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Synergism between phosphate fertilization and phosphate-solubilizing microorganisms enhances phosphorus use efficiency in a soybean–maize succession

Diese Studie zeigt, dass die Inokulation von Soja-Mais-Sukzessionssystemen in tropischen Cerrado-Oxisolen mit phosphatlösenden Mikroorganismen (*Bacillus subtilis* und *Priestia megaterium*) in Kombination mit einer Monoammoniumphosphat-Düngung die Phosphorverfügbarkeit im Boden, die Pflanzenernährung und den Ernteertrag synergistisch steigert und dadurch die gesamte Phosphornutzungseffizienz verbessert.

Ursprüngliche Autoren: Thays Mendonça Oliveira, Veridiana Cardozo Gonçalves Cantão, Jessyca Adriana Gomes Florêncio Silva, Ricardo Castro Dias, Juliana Silva Rodrigues Cabral, Wanessa Thais Ferreira Duarte, Sudip Sarkar, An

Veröffentlicht 2026-07-09

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CC BY 4.0

Ursprüngliche Autoren: Thays Mendonça Oliveira, Veridiana Cardozo Gonçalves Cantão, Jessyca Adriana Gomes Florêncio Silva, Ricardo Castro Dias, Juliana Silva Rodrigues Cabral, Wanessa Thais Ferreira Duarte, Sudip Sarkar, Antônio Jussiê Silva Solino

Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Dies ist eine KI-generierte Erklärung des untenstehenden Papers. Sie wurde nicht von den Autoren verfasst oder gebilligt. Für technische Genauigkeit konsultieren Sie das Originalpaper. Vollständigen Haftungsausschluss lesen

Das große Ganze: Eine verschlossene Schatzkiste öffnen

Stellen Sie sich vor, der Boden eines Bauern ist wie eine riesige Schatzkiste voller Gold (Phosphor), das essenziell ist, damit Pflanzen groß und stark werden können. In tropischen Böden (wie dem Cerrado in Brasilien) ist dieses Gold jedoch in einer sehr harten, rostigen Box eingeschlossen. Die Pflanzen können nicht von selbst herankommen.

Traditionell versuchen Landwirte, die Box aufzubrechen, indem sie riesige Mengen chemischen Dünger (den „Schlüssel“) hineinwerfen. Aber das ist teuer, und oft schließt der Boden das neue Gold einfach wieder weg, was Geld verschwendet und die Umwelt belastet.

Diese Studie stellte eine einfache Frage: Was wäre, wenn wir ein Team von winzigen, spezialisierten Schlüsselschlossern (Mikroorganismen) engagieren, um uns beim Öffnen der Box zu helfen, damit wir nicht so viele chemische Schlüssel hineinwerfen müssen?

Das Experiment: Die „Schlüsselschlosser“ und die „Schlüssel“

Die Forscher führten ein Feldexperiment mit zwei beliebten Nutzpflanzen durch: Soja (eine Leguminose) und Mais. Sie testeten verschiedene Kombinationen aus:

Chemischen Schlüsseln: Verschiedene Mengen an Phosphatdünger (Monoammoniumphosphat).
Winzigen Schlüsselschlossern: Zwei spezifische Arten von Bakterien (Bacillus subtilis und Priestia megaterium), die dafür bekannt sind, festgeschlossenen Phosphor zu lösen.
Der Kontrollgruppe: Eine Gruppe ohne Dünger und ohne Bakterien (die „Nichts tun“-Gruppe).

Sie wollten sehen, ob die Bakterien den Pflanzen helfen können, mehr Nährstoffe aufzunehmen, besser zu wachsen und mehr Nahrung zu produzieren, insbesondere wenn weniger Dünger verwendet wird.

Was geschah mit den Sojabohnen? (Der „Beständige Eddy“)

Betrachten Sie die Sojakulturen als einen sehr effizienten, vorsichtigen Fahrer.

Das Ergebnis: Selbst ohne die Zugabe von zusätzlichem chemischem Dünger kamen die Sojabohnen gut zurecht, wenn die „winzigen Schlüsselschlosser“ anwesend waren. Tatsächlich halfen die Bakterien den Pflanzen dabei, mehr des bereits im Boden vorhandenen natürlichen Goldes zu greifen.
Der Ertrag: Die Menge der geernteten Sojabohnen änderte sich nicht wesentlich, egal ob sie Bakterien, Dünger oder beides verwendeten. Warum? Weil der Boden bereits genug Gold hatte, um die Pflanzen zu ernähren; die Pflanzen waren nicht „hungrig“ genug, um mehr zu benötigen.
Die Erkenntnis: Die Bakterien fungierten wie ein hilfreicher Assistent, der sicherstellte, dass die Pflanzen genau das bekamen, was sie aus dem Boden brauchten, ohne dass ein massiver chemischer Schub nötig war.

Was geschah mit dem Mais? (Der „Wachstumsschub“)

Stellen Sie sich nun die Maiskultur als einen Teenager vor, der gerade einen Wachstumsschub durchmacht. Er braucht viel Energie und Nährstoffe, um hoch zu werden und schwere Maiskolben zu produzen.

Das Ergebnis: Der Mais liebte die Kombination aus den „winzigen Schlüsselschlossern“ und dem chemischen Dünger. Als die Forscher mehr Dünger hinzufügten, stieg der Maisertrag in einer geraden, vorhersehbaren Linie an.
Die Synergie: Die Bakterien halfen nicht nur ein wenig; sie machten den Dünger viel effektiver. Es ist, als würde man dem Teenager eine hochwertige Mahlzeit (Dünger) und einen Personal Trainer (Bakterien) geben, um ihm zu helfen, die Nährstoffe aufzunehmen. Das Ergebnis war deutlich mehr Mais.

Wie steht es um die Bodengesundheit?

Die Forscher schauten auch unter die Motorhaube des Bodens, um zu sehen, wie der „Motor“ läuft.

Die gute Nachricht: Die Bakterien machten den Boden aktiver. Speziell erhöhten sie die Aktivität eines Enzyms namens β-Glucosidase. Betrachten Sie dieses Enzym als das „Verdauungssystem“ des Bodens. Wenn es aktiv ist, bedeutet das, dass die Bodenmikroben glücklich organische Materie essen und recyceln, was den Boden gesund und lebendig hält.
Die neutrale Nachricht: Einige andere Bodenenzyme (die „spezialisierten Werkzeuge“ zum Abbau bestimmter Mineralien) änderten sich kaum. Das ist eigentlich normal; wenn reichlich Nahrung (Phosphor) verfügbar ist, müssen die Bodenmikroben nicht so hart arbeiten, um ihn zu finden, und stellen daher die Produktion dieser spezifischen Werkzeuge ein.

Das Fazleit

Diese Studie zeigt, dass die Verwendung dieser spezifischen „winzigen Schlüsselschlosser“ (Bakterien) zusammen mit Dünger eine gewinnbringende Strategie ist, aber sie funktioniert bei unterschiedlichen Kulturen verschieden:

Bei Soja halfen die Bakterien den Pflanzen, die natürlichen Bodenressourcen effizient zu nutzen, was sie gesund hielt, ohne dass zusätzliche Chemikalien nötig waren.
Beim Mais wirkten die Bakterien als Multiplikator, der den Pflanzen half, den Dünger in eine viel größere Ernte zu verwandeln.

Kurz gesagt: Indem Landwirte die winzigen Arbeiter der Natur mit traditionellem Dünger kombinieren, können sie bessere Ergebnisse bei ihren Kulturen erzielen und ihre Ressourcen klüger nutzen, insbesondere in schwierigen tropischen Böden.

Technische Zusammenfassung: Synergie zwischen Phosphatdüngung und phosphatlösenden Mikroorganismen in einer Soja–Mais-Sukzession

Problemstellung
Phosphor (P) ist ein kritischer Makronährstoff für das Pflanzenwachstum, doch seine Effizienz in tropischen Böden, insbesondere in stark verwitterten Oxisolen des Cerrado-Bioms, bleibt aufgrund der starken Fixierung durch Eisen- und Aluminiumoxide gering. Diese Limitierung erfordert hohe Raten der Phosphatdüngung, was die Produktionskosten erhöht und Umweltrisiken wie Eutrophierung birgt. Während phosphatlösende Mikroorganismen (PSM) einen biologischen Mechanismus zur Mobilisierung von unlöslichem P bieten, mangelt es an Felddaten bezüglich ihrer synergistischen Effekte mit Mineraldüngern in integrierten Soja–Mais-Sukzessionssystemen. Diese Studie adressiert die Wissenslücke hinsichtlich der Frage, wie die kombinierte Anwendung von PSM-Inokulation und variierenden Mengen an Monoammoniumphosphat (MAP) die Boden-P-Verfügbarkeit, die biochemische Aktivität, die Pflanzenphysiologie und den Ertrag unter tropischen Bedingungen beeinflusst.

Methodik
Die Forschung wurde als Feldexperiment in Montividiu, Goiás, Brasilien, während der Anbausaison 2023/2024 auf einem Cerrado-Oxisol mit einem anfänglichen verfügbaren P-Gehalt von 25 mg dm⁻³ durchgeführt. Die Studie verwendete ein randomisiertes Blockdesign (RCBD) mit vier Wiederholungen. Die Behandlungen bestanden aus fünf P₂O₅-Gaben (0, 19,5, 39,0, 58,5 und 78,0 kg ha⁻¹) in Form von MAP, kombiniert mit oder ohne Inokulation von zwei spezifischen PSM-Stämmen: Bacillus subtilis (CNPMS B2084) und Priestia megaterium (CNPMS B119). Eine absolute Kontrolle (kein P, kein PSM) wurde ebenfalls einbezogen.

Das Experiment evaluierte eine Soja–Mais-Sukzession. Soja (Glycine max, cv. Soy Combate IPRO) wurde im Oktober 2023 ausgesät, gefolgt von Mais (Zea mays, Hybrid MG597) im März 2024. Zu den untersuchten Parametern gehörten:

Agronomische Merkmale: Hülsenanzahl, Samen pro Hülse, Kornerertrag und Tausendkorngewicht.
Nährstoffstatus: Blatt- und Korner-P-Konzentrationen.
Physiologische Parameter: Chlorophyll- $a$ -Fluoreszenz-Transienten (O–J–I–P-Protokoll) zur Bewertung der Leistung des Photosystems II (PSII), einschließlich der Schließungsraten der Reaktionszentren, der Quantenausbeuten und der Elektronentransportwahrscheinlichkeiten.
Bodenbiochemische Attribute: Verfügbares Boden-P (Mehlich-1), Enzymaktivitäten ( $\beta$ -Glucosidase, Arylsulfatase sowie saure und alkalische Phosphatasen) und leicht extrahierbares glomalin-bezogenes Bodenprotein (EE-GRSP).

Die Daten wurden mittels ANOVA und polynomischer Regressionsmodelle analysiert, wobei die Vergleiche gegen die absolute Kontrolle mittels LSD-Tests (Least Significant Difference) erfolgten.

Hauptergebnisse
Die Studie zeigte unterschiedliche Reaktionen zwischen den beiden Kulturen und spezifische biochemische Veränderungen auf:

Reaktion der Soja: Die Inokulation mit PSM erhöhte die Boden-P-Verfügbarkeit und die Blatt-P-Konzentration im Vergleich zur Kontrolle, selbst ohne Zugabe von mineralischem P. Der Kornerertrag wurde jedoch durch die Behandlungen nicht signifikant beeinflusst und lag im Durchschnitt bei 4.199 kg ha⁻¹ bei den P + PSM-Behandlungen. Die Anzahl der Hülsen pro Pflanze war in den Behandlungen mit $\ge$ 19,5 kg ha⁻¹ P₂O₅ tatsächlich niedriger als in der absoluten Kontrolle. Die Blatt-P-Konzentration sank quadratisch mit steigenden P-Gaben, während die Korner-P-Konzentration linear anstieg. Die PSII-photochemischen Parameter blieben über alle Behandlungen hinweg stabil.
Reaktion des Mais: Mais zeigte eine stärkere Reaktion auf die kombinierten Behandlungen. Der Kornerertrag stieg unter PSM-Inokulation linear mit den P₂O₅-Gaben an, wobei Gaben $\ge$ 26 kg ha⁻¹ Erträge von über 3,5 Mg ha⁻¹ im Vergleich zu 3,2 Mg ha⁻¹ in der Kontrolle erzielten. Die Blatt-P-Konzentration zeigte eine quadratische Reaktion mit einem Maximum bei 41,5 kg ha⁻¹ P₂O₅.
Bodenbiochemie: Die $\beta$ -Glucosidase-Aktivität stieg mit der P₂O₅ + PSM-Anwendung in beiden Kulturen linear an, was auf einen verbesserten mikrobiellen Kohlenstoffkreislauf hindeutet. Im Gegensatz dazu blieb die Arylsulfatase-Aktivität stabil. Die Aktivitäten der sauren und alkalischen Phosphatase waren im Allgemeinen unbeeinflusst oder gingen in Gegenwart von P + PSM zurück, was auf eine Herunterregulierung der Enzymsynthese hindeutet, wenn anorganisches P verfügbar ist. Der Glomalin-Gehalt blieb über alle Behandlungen hinweg stabil.

Wesentliche Beiträge und Bedeutung
Die Arbeit zeigt, dass die synergistische Anwendung von Bacillus subtilis und Priestia megaterium zusammen mit mineralischen Phosphatdüngern die Effizienz der Phosphornutzung in tropischen Soja–Mais-Systemen verbessert, wenngleich das Ausmaß des Nutzens kulturspezifisch ist.

Kulturspezifische Dynamik: Die Studie hebt hervor, dass C₄-Pflanzen (Mais) eine lineare Ertragsreaktion auf die kombinierte Behandlung zeigen, was wahrscheinlich auf eine höhere Photosynthesekapazität und einen höheren Nährstoffbedarf zurückzuführen ist, während C₃-Pflanzen (Soja) stabile Erträge beibehielten, aber eine verbesserte Nährstoffaufnahmeeffizienz zeigten.
Wirkmechanismus: Die Ergebnisse bestätigen, dass die PSM-Inokulation effektiv natives oder fixiertes Boden-P mobilisiert, wie der Anstieg des Blatt-P in der Soja ohne mineralischen Dünger belegt. Der lineare Anstieg der $\beta$ -Glucosidase-Aktivität deutet darauf hin, dass die kombinierte Behandlung den breiteren mikrobiellen Stoffwechsel und den Umsatz organischer Substanz stimuliert.
Physiologische Stabilität: Die Stabilität der PSII-photochemischen Parameter über alle Behandlungen hinweg zeigt, dass die angewendeten P-Gaben und die PSM-Inokulation keinen Photosynthesestress induzierten und somit die pflanzliche physiologische Gesundheit aufrechterhielten.
Nachhaltiges Management: Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass die PSM-Inokulation eine effektive Strategie ist, um die Effizienz der Phosphornutzung zu verbessern. Die Ergebnisse legen nahe, dass diese Mikroorganismen die mineralische Düngung ergänzen können, was potenziell eine Reduzierung der Abhängigkeit von hohen P-Dosen in tropischen Anbausystemen ermöglicht, ohne die agronomische Leistungsfähigkeit zu beeinträchtigen, wodurch zu einem nachhaltigeren Nährstoffmanagement beigetragen wird.

Die Arbeit rahmt diese Erkenntnisse bescheiden als einen Fortschritt im Verständnis biotischer-abiotischer Interaktionen unter Feldbedingungen ein und weist darauf hin, dass Langzeitbewertungen und Kosten-Nutzen-Analysen für eine großflächige Anwendung notwendig sind.