Die Humusschicht, entstanden durch den Abbau pflanzlicher Reste über Tausende von Jahren, bedeckt in den fruchtbaren Regionen unseres Planeten Erde den Unterboden als dunkle Hülle, gleich einer Haut. Durch die heutige intensive Landwirtschaft mit grossen Mengen an chemischen Düngern und Pflanzenschutzmitteln sowie schweren Maschinen zerstören wir unsere Böden. Weltweit gingen so schon etwa ein Drittel der fruchtbaren Ackerböden durch Erosion verloren. In der Schweiz werden unsere Böden zwar dank gut ausgebildeter Landwirte und einem ausgeklügelten Direktzahlungssystem für ökologische Leistungen weniger intensiv bewirtschaftet. Trotzdem: Biologische und insbesondere biologisch-dynamische Ackerböden haben mehr Humus, sind belebter, sind artenreicher und produzieren weniger Treibhausgase. Überdies setzen sie Energie und Nährstoffe effizienter in Erträge um. Das zeigen Ergebnisse aus dem seit 1978 laufenden Vergleich zwischen den Anbausystemen biologisch-dynamisch, biologisch-organisch und konventionell, dem DOK-Versuch in Therwil bei Basel.

Begehen Sie das DOK-Versuchsfeld nach einem starken Regen, dann fällt Ihnen auf, dass die biologisch bewirtschafteten Parzellen weniger verschlämmt sind. Mit einem Spaten kommen Sie dem Geheimnis auf den Grund: Im Bioackerboden finden Sie mehr Regenwurmgänge, die das Regenwasser in den Boden einleiten. Graben Sie Kartoffeln aus, dann bemerken Sie, dass die konventionellen Kartoffeln viel massiger sind als die Biokartoffeln. Das kommt nicht von ungefähr: Die konventionellen Kartoffeln erhalten im Schnitt etwa doppelt so viel Düngemittel und werden zwölfmal gegen Unkräuter, Pilze und Insekten gespritzt. Wandern Sie weiter durch die Versuchsanlage, dann sehen Sie, dass der Bioweizen sehr schön steht und etwas länger ist, weil er nicht mit chemischen Wachstumsregulatoren kurzgespritzt wird, damit die Pflanzen bei Windböen weniger umknicken.

Bei den durchschnittlichen Erträgen über alle Kulturen punktet das konventionelle Anbauverfahren. Im Biolandbau wird im Durchschnitt rund 20 Prozent weniger geerntet. Wichtig ist dabei, dass die Ertragsdifferenzen zwischen biologisch und konventionell über die 40 Jahre stabil geblieben sind – die Biosysteme vermochten die Bodenfruchtbarkeit zu erhalten. Die Biovarianten produzieren mit rund 50 Prozent geringerem Düngerund Energieaufwand, sie sind also effizienter und schonen dabei die Umwelt.

Interessant sind auch die Unterschiede zwischen den Systemen biologisch und biodynamisch. Während die Kartoffelerträge im biologischen System dank den Kupferspritzungen etwa 15 Prozent höher liegen als im biodynamischen, sind die biodynamischen Weizenerträge in den letzten Jahren rund 20 Prozent höher als im Biosystem. Dieser Mehrertrag lässt sich wohl mit der besseren Bodenstruktur und der höheren biologischen Aktivität sowie der Verwendung angepasster Biosorten der Getreidezüchtung Peter Kunz im biodynamischen System erklären.

Die Böden werden im biodynamischen Verfahren mit Mistkompost und biodynamischen Präparaten gepflegt, im biologischen Verfahren erhalten die Versuchsparzellen Mist und im konventionellen Verfahren chemische Dünger und Mist. Während in den biodynamischen Parzellen ganz auf Pflanzenschutzmittel verzichtet wird, werden die biologisch angebauten Kartoffeln mit Kupfer vor Krankheiten geschützt. Gegen Kartoffelkäfer helfen in beiden Bioverfahren natürliche Mittel (Bacillus thuringiensis). Über die Jahre wurden daher im biologischen System 95 Prozent weniger giftige Substanzen als im konventionellen System versprüht, im biodynamischen Verfahren 100 Prozent weniger. Das ist nicht nur wichtig für die Insektenwelt, sondern auch für unbelastete Lebensmittel und sauberes Trinkwasser.

Die jahrelange unterschiedliche Bewirtschaftung der DOK-Parzellen hat die Lebensbedingungen für Mikroorganismen nachhaltig beeinflusst. Bakterien, Pilze und Einzeller scheinen sich in den organisch gedüngten Parzellen wohler zu fühlen und sorgen durch eine vielseitigere mikrobielle Gemeinschaft dafür, dass auch bei Trockenheitsstress die Nährstoffkreisläufe aufrechterhalten werden. Martina Lori hat in ihrer Dissertation gezeigt, dass bei Trockenheit Bioböden mehr Stickstoff aus einer Leguminosen-Gründüngung mineralisieren und die Testkultur Raigras entsprechend mehr Stickstoff aufnahm (Seite 14). Durch die Biowirtschaft wird zudem ganz besonders die Vielfalt der Wurzelsymbiosepilze und von nützlichen Laufkäfern gefördert. In biologisch bewirtschafteten Böden wurden insgesamt etwa 30 Prozent mehr Bodenlebewesen gefunden, im biologisch-dynamischen Verfahren 60 Prozent mehr als in den konventionellen Parzellen.

Dies passt in das Gesamtbild: Das FiBL wertete in zwei gross angelegten Untersuchungen sämtliche weltweit verfügbaren Studien zum Humusgehalt und zur biologischen Aktivität aus: Bioböden enthalten pro Hektare bis zu 3,2 Tonnen mehr Kohlenstoff im Humus und sind bis zu 84 Prozent aktiver. Bemerkenswert ist, dass in den Biovarianten nicht nur die Gemeinschaft der Bodenlebewesen vielseitiger ist, sondern auch die Diversität der Ackerbegleitflora. Ein weiteres Beispiel dafür, dass sich oberirdische und unterirdische Vielfalt wechselseitig beeinflussen.

Die Landwirtschaft ist Betroffene des Klimawandels und gleichzeitig Mitverursacherin. Die Messungen im DOK-Versuch zeigen, dass die biologischen Parzellen 36 Prozent und die biodynamischen 61 Prozent weniger Klimagase produzieren. Das ist zum einen auf den reduzierten Einsatz von Stickstoff in den Biosystemen zurückzuführen, zum andern auf die bessere Bodenstruktur, einen stabilen pH-Wert und mikrobielle Gemeinschaften, die Lachgas in unschädlichen elementaren Stickstoff umwandeln können. Unter dem Strich ist insbesondere das biologisch-dynamische System klimafreundlicher, da es den Kohlenstoff am besten in Form von Humus im Boden behalten kann.

Paul Mäder, Leiter Bodendepartement FiBL

• Grundfinanzierung: Bundesamt für Landwirtschaft BLW
• Förderung: Schweizerischer Nationalfonds, Europäische Union, diverse nationale und internationale Geldgeber
• Eckdaten: Im Langzeitversuch DOK im schweizerischen Therwil arbeiten seit 1978 Landwirte und Forscherinnen gemeinsam an Grundlagen für Entscheidungsträger in Politik und Gesellschaft. Mit Resultaten des DOK-Versuchs verfassten renommierte Institute im In- und Ausland rund 120 wissenschaftliche Publikationen sowie zahlreiche Fachbeiträge und Vorträge. Der DOK-Versuch dient zudem als Muster für zahlreiche Systemvergleichsversuche weltweit.
• Relevanz: Das schweizerische Staatssekretariat für Bildung, Forschung und Innovation hat den DOK-Versuch kürzlich in die Roadmap der Schweizerischen Forschungsinfrastrukturen aufgenommen, in der national bedeutsame Versuchseinheiten gelistet sind. Die Pflege der Anlage und die wissenschaftliche Sammlung und Auswertung der Daten wird vom FiBL Schweiz zusammen mit dem staatlichen Forschungsinstitut Agroscope durchführt. Angebaut werden Mais, Winterweizen, Kartoffeln, Kleegras und Soja in einer Fruchtfolge.

Gegenwärtig wird der DOK-Versuch für sieben Doktorarbeiten aus dem Schweizerischen Nationalfondsprojekt NFP 68 genutzt.

Dieser Artikel zeichnet die wichtigsten Ergebnisse nach, die in akademischen Fachzeitschriften veröffentlicht wurden, und konzentriert sich daher auf die physikalischen und mikrobiologischen Eigenschaften von Hornmist sowie auf seine Auswirkungen auf den Boden und die Physiologie der Pflanze. Hornmist (500) ist eines der zentralen Präparate der Biodynamik, wohl das am meisten verwendete zusammen mit Hornkiesel (501). Als solches ist es Gegenstand vieler Forschungsarbeiten, die darauf abzielen, seine Wirkungen zu charakterisieren und seine Wirkungsweise zu verstehen.

Martin QUANTIN, Agraringenieur | Koordinator des Vereins Biodynamie Recherche, veröffentlicht in der Nr. 112 der Zeitschrift Biodynamis (Winter 2020).

Ein italienisches Forscherteam interessierte sich für die molekulare Zusammensetzung von Hornmist. Ihre Untersuchung zeigt eine komplexe Zusammensetzung: Ligninderivate (der faserige Teil der Pflanzen), pflanzliche Polysaccharide (Zucker) und lineare und zyklische Lipidkomponenten (Fette) pflanzlichen und mikrobiellen Ursprungs. Diese Zusammensetzung ähnelt derjenigen der verschiedenen Komposte und Dünger, die in der Landwirtschaft verwendet werden, weist aber einen geringeren Humifizierungsgrad auf.

Hohe spezifische Enzymaktivität

Im Jahr 2013 untersuchte dasselbe Team die mikrobiologische Zusammensetzung von Hornmist (siehe dazu weiter unten «Molekulare Eigenschaften des Hornmistpräparats 500») und suchte nach dem Vorhandensein von Substanzen, die für ihre biostimulierende Wirkung auf Pflanzen bekannt sind, wie z. B. Enzyme oder Hormone, deren Aktivität bei einer sehr niedrigen Dosis wahrnehmbar ist. Sie stellten fest, dass die Zubereitung 500 eine hohe spezifische Enzymaktivität aufweist.

Darüber hinaus identifizierten die Autoren mehrere Moleküle, die als Pflanzenhormone vom Auxin-Typ wirken, einem der fünf wichtigsten Hormone in Pflanzen. Auxin ist vor allem an der Entwicklung verschiedener Pflanzenteile sowie an der Verzweigung der Pflanze beteiligt.

Wie bei Huminstoffen, die aus jungen Komposten oder Vermicompost gewonnen werden, kann die grosse Menge an unabgebauten Ligninresten, die in Präparat 500 gefunden wurde, seine biostimulierende Aktivität für Pflanzen und Bodenmikroorganismen erklären. Darüber hinaus ist es nicht unwahrscheinlich, dass sein hoher Kohlenhydrat- und Peptidgehalt eine mikrobielle Vermehrung und damit eine grössere Aktivität in der Rhizosphäre auslösen kann.

Einschätzung der in den Boden gebrachten Menge

Dieselben Autoren präsentieren einen interessanten Ansatz für die Frage der Verdünnung. Oft wird angenommen, dass biodynamische Präparate aufgrund der geringen Einsatzmengen nicht wirken können. Wie ist die reale Situation im Hinblick auf die aktuellen wissenschaftlichen Erkenntnisse?

Bestimmen wir zunächst die Verdünnung des auf ein Feld ausgebrachten Hornmistes. Das biodynamische Protokoll empfiehlt die Ausbringung von etwa 100 g Hornmist in 25 bis 50 l Wasser pro Hektar. In welche Wassermenge gelangt diese Präparat-Menge? Das Gewicht eines Hektars Land, bei dem eine Tiefe von 0 bis 20 cm als nutzbar für die Wurzeln angesehen wird, beträgt etwa 2000 t. Das im Boden enthaltene Wasser macht durchschnittlich ¼ seines Gewichts aus und beträgt somit 500 t, also 500.000 l. Die Ausbringung von 100 g Hornmist auf einem Hektar entspricht also einer Verdünnung dieser 100 g in 500’000 l Wasser. Dies ergibt eine Konzentration von 0,0002 g/l. Die Autoren gehen dann davon aus, dass der Hornmist hauptsächlich aus Molekülen mit niedrigem Molekulargewicht besteht, das sie auf 250 g/mol schätzen. Sie erhalten damit eine Verdünnung in der Grössenordnung des Mikromolaren (10-6 M). Eine solche Konzentration ist im Hinblick auf die biologische Aktivität als sehr hoch zu betrachten. In der Tat zeigt der aktuelle wissenschaftliche Kenntnisstand zahlreiche Beweise für die Aktivität von Verbindungen mikrobiellen Ursprungs, die bei extrem niedrigen Verdünnungsstufen physiologische Veränderungen in Pflanzen auslösen können. Die Autoren geben als Beispiel an, dass Verbindungen, die die Nodulation in Leguminosen induzieren, ihre Aktivität bereits bei Konzentrationen von 0,1 nanomolar (10-10 M) beginnen, also bei Konzentrationen, die 10’000mal niedriger sind. Darüber hinaus gibt es mehrere Beispiele für aktive Moleküle bei femtomolaren (10-15 M) Konzentrationen.

Wenn man also davon ausgeht, dass die 100 g des Präparats 500 offensichtlich nicht aus einem reinen Wirkstoff bestehen, werden die darin enthaltenen Wirkstoffe, selbst wenn sie weniger als 1/10’000stel ihres Gewichts ausmachen, bereits in einer Konzentration von 10-10 M abgegeben. Es ist daher nicht verwunderlich, dass eine Anwendung der vorgeschriebenen Dosen durchaus in der Lage ist, molekulare Signale in den Boden zu bringen, die durchaus in den bekannten Bereichen der biologischen Aktivität liegen.

Rolle des Horns bei der Reifung des 500ers

Als Fortsetzung dieser Forschung ist im August 2020 eine neue Studie dieser Forschergruppe im Vorabdruck erschienen. Sie wollte herausfinden, was mit dem Dung im Lauf des Winters im Horn drin passiert. Sie beobachteten und analysierten die Bakterien- und Pilzpopulationen in verschiedenen Reifestadien des 500er, vom frischen Dung bis zum fertigen Produkt (150 Tage Reifezeit). Ohne auf die Details der gezählten Mikrobenstämme einzugehen, zeigten die Zählungen eine Umkehrung zwischen Pilzen und Bakterien. Während in frischem Dung Pilze dominieren, kehrt sich dieses Verhältnis um, sobald der Dung vergraben wird. Nach 85 Tagen ist eine Stabilisierung der Entwicklung zu verzeichnen. Bemerkenswert ist, dass das endgültige Verhältnis zwischen Bakterien und Pilzen nahe dem des Bodens liegt (siehe Abbildung 1). Diese Ergebnisse zeigen, dass sich im Inneren des Horns etwas tut.

Evolution von Bakterien- und Pilzpopulationen in Hornmist während der Reifung.

Was bedeutet diese wichtige Eigenschaft? Im normalen, reifen Kompost haben die Humifizierungsprozesse zu einem Abbau instabiler Substanzen (z.B. Kohlenhydrate) und einer Anreicherung stabiler Verbindungen geführt, was zu einer biologischen Stabilisierung der Ausgangssubstanz führt. Bei Hornmist hingegen scheint dieser Stabilisierungsprozess weniger weit fortgeschritten zu sein. Die organische Substanz im Hornmist hat einen höheren Gehalt an instabilen Molekülen und aromatischen Ligninderivaten. Dies verleiht ihm eine potenziell höhere biologische Aktivität.

Interessant ist laut den Forschern das Vorhandensein der Pilzgattung Onygenales (vom lateinischen onyx = Nagel), die für ihre Fähigkeit bekannt ist, Keratin abzubauen, das faserige Protein, aus dem Haare, Nägel, Hufe und Hörner, aber auch der äussere Teil der Haut und Schleimhäute bestehen. Diese Pilze dominieren in frischem Kuhmist, wo sie sich vor allem von den Resten der Verdauungsschleimhaut von Wiederkäuern ernähren. Wenn der Dung ins Horn eingefüllt wird, sind sie in direktem Kontakt mit einer grossen Masse an Keratin. Sie vermehren sich daher reichlich, indem sie dieses besonders schwefelhaltige Eiweiss verdauen und so im Kot schwefelhaltige Nährstoffe freisetzen, die für den Stoffwechsel anderer Mikroorganismen und für das Bodenleben wichtig sind. Somit spielen diese Pilze eine katalytische Rolle bei der Reifung des 500, in enger Verbindung mit dem Kuhhorn.

Einfluss des Horns

Um die Bedeutung des Horns in diesem Prozess zu beurteilen, beobachteten diese Forscher auch die Entwicklung des Dungs in Kunststoffhörnern sowie in Hörnern, die ganz oder teilweise in Zellophan eingewickelt waren. Die Ergebnisse zeigten, dass nur zwei Kombinationen eine vollständige Entwicklung des Hornmistes ermöglichten: echte Hörner, die unbedeckt waren, sowie solche, die mit Zellophan überzogen waren, ohne aber die Öffnung zu verschliessen. Für die Entwicklung scheinen zwei Aspekte wesentlich zu sein: a) das Vorhandensein von keratinisiertem Horn, das nicht durch Kunststoff ersetzt werden kann, und b) ein Zugang für den Gasaustausch. Man versteht auch besser, warum empfohlen wird, die Hörner maximal 4 bis 5 Jahre zu verwenden, da die Hörner nach dieser Zeit durch den Keratinabbau weich werden.

Diese Ergebnisse sollten mit einer vertieften Studie einer amerikanischen Forschergruppe in Beziehung gesetzt werden. Ein erstes Experiment umfasste vier Standorte im biodynamischen Anbau in den Staaten New York, Oregon, Virginia und Kalifornien. An jedem Standort wurden Kuhhörner, Stierhörner und Glasgefässe (dreimal repliziert) mit Kuhdung gefüllt und während des Winters vergraben. Überall hatte die aus Kuhhörnern gewonnene Endsubstanz ähnliche sensorische Eigenschaften wie reifer Kompost nach aerober Gärung, die jeder Praktiker kennt: schwarze Farbe, Gestrüppgeruch und kolloidale Textur. Die meisten Stierhörner produzierten eine ähnliche Substanz, aber in einigen wenigen Fällen war die Umwandlung weniger vollständig. Die Proben aus den Gläsern waren jedoch anders: Der Geruch war neutral und die Substanz faseriger.

Die chemische Analyse der Proben zeigte einen signifikant höheren Stickstoffgehalt in der Substanz aus Kuh- oder Stierhörnern (2,2 %) im Vergleich zu den Glasgefässen (1,8 %). Der Kohlenstoffgehalt war jedoch in den verschiedenen Behältern gleich: im Durchschnitt 35 %.

Ausbringung einer Dosis HornmistSo fanden die Forscher während der Gärung in den Hörnern keinen Stickstoffverlust (im Vergleich zum ursprünglichen Dung), während dieser Verlust in den Töpfen 37 % betrug. Auch die Atmungsaktivität, welche den bakteriellen Abbau misst, war in den Hörnern geringer. Die Fermentation innerhalb des Horns war also ein aerober Prozess, der zu Kohlenstoffverlusten ohne Stickstoffverlust führte und durch einen reduzierten Stoffwechsel gekennzeichnet war.

Laboruntersuchungen

Eine weitere Methode zur Analyse von Hornmist ist die Entwicklung von spezifischen Labortests. Auf dem Dottenfelderhof in Deutschland wurde ein Bioversuch entwickelt, um die Auswirkungen des Hornmists zu untersuchen. Ziel dieser Arbeit ist es, mit einem kontrollierten und leicht reproduzierbaren Versuchsaufbau zuverlässige und aussagekräftige Daten zu erzeugen. So liess sich Alain Morau von einem Protokoll inspirieren, das von Forschern der integrativen Medizin entwickelt wurde, um den Einfluss einer stark verdünnten Substanz (in ihrem Fall die Mistel) auf die Entwicklung und Morphologie der Brunnenkresse zu testen. Das Prinzip bestand darin, die frühen Entwicklungsstadien von Brunnenkressesamen zu beobachten, die in Hydrokulturen in einer Lösung gewachsen waren, die verschiedene Konzentrationen von dynamisiertem Hornmist erhalten hatte (0,1 µl und 1µl, plus eine Kontrollmodalität ohne Präparat).

Die Ergebnisse dieser Studie, die 2019 in einem ersten Artikel veröffentlicht werden, lauten wie folgt:

Das Wachstum von Brunnenkressewurzeln, im frühen Wachstumsstadium, war sehr empfindlich gegenüber den Einflüssen des Hornmistes. Die Wirkung des Hornmistes variierte stark zwischen den einzelnen Chargen, war aber über mehrere Monate hinweg stabil.

Eine stabilisierende Wirkungsweise war statistisch signifikant, wobei das Wurzelwachstum stimuliert wurde, wenn das durchschnittliche Wachstum niedrig war, und in Chargen mit mittlerem bis hohem Wachstum reduziert wurde. Dies deutet auf das Potenzial hin, die Resilienz des landwirtschaftlichen Systems in der Praxis zu erhöhen.

Kompensatorische Wirkung

Um diesen stabilisierenden oder kompensatorischen Effekt besser zu verstehen, wurde eine zweite Versuchsreihe durchgeführt. Ziel war es, die Wechselwirkungen zwischen der Bioaktivität des 500ers und den folgenden Faktoren zu untersuchen: Wasserüberdosierung (was zu einem Sauerstoffmangel für die Wurzeln führt), Stress in Verbindung mit Gravistimulation und Exposition mit fluoreszierendem Licht. Die zugrundeliegende Idee ist, dass, wenn die Pflanze unter angemessenem Stress steht, der ihre Entwicklung nicht gefährdet, die Anwendung des 500er-Präparats ihr helfen kann, sich zu erholen. Man kann auch sagen, dass der Stress dem 500er mehr Gelegenheit gibt, seine Wirkung zu zeigen.

Die Schlussfolgerungen dieser Studie, die in einem zweiten Artikel veröffentlicht wurden, lauten: Die Aktivität von Hornmist scheint eine kompensatorische Wirkungsweise in Bezug auf die Stressfaktoren der Überdosierung im Wasser und der Gravis-Stimulation zu sein. Das 500 scheint mit den sensorischen Systemen der Pflanze zu interagieren und wahrscheinlich die Anpassungsfähigkeit der Pflanze an ihre Umwelt zu stimulieren, indem es selbstregulierende Prozesse verstärkt.

Diese ausgleichende Wirkung der biodynamischen Präparate (nicht nur des 500er Präparats) wurde kürzlich durch eine Studie von Jürgen Fritz und seinen Kollegen an fünf Weinbergsparzellen in Burgund bestätigt. Die Hypothese war, dass die Zugabe von Präparaten die mikrobielle Funktionsvielfalt in einer für den Weinberg spezifischen Weise beeinflusst. Und dies wurde tatsächlich beobachtet: Abhängig von der Beschaffenheit des Bodens verursachte die Anwendung der Präparate 500P und 501 starke Effekte, die auf den ersten Blick widersprüchlich erscheinen, aber genau die Hypothese unterstützen, die bereits von anderen Forschern aufgestellt wurde: Biodynamische Präparate würden eine regulierende und ausgleichende Wirkung auf die Umwelt haben, und diese Wirkung würde je nach agronomischem und bodenkundlichem Kontext variieren.

Ein Team spanischer und amerikanischer Forscher analysierte Mikroorganismen aus 350 Bodenproben von Weinbergen in den Vereinigten Staaten und Spanien. Vorläufige Ergebnisse, die in einem Vorabdruck veröffentlicht wurden, deuten darauf hin, dass in einem einzigen Ökosystem die Anbaumethode (konventionell, biologisch oder biodynamisch) zwei Strategien für den Aufbau von Pilzgemeinschaften im Boden bestimmen kann: ein generalistischer Lebensraum in biodynamisch behandelten Böden oder ein spezialisierter Lebensraum in konventionell behandelten Böden.

Wie in der Abbildung oben gezeigt, können Pilzgemeinschaften, die durch biodynamische Bewirtschaftung gefördert werden, einer Gemeinschaftsstruktur ähneln, die der in wilden, kooperativen Umgebungen ähnelt, im Gegensatz zu der hochspezialisierten Umgebung, die in konventionell bewirtschafteten Weinbergen zu finden ist. Auf dieser Grundlage können wir die Hypothese aufstellen, dass die Pilzgemeinschaften, die kooperative Gemeinschaftsnetzwerke bilden, möglicherweise widerstandsfähiger gegenüber der sich verändernden Umwelt sind, die durch den Klimawandel und die Landnutzung verursacht wird.

Zusammenfassung und Schlussfolgerung eines Artikels von R. Spaccini et al., veröffentlicht in Environmental Science and Pollution Research Band 19, Seiten 4214-4225 (2012).

Titel des Originalartikels: Molecular properties of a fermented manure preparation used as field spray in biodynamic agriculture. >> Originalartikel lesen

Zusammenfassung

Gülleprodukte, die unterirdisch in Kuhhörnern fermentiert und üblicherweise als Feldspritzung (Präparat 500) in der biologisch-dynamischen Landwirtschaft verwendet werden, wurden hinsichtlich ihrer molekularen Zusammensetzung durch Festkörper-Kernresonanzspektroskopie [13 C cross-polarization magic-angle-spinning NMR (13 C-CPMAS-NMR)] und Offline-Tetramethylammoniumhydroxid-Thermochemolyse-Gaschromatographie-Massenspektrometrie charakterisiert. Sowohl die Thermochemolyse als auch die NMR-Spektroskopie zeigten eine komplexe molekulare Struktur mit aromatischen Ligninderivaten, Polysacchariden und Alkylverbindungen als vorherrschende Komponenten. Die CPMAS-NMR-Spektren der biodynamischen Präparate zeigten eine Kohlenstoffverteilung mit insgesamt geringem hydrophobem Charakter und einem signifikanten Beitrag von Lignocellulosederivaten. Die Ergebnisse der Thermochemolyse bestätigten die durch die NMR-Spektroskopie hervorgehobene Charakteristik und offenbarten eine molekulare Zusammensetzung, die auf Alkylkomponenten pflanzlichen und mikrobiellen Ursprungs und der stabilen Einbindung von Ligninderivaten basiert.

Das Vorhandensein biologisch abbaubarer Komponenten und nicht zersetzter Ligninverbindungen im Präparat 500 ist auf den besonders langsamen Reifungsprozess im Vergleich zu üblichen Kompostierungsverfahren zurückzuführen.

Die Ergebnisse liefern zum ersten Mal eine wissenschaftliche Charakterisierung eines wichtigen Produkts in der biologisch-dynamischen Landwirtschaft und zeigen, dass biologisch-dynamische Produkte anscheinend mit biolabilen Komponenten angereichert sind und daher potenziell das Pflanzenwachstum stimulieren können.

Schlussfolgerungen

Die detaillierte molekulare Charakterisierung von drei verschiedenen BD 500-Präparationen, die durch Festkörper-NMR-Spektren und TMAH-Thermochemolyse erhalten wurden, zeigt eine komplexe molekulare Zusammensetzung, die die Identifizierung einer Vielzahl unterschiedlicher molekularer Strukturen ermöglicht. Ligninderivate, pflanzliche Polysaccharide sowie lineare und zyklische Lipidkomponenten pflanzlichen und mikrobiellen Ursprungs wurden als Hauptbestandteile des aus Kuhmist gewonnenen biodynamischen Präparats 500 identifiziert. Insbesondere die Identifizierung verschiedener Biomarker von Lignin und Lipiden durch Thermochemolyse kann nützlich werden, um die Herkunft der biologisch-dynamischen Produkte zurückzuverfolgen, ihre Transformation im Boden abzuschätzen und ihre Struktur mit der Bioaktivität auf Pflanzen in Verbindung zu bringen.

Sowohl die NMR-Spektroskopie als auch die Thermochemolyse deuten darauf hin, dass lignozellulosehaltige Rückstände zu einem grossen Teil in die biodynamische 500-Zubereitung eingebunden sind, wobei eine signifikante Menge an labilen Molekülen leicht zersetzt wurde. Gleichzeitig wurde die selektive Konservierung von rekalzitanten Alkylmolekülen im Präparat 500 auch von der Konservierung weniger stabiler Alkylmoleküle und mikrobieller Biomarker begleitet, so dass die biochemische Rekalzitanz dieses biodynamischen Produkts niedriger sein kann als die, die normalerweise in einem reifen Kompost beobachtet wird, der eine vollständige aerobe Fermentation durchlaufen hat. Diese molekularen Eigenschaften deuten darauf hin, dass das Präparat 500 im Boden biolabiler sein könnte als normaler Kompost und aufgrund des hohen Gehalts an aromatischen Ligninderivaten potenziell bioaktiver für das Pflanzenwachstum wird.

Trotz der Skepsis gegenüber dem Grundgedanken der biologisch-dynamischen landwirtschaftlichen Präparate findet das System zunehmend praktische Anwendungen, hauptsächlich als ergänzende Technik zum kleinen ökologischen Landbau, mit einer nachgewiesenen Fähigkeit, die Ernteerträge zu erhalten und die Bodengesundheit zu verbessern. Unsere Ergebnisse über die molekulare Zusammensetzung von drei verschiedenen 500er-Präparaten liefern nicht nur die wissenschaftliche Grundlage für die molekulare Unterscheidung zwischen diesen Präparaten und anderen kompostierten Materialien, sondern legen auch nahe, dass diese Unterschiede die Ursache für die beobachtete Bioaktivität dieses biodynamischen Produkts sein könnten.