Forschungs- und Innovationsprojekt
Ressourcenschonender Fruchtgemüseanbau im erdelosen Anbau im Gewächshaus mit größtmöglicher Rückstandsreduktion

Tomatenpflanzen im Gewächshaus auf erdelosen Verfahren geprüft
Der Einsatz von chemischen Pflanzenschutzmitteln wird im gesellschaftlichen Diskurs kritisch gesehen. Die gärtnerische Praxis reagiert darauf zunehmend mit der Integration von biologischen und biotechnischen Maßnahmen gegen Krankheiten und Schädlinge.
Die Impfung von Substraten mit mikrobiologischen Zusatzstoffen führt zu einer gesteuerten Wiederbelebung des Substrates. Mikroorganismen im Wurzelraum können dabei die Nährstoffumsetzung und den Transport positiv beeinflussen. Weiterhin spielen Mikroorganismen eine entscheidende Rolle im Bereich Gesundheit, Immunität und Resistenzen von Nutzpflanzen.
In der Praxis besteht zudem der Wunsch mineralische Substrate durch organische, nachwachsende Substrate, beispielsweise aus Kokos, Holzfaser oder Champost, zu ersetzen. Bislang fehlen jedoch eine objektive ökologische Bewertung und einheitliche Standards. Nachhaltigkeit und Umweltverträglichkeit lassen sich durch den CO2-Fußabdruck (Product Carbon Footprint) bewerten.

Ziel des Projektes

  • Ökonomische und ökologische Bewertung der Varianten des Kulturverfahrens Fruchtgemüseanbau im erdelosen Anbauverfahren (Vergleiche von Steinwollverfahren, mehrjährig genutztes Perlit, einjährig und zweijährig verwendetes organisches Substrat).
  • Recherchen zum tatsächlichen CO2-Fußabdruck. Bislang gibt es kein einheitliches objektives Verfahren zur Ermittlung eines CO2-Fußabdruckes.
  • Weniger Pflanzenschutz und gesündere Pflanzen durch das Beleben des organischen Substrates (Antiphytopathogenes Potenzial).
  • Bewertung nach phytopathologischen Kriterien. Das Projekt soll daher den Einfluss von Mikroorganismen sowohl auf die Pflanzengesundheit als auch auf die Ernährung der Pflanze transparenter machen.
  • Erarbeitung einer Kulturanleitung für organische Substrate, mit dem Ziel einer rückstandsreduzierten und ressourcenschonenden Fruchtgemüseproduktion im Gewächshaus.
  • Minimierung der Umwelteinträge aus dem erdelosen Kulturverfahren durch eine Anbauoptimierung.

Methode des Projektes

Die Projektziele sollen mit Hilfe von gartenbaulichen Versuchen erreicht werden.

Versuchsstandort Bamberg

Exaktversuche - Vergleich von mikrobiellen Bodenhilfsstoffen im erdelosen Anbau

Es werden über den gesamten Projektzeitraum ein- und zweifaktorielle teilrandomisierte Versuche in vier Wiederholungen durchgeführt. Dafür stehen in zwei Produktionsgewächshäusern jeweils zwei Bewässerungskreisläufe zur Verfügung.

Versuchsfrage 2016: Vergleich von mikrobiellen Bodenhilfsstoffen im erdelosen Tomatenanbau

Mikrobielle Bodenzusatzstoffe
Bewässerungskreislauf 8.1. Standard ohne mikrobiologische Zusatzstoffe
Bewässerungskreislauf 8.2. NatuGro (Gesamtkonzept zur Förderung der biologischen Aktivität im Substrat)
Bewässerungskreislauf 7.1. Bactiva & Endo Tray 10 x (Gesamtkonzept mikrobiologische Zusatzstoffe)
Bewässerungskreislauf 7.2. Tmix (ein mikrobiologischer Zusatzstoff)

Verfahren der Jungpflanzenanzucht

Es wurden im Versuch zwei Verfahren der Jungpflanzenanzucht, Kokospflanzwürfel der Firma Jiffy Products GmbH mit Steinwollwürfel der Firma Grodan, verglichen.
Als Substrat wurde Kokos (Forteco, Van der Knaap Gruppe) und als Kultur Tomate (Sorte 'Mecano' veredelt auf Unterlage 'Maxifort') gewählt.
In Reihen gepflanzte Tomaten im Gewächshaus

Tomaten

Wurzelsubstrate der Versuchsvarianten liegen nebeneinander auf den Boden

Substrat

Ergebnisse

In der unbehandelten Kontrollvariante wurde auf dem Steinwollwürfel mit 32 kg/m2 ein signifikant höherer Mengenertrag erzielt als auf dem Kokoswürfel mit 28,9 kg/m2 bei statistisch gleichem Stückertrag. Durch den Einsatz der mikrobiologischen Bodenzusatzstoffe gleichen sich die Erträge zwischen den beiden Jungpflanzenanzuchtvarianten an.
Die statistische Verrechnung ergab in der Varianten Bactiva (Kokospflanzwürfel) einen signifikanten Ertragsvorteil gegenüber der unbehandelten Kontrollvariante (Kokospflanzwürfel). Dies legt die Vermutung nahe, dass es positive Wechselwirkungen zwischen Mikroorganismen und organischem Substrat gibt.
Der Einsatz von mikrobiologischen Bodenzusatzstoffen in den Varianten mit einem Steinwollpflanzwürfel führte zu keiner Ertragssteigerung. Tomatenpflanzen auf einen Kokospflanzwürfel wiesen zur Pflanzung eine geringere Wuchshöhe und einen geringfügig späteren Blühbeginn auf, als die auf einen Steinwollwürfel angezogenen Jungpflanzen.
Tabelle 1: Ertrag und Einzelfruchtgewicht
Ertrag
kg/m2
Ertrag
Stück/m2
Einzelfruchtgewicht
Gramm
nichtmarktfähig
Stück/m2
Bactiva (Kokospflanzwürfel) 31,4 ab 378 a 81,9 a 15,9 a
Bactiva (Steinwollpflanzwürfel) 31,5 ab 384 a 81,1 abc 17,7 a
Tmix (Kokospflanzwürfel) 29,9 bc 378 a 78,3 bc 17,7 a
Tmix (Steinwollpflanzwürfel) 31,1 ab 382 a 81,1 abc 16,7 a
NatuGro (Kokospflanzwürfel) 31,2 ab 380 a 82,2 a 11,1 ab
NatuGro (Steinwollpflanzwürfel) 31,6 ab 385 a 82,0 a 8,0 b
unbehandelt (Kokospflanzwürfel) 28,9 c 372 a 78,0 bc 11,3 ab
unbehandelt (Steinwollpflanzwürfel) 32,0 a 385 a 81,7 ab 8,2 b
Durchschnitt 30,9 381 80,8 13,3
Kleinste signifikante Differenz 1,9 18 3,4 7,3
Unterschiedliche Ertragszahlen mit gleichen Buchstaben sind zufällig (stat. nicht abgesichert).

Versuchsfrage 2017: Vergleich von mikrobiellen Bodenhilfsstoffen im erdelosen Salatgurkenanbau

Mikrobielle Bodenzusatzstoffe
Bewässerungskreislauf 8.1 Standard ohne mikrobiologische Zusatzstoffe
Bewässerungskreislauf 8.2. NatuGro (Gesamtkonzept zur Förderung der biologischen Aktivität im Substrat)
Bewässerungskreislauf 7.1. Bactiva (ein mikrobiologischer Zusatzstoff)
Bewässerungskreislauf 7.2. Tmix (ein mikrobiologischer Zusatzstoff)

Substrate

  • Organisches Kokossubstrat (Van der Knaap Gruppe/ Wateringen, Niederlande)
  • Mineralisches Perlitsubstrat (Pull Rhenen B.V/ Rhenen, Niederlande)
Als Kultur wurden Schlangengurken (Sorte 'Proloog') im Zweisatzanbau gewählt. Auf den Einsatz von Fungiziden wurde komplett verzichtet. Mit Hilfe von kurzfristigen, etwa dreistündigen Bewässerungsausfällen und das Einstellen einer Lüftungstemperatur von mehr als 30 °C wurden abiotische Stresssituationen simuliert.
Biotischer Stress wurde mithilfe einer Inokulation mit Fusarium bzw. Pythium erzeugt, um Aussagen zum antiphytopathogenen Potenzial der geprüften Varianten zu erhalten.

Tastversuche

Tastversuche sind unwiederholt und sollen erste Anhaltspunkte für möglich Prüfvarianten für zukünftige aufwendigere Exaktversuche liefern.

Förderung des antiphytopathogenen Potenzials

Mithilfe eines Tastversuches wurde 2016 und 2017 die antagonistische Wirkung von mikrobiellen Bodenhilfsstoffen geprüft.

Methode

Jeweils acht Gurkenpflanzen wurden mit Pythium ultimum inokuliert. Als Substrat wurde Perlit gewählt. Die Impfung der Jungpflanzen erfolgt nach Anbieterabgaben.
In Reihen gepflanzte Gurken im Gewächshaus

Gurken

Mit einer Spritze wird auf Kokospflanzwürfel in einer Kiste eine Flüssigkeit gespritzt

Impfung der Jungpflanzen

2016 geprüfte mikrobielle Bodenhilfsstoffe

  • Wilhelms Best (Wilhelms GmbH, Cloppenburg)
  • Bactiva, Endo Tray 10x (Bactiva GmbH, Straelen)
  • Tmix (Gerlach Natürliche Düngemittel GmbH & Co.KG).

2017 geprüfte mikrobielle Bodenhilfsstoffe

  • Bactiva, Endo Tray 10 x (Bactiva GmbH, Straelen)
  • Tmix (Gerlach Natürliche Düngemittel GmbH & Co.KG)
  • NatuGro System (Koppert Deutschland GmbH, Straelen)
  • Pro Grow 4250 (PROGRESS Agrar Handelsgesellschaft mbH, Tostedt)
  • Pro Grow 3500 (PROGRESS Agrar Handelsgesellschaft mbH, Tostedt)
  • Rhizo Vital (ABITEP GmbH, Berlin)
  • Carbon Gold (Carbin Gold, Bristol Großbritanien)
Vier Gurkenpflanzen steht nebeneinander zum Vergleich

Variante EC 2,0 und 3,0

Auf den Versuchstisch mit Gurkenpflanzen aufgereiht

Versuchsanlage

Ein blauer Fassbehälter mit der Aufschrift der Düngungsangaben EC 2,0

Versuchsanlage

Einfluss von mikrobiellen Bodenhilfsstoffen auf die Nährstoffverfügbarkeit für die Pflanze

2018 wird der Einfluss von mikrobiellen Bodenhilfsstoffen auf die Nährstoffverfügbarkeit für die Pflanze untersucht. Mithilfe einer EC-Wert Reduzierung wird ein Nährstoffmangel erzeugt.
Als Kultur wurde Salatgurke Sorte 'Proloog' gewählt. Die Mangelvariante wird mit einer Standardvariante verglichen.
Mikrobielle Bodenhilfsstoffe
Variante A Kontrolle
Variante B Bactiva, Endo Tray 10 x (Bactiva GmbH/Straelen)
Variante C Tmix (Intrachem Bio Deutschland/Bad Camberg)
Variante D Pro Grow 3500 (Progress Agrar Handelsgesellschaft mbH/Tostedt)

Substrat

  • Kokos (Van der Knaap Gruppe/Wateringen, Niederlande)
  • Kokos (Jiffy Products International BV/Moerdijk, Niederlande)

Düngung

Standard Düngerezept

  • Haus 6.2.: Standard (EC 3,0)
  • Haus 6.1.: Reduziert (EC 2,0)

Analytische Untersuchungen in Veitshöchheim

Pilzmycel von <i>Fusarium</i> sp. unter dem Mikroskop

Pilzmycel von Fusarium sp. unter dem Mikroskop

Die Vielfalt der Mikroorganismen in Substraten und in der Rhizosphäre der Pflanzen ist für die Nährstofffreisetzung und die Nährstoffdynamik in den Substraten und damit auch für die Ernährung und Widerstandsfähigkeit der Pflanzen gegenüber abiotischem und biotischem Stress von grundlegender Bedeutung. Erdelose Substrate verfügen von Natur aus über eine vergleichsweise beschränkte Mikroorganismenflora. Es erscheint daher angeraten, die Belebung dieser Substrate mittels geeigneter Mikroorganismenpräparten zu initiieren und zu fördern. In diesem Forschungsvorhaben werden marktgängige Mikroorganismenpräparate eingesetzt und deren Verhalten vergleichend beobachtet und mikrobiologisch erfasst. 

Ziele

  • Charakterisierung der im Projekt eingesetzten Präparate zur biologischen Substrataktivierung
  • Nachverfolgung der eingebrachten Mikroorganismen im Substrat, im Drainwasser und in den Wurzeln
  • Prüfung der antiphytopathogenen Potenz der Präparate anhand von Modellversuchen

Methoden

Probenahme an den SubstratsäckenZoombild vorhanden

Probenahme an den Substratsäcken

Im Projektzeitraum werden beim Anbau von Tomaten und Gurken unter Glas mikrobiologische Präparate in unterschiedlichen erdelosen Substraten angewendet. Von diesen Substraten werden regelmäßig Proben direkt unterhalb der Pflanzwürfel entnommen. Ebenso werden vom Drainwasser Proben gezogen.
Für die Charakterisierung der Mikroorganismen, sowohl in den eingesetzten Präparaten als auch in den Substraten und im Drainwasser, werden Suspensionen in mehreren Verdünnungsstufen auf Nährmedien inkubiert. Die Substratproben müssen zuvor in einer Kugelmühle zerkleinert werden, damit eine homogene Suspension hergestellt werden kann. Durch Auszählen wird die Lebendkeimzahl bestimmt. Unterschiedliche Kolonien werden isoliert und weiter kultiviert. Anschließend werden sie morphologisch und mikroskopisch beurteilt und mit Hilfe von physiologischen Tests differenziert. Die daraus resultierenden Bestimmungen der Mikroorganismen werden durch molekularbiologische Sequenzierung abgesichert.
Isolierung und Kultivierung der Mikroorganismen

Isolierung und Kultivierung der Mikroorganismen

Morphologie

Morphologie

Von den Präparaten, die Endomykorrhizasporen enthalten, werden ebenfalls Suspensionen hergestellt. Diese werden über eine Siebkombination aufgetrennt. Nach der Auftrennung wird der Inhalt mikroskopisch auf das Vorhandensein von Sporen untersucht.
Siebkombination

Siebkombination

Endomykorrhizasporen zwischen feinen Partikeln einer Präparatsuspension

Endomykorrhizasporen zwischen feinen Partikeln einer Präparatsuspension

Erste Ergebnisse

Präparate
Präparat Keimzahl-
bestimmung
Mittelwert (KBE/ml)
Keimzahlbestimmung
Herstellerangabe (KBE/g)
qualitative Bestimmung
nachgewiesener Mikroorganismen
qualitative Bestimmung
Herstellerangaben
Tmix 6,6x106 keine Angaben Trichoderma sp.
Pseudomonas brassicacearum
Bacillus amyloliquefaciens
Trichoderma
Pseudomonas
Streptomyceten
Bacillus

symbiontische Endomykorrhiza
Bactiva 7,9 x 106 108 (Pilze)
108 (Bakterien)
Trichoderma sp.
Bacillus amyloliquefaciens
Trichoderma harzianum
T. reesei
T. viride
Gliocladium virens

Rhizobakterien (PGPR)
Endodrip 7,6 x 107 3x106 (Pilze)
2x109 (Bakterien)
Trichoderma sp
Bacillus amyloliquefaciens
Bacillus pumilus
Bacillus licheniformis

Endomykorrhizasporen
Trichoderma harzianum
T. reesei
T. viride
Gliocladium virens

Rhizobakterien (PGPR)
TH-Promotor 5,2 x 106 keine Angaben Trichoderma sp. Trichoderma spp.

Substrate

Sämtliche Ergebnisse der Substratuntersuchungen basieren aktuell noch auf Einzelwerten und sind darum als vorläufig anzusehen.

Vegetationsperiode 2016

Vegetationsperiode 2016 Bakterien

Die Bakterienkeimzahl steigt zwischen der ersten und der letzten Probenahme, sowohl in der Kokos- als auch in der Steinwollvariante an. Die Keimzahl fällt im Standard hingegen ab. Dies ist ein Hinweis darauf, dass sich Mikroorganismen im Vegetationszeitraum in den Kokossubstraten ansiedeln und vermehren können.
Neben anderen Gattungen werden überwiegend Bacillus sp. und Streptomyces sp. identifiziert.

Vegetationsperiode 2016 Pilze

Die Gesamtkeimzahl der Pilze ist in den Steinwollvarianten meist leicht erhöht gegenüber den Kokosvarianten.
Allerdings wächst Trichoderma sp. in den Proben der Steinwollvarianten so gut wie gar nicht, wohingegen er in den Kokosvarianten durchaus isoliert werden kann.

Vegetationsperiode 2017

Im Kokossubstrat ist, im Gegensatz zum Perlit, bereits ohne Anwendung von mikrobiologischen Präparaten eine Mikroflora vorhanden, die überwiegend aus Bacillus sp. und Streptomyces sp. besteht.
Im Perlit konnten bislang nur sehr geringe Koloniezahlen isoliert werden. Weitere Untersuchungen müssen zeigen, ob Perlit überhaupt für die Ansiedelung von Mikroorganismen geeignet ist.

Modellversuche zur antiphytopathogenen Potenz der Präparate

Inokulation von Gurkenpflanzen mit dem Phytopathogen Pythium ultimum
Inokulation der Gurkenpflanzen mit  <i>Pythium ultimum</i>Zoombild vorhanden

Inokulation der Gurkenpflanzen mit Pythium ultimum

Für die Inokulation des Phytopathogens wird Pythium ultimum in einer Hirse-Wasser-Suspension kultiviert. Mit dem daraus gewonnenen Überstand werden die Gurkenpflanzen, die zuvor in drei unterschiedlichen Varianten mit Präparaten behandelt wurden, inokuliert.
Die Pathogenität des Inokulats wird an Gurkensamen in vitro überprüft. Hierfür wird ein Teil der Samen mit dem Überstand der Hirse-Wasser-Suspension mit Pythium ultimum , der andere Teil mit Leitungswasser, inkubiert.
Gurkensamen vor der Inkubation

Gurkensamen vor der Inkubation

Gurkensamen nach 5 Tagen Inkubation mit der <i>Pythium ultimum</i>-Suspension

Gurkensamen nach 5 Tagen Inkubation mit der Pythium ultimum-Suspension

Gurkensamen nach 5 Tagen Inkubation mit Leitungswasser

Gurkensamen nach 5 Tagen Inkubation mit Leitungswasser

Hemmung des Phytopathogens Fusarium durch Mikroorganismen, die aus den Präparaten isoliert wurden
Um den Einfluss der isolierten Mikroorganismen aus den Präparaten gegenüber dem Phytopathogen Fusarium zu zeigen, werden sie zusammen auf einem festen Nährmedium inkubiert.
Isolierte Mikroorganismen aus den Präparaten
1 Bacillus amyloliquefaciens aus Tmix
2 Pseudomonas brassicacearum aus Tmix
3 Bacillus amyloliquefaciens aus Endodrip
4 Bacillus pumilus aus Endodrip
5 Bacillus licheniformis aus Endodrip
6 Bacillus amyloliquefaciens aus Bactiva
7 Bacillus amyloliquefaciens aus TH Promotor
Trichoderma atroviride aus Tmix
Trichoderma harzianum aus TH Promotor
Fusarium

Fusarium

Bei allen Bacillus amyloliquefaciens-Isolaten ist eine deutliche Hemmung gegenüber Fusarium sp. zu sehen, wohingegen Pseudomonas brassicacearum, Bacillus pumilus und Bacillus licheniformis das Phytopathogen nicht im Wachstum einschränken.
Fusarium T.

Fusarium T.

Trichoderma sp. breitet sich dominant über die Platten aus, bzw. überwächst sogar das Phytopathogen.
Eine abschliessende Bewertung zur antiphytopathogenen Potenz der eingesetzten Mikroorganismen kann zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht abgegeben werden.

Ausblick

Die bisher erzielten Ergebnisse sind vielversprechend hinsichtlich einer umfangreichen Beschreibung der mikrobiologischen Vorgänge in den Substraten. Weitere Proben werden bearbeitet, um die getroffenen Aussagen abzusichern. Eine wesentliche Aufgabe dabei ist es, die Aktivität der Mikroorganismen zum Zeitpunkt der biotischen und abiotischen Stresssituationen zu erfassen, insbesondere, weil bei den mit Präparaten behandelten Varianten eine Ertragssteigerung im Falle des biotischen Stresses festgestellt werden konnte. Um die antiphythopathogene Potenz der eingesetzten Mikroorganismen zu beurteilen, ist ein Herausarbeiten des Auftretens und der Wirkung derselben notwendig. Durch die Untersuchung der gesammelten Drainwasserproben soll abgeschätzt werden, zu welchem Anteil die Mikroorganismen in den verschiedenen Substraten verbleiben, oder ob sie mit dem Drainwasser ausgespült werden.
Projektinformationen
Projektleitung: Gerd Sander (LWG-IEF), Oskar Kreß (LWG-IEF1), Josef Herrmann (LWG-A)
Projektbearbeiter: Martin Schulz (LWG-IEF 3), Bettina Barth (LWG-A3)
Laufzeit: 01.01.2016 bis 31.12.2018
Finanzierung: Bayerisches Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten (StMELF)
Projektpartner: Amt für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten (AELF) Kitzingen-Gartenbauzentrum (GBZ) Bayern Nord, Hochschule Weihenstephan-Triesdorf (HWST), Erzeugerring für Gemüse Main-Dreieck e. V., Gemüseerzeugerring Knoblauchsland e. V.
Förderkennzeichen: A/16/01