Effektive Nährstoffressourcen und Düngemittel-Substitutionspotenzial der Wurzelbiomasse wichtiger Kulturpflanzen in China

Verborgene Hilfe unter den Feldern

Wenn wir uns ein Weizen- oder Reisfeld vorstellen, denken wir meist an das, was über der Erde sichtbar ist: goldene Ähren und hohe grüne Halme. Doch unter unseren Füßen liegt eine riesige und weitgehend unsichtbare Welt. Diese Studie untersucht die Wurzeln der wichtigsten chinesischen Kulturpflanzen und stellt eine einfache, aber wirkungsvolle Frage: Wenn wir das, was diese Wurzeln im Boden hinterlassen, richtig erfassen und nutzen würden, wie viel könnte das zur Kohlenstoffspeicherung beitragen und chemische Düngemittel ersetzen?

Messung des Schwer Erforschbaren

Da Wurzeln unter der Erde wachsen, sind sie deutlich schwerer zu beobachten und zu wiegen als Stängel und Blätter. Die Forschenden gingen dieses Problem an, indem sie experimentelle Studien durchforsteten, die das Wurzel- und Stängelwachstum in Chinas wichtigen Kulturpflanzen – Mais, Weizen, Reis, Sojabohnen, Baumwolle, Erdnüsse und Raps – sorgfältig gemessen hatten. Aus diesen Daten erstellten sie eine Reihe von "Verhältnissen", die verknüpfen, wie viel Wurzelbiomasse pro Einheit Stroh (den nach der Ernte verbleibenden Stängeln und Blättern) gebildet wird. Diese Verhältnisse kombinierten sie mit aktuellen nationalen Statistiken zu Anbauflächen und Stroherträgen für 2022, um abzuschätzen, wie viel Wurzelmaterial nach der Ernte im chinesischen Ackerboden verblieb.

Wie viel Wurzelmaterial liegt im Boden?

Die Zahlen erwiesen sich als sehr groß. Im Jahr 2022 wogen die Wurzeln der wichtigsten Kulturpflanzen Chinas etwa 152 Millionen Tonnen – fast ein Fünftel so viel wie das gesamte oberirdisch produzierte Stroh. Drei bekannte Getreidearten dominierten diese unterirdische Ernte: Mais, Weizen und Reis machten zusammen mehr als 90 % der gesamten Wurzelbiomasse aus. Der Großteil dieses Wurzelmaterials konzentrierte sich in Nordchina, Nordostchina sowie in den mittleren und unteren Bereichen des Jangtse-Flusses, die zugleich die Kornkammern des Landes sind. Provinzen wie Henan und Heilongjiang mit weiten, fruchtbaren Ebenen hoben sich als Hotspots der Wurzelbiomasse hervor.

Wurzeln als ruhende Quelle für Pflanzennahrung

Wurzeln sind bei der Ernte nicht einfach totes Gewebe; sie sind nährstoffreiche Pakete mit Stickstoff, Phosphor und Kalium – denselben Nährstoffen, die Landwirte in Düngersäcken kaufen. Indem die Autorinnen und Autoren ihre Biomasse-Schätzungen mit Daten zum Nährstoffgehalt kombinierten, berechneten sie, dass die Wurzeln der wichtigsten Kulturen in China etwa 3,22 Millionen Tonnen dieser Schlüssel-Nährstoffe enthalten. Für Landwirte noch relevanter ist, wie viel davon in der folgenden Vegetationsperiode verfügbar wird, wenn Wurzeln langsam zerfallen. Mit veröffentlichten Raten, wie schnell verschiedene Erntereste Nährstoffe freisetzen, schätzte das Team, dass etwa 2,32 Millionen Tonnen Nährstoffe aus Wurzeln innerhalb einer Saison von Pflanzen aufgenommen werden können, wobei Kalium den größten Anteil ausmacht.

Düngereinsparung ohne Ertragsverzicht

Um zu beurteilen, was diese verborgenen Nährstoffe in der Praxis bedeuten könnten, verglichen die Forschenden ihre Schätzungen mit empfohlenen chemischen Düngerdosen für jede Hauptkultur. Sie fanden heraus, dass die in einer Vegetationsperiode aus Wurzeln freigesetzten Nährstoffe theoretisch etwa 5,3 % des landesweit optimal angewendeten chemischen Düngers ersetzen könnten. Das Substitutionspotenzial war für Stickstoff und Phosphor moderat – in der Größenordnung weniger Prozentpunkte – aber auffallend hoch für Kalium, bei etwa 13 %. Beim Weizen zeigte sich der stärkste relative Nutzen: wurzelabgeleitete Nährstoffe entsprachen mehr als 7 % seiner idealen Düngerdosis. Diese Zahlen sind Best-Case-Werte: reale Felder unterscheiden sich in Bodentyp, Klima und Bewirtschaftung, was die Zersetzung der Wurzeln und die Effizienz der Nährstoffnutzung beschleunigen oder verlangsamen kann.

Was das für Böden und Ernährungssicherheit bedeutet

Aus der Sicht einer breiten Leserschaft ist die Botschaft der Studie, dass Pflanzenwurzeln eine wertvolle, inländisch produzierte Ressource darstellen, die China bereits kostenlos liefert. Eine korrekte Berücksichtigung dieser unterirdischen Biomasse hilft Wissenschaftlern, besser abzuschätzen, wie viel Kohlenstoff landwirtschaftliche Böden speichern können und wie Nährstoffe in der Landschaft zirkulieren. Für Landwirte und politische Entscheidungsträger legt die Arbeit nahe, dass klügere Bewirtschaftung von Ernterückständen und Wurzeln – kombiniert mit präziserem Düngemitteleinsatz – die Abhängigkeit von chemischen Inputs, insbesondere von Kalium, verringern und zugleich die Bodenfruchtbarkeit und langfristige Erträge unterstützen könnte. Obwohl Unsicherheit in den genauen Zahlen besteht und weitere Forschung nötig ist, um die Geschwindigkeit der Nährstofffreisetzung in verschiedenen Böden zu verfolgen, ist die Gesamtbotschaft eindeutig: Die Beachtung dessen, was unter der Erde geschieht, kann eine sinnvolle Rolle beim Aufbau einer kohlenstoffarmen, ressourceneffizienten Landwirtschaft spielen.

Zitation: Xie, J., Shao, J., Gao, C. et al. Effective nutrient resources and fertilizer substitution potential of root biomass of major crops in China. Sci Rep 16, 11107 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39892-8

Schlüsselwörter: Pflanzenwurzeln, Boden-Nährstoffe, Düngemittelanwendung, Boden-Kohlenstoff, landwirtschaftliches China