphor (P) im Boden befindet (sorbiert oder gelöst) mithilfe von radioaktiv markierten 33P-Isotopen, 3) Untersuchung, ob die lokale Anwendung von P in verschiedenen Formen das Wurzelwachstum fördert, 4) Aufzeigen der P-Bewegung in verschiedenen Düngerformen, 5) Untersuchung des P-Mangels und der P-Aufnahme aus einer flüssigen Lösung, 6) Untersuchung der Auswirkungen verschiedener P-Dünger auf die Häufigkeit arbuskulärer Mykorrhizapilze (AMF), 7) Untersuchung der Auswirkungen von P-Düngern auf die Vielfalt mikrobieller Gemeinschaften, 8) Untersuchung der Auflösungsrate von Struvit.

Anna Ray: „Am Ende der diesjährigen Untersuchungen hoffe ich, die Mechanismen der Boden-Pflanzen-Interaktionen mit verschiedenen P-basierten Rasendüngern verstanden zu haben und erklären zu können, wie sie insbesondere das Wurzelwachstum der Pflanzen beeinflussen.“

Andy Owen, International Technical Manager von ICL, erklärt, dass ICL Struvit von der Firma Ostara als Teil seiner Sierrablen Plus Pearl Produktpalette verwendet. Dieses Recyclingprodukt ist nicht nur nachhaltig, sondern bietet auch echte Vorteile für den Rasen. „Um leistungsfähige Produkte zu entwickeln, müssen wir die Wechselwirkung zwischen Dünger und Pflanze besser verstehen. Die Zusammenarbeit mit der Universität Bangor ermöglicht es uns, die wissenschaftlichen Hintergründe weiter zu erforschen, und stellt sicher, dass wir in unserem Marketing und in der Kommunikation mit unseren Kunden eine klare Sprache sprechen können.“

Bisherige Ergebnisse

Bevor das Labor aufgrund der Pandemie geschlossen wurde, arbeitete Anna Ray an einem 7-tägigen Versuch über die Wechselwirkungen zwischen Dünger und Mikroorganismen. Der Versuch konzentrierte sich auf die mikrobielle Aktivität im Boden und den Einfluss verschiedener Düngemittel darauf. Mikrobielle Gemeinschaften sind ein wichtiger biologischer Indikator für die Boden- und Pflanzengesundheit, und die Auswirkungen von Düngemitteln auf diese Gemeinschaften sind nicht ausreichend erforscht. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass die mikrobiellen Gemeinschaften zwar beeinträchtigt werden können, aber widerstandsfähig sind und sich relativ schnell erholen. „Struvit zeigte während des gesamten Versuchs eine ähnliche Wirkung wie unsere Kontrollgruppe (Wasser), was darauf hindeutet, dass es umweltfreundlich ist. Ein vielversprechendes Ergebnis.“

Warum ist diese Forschung so wichtig?

Angesichts der wachsenden Weltbevölkerung und der steigenden Nahrungsmittelproduktion ist der Einsatz von Düngemitteln unvermeidlich, aber durch eine sorgfältige Produktauswahl und eine genaue Dosierung kann der Einsatz von Düngemitteln verbessert und effizienter gestaltet werden. Davey Jones: „Vor allem auf dem Acker, wo 40 % der Nährstoffe aus konventionellem Dünger die Pflanzen nie erreichen. Es ist wichtig, nachhaltige Dünger zu entwickeln, die die Umwelt so wenig wie möglich belasten. Annas Forschung wird uns helfen, besser zu verstehen, wie Düngemittel die Boden-Pflanzen-Interaktionen beeinflussen.“

Beteiligung der Industrie

Ein Forschungsmaster (MRes) ist ein einjähriges Forschungsprojekt mit dem Ziel, unser Verständnis durch neue wissenschaftliche Erkenntnisse zu verbessern. Annas Forschung wurde durch ein KESS 2-Stipendium (Knowledge Economy Skills Scholarship) finanziert, das Anna mit dem Industriepartner ICL in Kontakt brachte. Die Zusammenarbeit mit ICL gibt Anna die Möglichkeit, ihre Ideen und Ergebnisse unmittelbar der Industrie vorzustellen. Anna Ray:   „Sobald die pandemiebedingten Reisebeschränkungen aufgehoben werden, werde ich ICL besuchen, um mehr über die Branche zu erfahren und meine Forschungsarbeit vorzustellen. Wir haben mit ICL über die Ziele gesprochen, die sich beide Seiten gesetzt haben. Bei dieser Partnerschaft geht es um die Entwicklung von Experimenten, und ich halte es für wichtig, dass Akademiker mit der Industrie und ihren Bedürfnissen in Kontakt bleiben.“

Die Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Industrie ist wichtig, weil sie das Beste aus beiden Welten vereint. Davey Jones stimmt dem zu: „Die Industrie bringt einen wirtschaftlichen und praktischen Aspekt in unsere Forschung ein. Wir könnten perfekte Dünger entwickeln, aber aus wirtschaftlichen Gründen wird das wahrscheinlich nicht in großem Maßstab funktionieren. Forscher könnten Erkenntnisse gewinnen, die erst in 30 oder 40 Jahren kommerziell verwertbar sind. Diese Verbindung von Wissenschaft und Industrie macht unsere Forschung unmittelbar nutzbar und entspricht einem dringenden Marktbedürfnis, wie z. B. nach nachhaltigeren Lösungen im Düngemittelbereich.“

Zukunftspläne

Für die Zukunft hofft Davey Jones, die Forschung an neuen und nachhaltigeren Düngemittelprodukten fortzusetzen und diese im Vergleich zu konventionellen Produkten kritisch zu bewerten. Jones fügt lachend hinzu: „Wie man in der Wissenschaft zu sagen pflegt: Die Reise hat gerade erst begonnen. Und das stimmt. Es gibt noch so viel mehr zu entdecken. Wir verstehen zum Beispiel immer noch nicht genau, wie Wurzeln und Dünger miteinander interagieren und warum manche Dünger das Wurzelwachstum unterdrücken, während andere es fördern. Eine Antwort auf diese Fragen würde uns dem perfekten Dünger einen Schritt näherbringen.“

Anna Ray ist zurückhaltend, wenn es um ihre nächsten Schritte nach Abschluss der Forschungsarbeiten geht: „Das kann ich jetzt noch nicht genau sagen, weil ich nicht weiß, was passieren wird. Ich würde gerne promovieren und mich mit dem Thema Nachhaltigkeit für künftige Generationen beschäftigen, zum Beispiel mit regenerativen Lösungen in der Landwirtschaft oder der Naturforschung. Aber auch der Umweltjournalismus interessiert mich. Ich möchte Artikel schreiben, die wissenschaftliche Erkenntnisse für die breite Öffentlichkeit erklären. Ich werde sehen, welche Möglichkeiten sich mir bieten. Auf jeden Fall hoffe ich, einen Beitrag zu einer besseren Welt leisten zu können.“