Auswirkungen von Biokohlezugaben auf verfügbaren Stickstoff im Rhizosphärenboden und Pflanzenwachstum

Pflanzenreste in einen Bodendünger verwandeln

Landwirtinnen und Landwirte weltweit stehen vor einem grundlegenden Problem: Ein Großteil des gekauften Stickstoffdüngers erreicht die Pflanzen nie. Er entweicht in Luft und Gewässer, verschwendet Geld und schadet der Umwelt. Diese Studie untersucht einen vielversprechenden Weg, mehr von diesem Stickstoff zu speichern, indem landwirtschaftliche Rückstände wie Maisstängel und Rebschnitt zu Biokohle – einem koksähnlichen Material – verarbeitet und in den für Tabakanbau genutzten Boden eingemischt werden. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die richtige Biokohle-Mischung den Boden gleichmäßiger mit Nährstoffen versorgen kann und so zu kräftigerem Pflanzenwachstum führt.

Wie verbranntes Pflanzenmaterial dem Boden hilft

Biokohle entsteht, wenn Pflanzenabfälle bei hohen Temperaturen und mit wenig oder keinem Sauerstoff erhitzt werden; es entsteht ein schwarzes, poröses Material. Da es voller winziger Hohlräume ist und eine große Oberfläche bietet, kann Biokohle wie ein Schwamm und ein Unterschlupf im Boden wirken, Nährstoffe festhalten und Mikroben Wohnraum bieten. Die Forscherinnen und Forscher konzentrierten sich auf zwei Typen: Biokohle aus Maisstängeln und aus Rebstöcken. Sie wollten wissen, ob sich jede Sorte und Mischungen der beiden darauf auswirken, wie Stickstoff sich in dem Boden um Tabakwurzeln bewegt und gespeichert wird, und ob diese Veränderungen in gesünderen Pflanzen sichtbar werden.

Prüfung von Biokohle-Mischungen in Topfpflanzen

Das Team führte ein Topfexperiment in Südwestchina mit einem dort üblichen Boden und einer verbreiteten Tabaksorte durch. Jeder Topf erhielt entweder keine Biokohle oder eine Zugabe von 2 % Maisbiokohle, Rebbio-kohle oder eine von drei Mischungen der beiden. Alle Töpfe wurden gleichermaßen gedüngt, um die Praxis auf dem Feld nachzuahmen. Im Laufe der Saison entnahmen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in drei wichtigen Wachstumsstadien Proben aus zwei Zonen: dem an den Wurzeln anhaftenden Rhizosphärenboden und dem weiter entfernten Bulk-Boden. Sie bestimmten mehrere Stickstoffformen – wie Gesamtnitrogen, pflanzenverfügbares Ammonium und Nitrat, in Mikroben gebundenen Stickstoff und gelösten organischen Stickstoff – sowie die Aktivität von Bodenenzymen, die Stickstoffumwandlungen antreiben.

Mehr verfügbarer Stickstoff dort, wo die Wurzeln ihn am meisten brauchen

Die Zugabe von Biokohle veränderte das Stickstoffbild im Boden deutlich. In Töpfen mit Biokohle, insbesondere in denen mit einer eins-zu-eins-Mischung aus Mais- und Rebbio-kohle, enthielt der Boden in Wurzelnähe mehr Gesamtnitrogen sowie mehr pflanzenverfügbares Ammonium und Nitrat als der Boden ohne Biokohle. Mikroben-gebundenes Stickstoff und gelöster organischer Stickstoff stiegen ebenfalls an, was auf eine lebhaftere und nährstoffreichere Wurzelzone hinweist. Im Laufe der Zeit nahmen die leicht verfügbaren Ammonium- und Nitratmengen zwar ab, als die Pflanzen sie aufnahmen bzw. Teile verloren gingen, doch sie starteten auf höheren Niveaus und blieben in biokohlebehandelten Böden länger verfügbar. Im weiter von den Wurzeln entfernten Boden erhöhte Biokohle das Gesamtnitrogen, unterstützte aber offenbar eine andere Balance, wobei gelöste organische Formen in Nitrat umgewandelt wurden, um die Versorgung aufrechtzuerhalten.

Bodenleben, Enzyme und größere Tabakpflanzen

Biokohle bewirkte mehr, als nur zusätzlichen Stickstoff zu speichern; sie schien auch die natürliche Maschinerie zu beschleunigen, die Stickstoff im Boden kreislauft. Töpfe mit Biokohle zeigten eine höhere Aktivität der Nitrogenase, die hilft, neues Stickstoff in das System zu bringen, sowie von Urease und Nitratreduktase, die den Stickstoff zwischen verschiedenen Formen umwandeln. Diese Effekte waren in der Rhizosphäre am stärksten und wiederum am ausgeprägtesten bei der ausgewogenen Mais–Reben-Biokohle-Mischung. Infolgedessen wiesen Tabakpflanzen, die mit Biokohle, besonders mit dieser Mischung, angebaut wurden, einen höheren Blattstickstoffgehalt auf und akkumulierten deutlich mehr Trockensubstanz über und unter der Erde. Die Wurzeln wuchsen größer und die Triebe wurden schwerer, was darauf hindeutet, dass die Pflanzen Stickstoff effizienter aufnehmen und nutzen konnten.

Was das für Landwirte und die Umwelt bedeutet

Die Studie zeigt, dass nicht alle Biokohlen gleich sind, aber dass eine sorgfältig ausgewählte Kombination den Boden für Pflanzen besser arbeiten lassen kann. Indem die enge Zone um die Wurzeln mit mehr verfügbarem Stickstoff und aktiveren Mikroben angereichert wird, half eine eins-zu-eins-Mischung aus Mais- und Rebbio-kohle den Tabakpflanzen, ohne zusätzlichen Dünger größer zu wachsen. Für Landwirtinnen und Landwirte könnten solche maßgeschneiderten Biokohle-Mischungen aus lokalen Ernterückständen die Erträge verbessern und Stickstoffverluste verringern. Für die Umwelt bedeutet eine bessere Stickstoffnutzung weniger Düngeraustrag in Gewässer oder Entweichung in die Atmosphäre. Feldversuche werden noch nötig sein, doch die Ergebnisse weisen auf einen praktischen Weg hin, landwirtschaftliche Abfälle in ein Instrument für sauberere und effizientere Produktion zu verwandeln.

Zitation: Jiang, H., Zhu, M., Li, J. et al. Effects of biochar amendment on rhizosphere soil available nitrogen and crop growth. Sci Rep 16, 11917 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42014-z

Schlüsselwörter: Biokohle, Bodenstickstoff, Tabakwachstum, Rhizosphäre, Bodenfruchtbarkeit