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Projektdauer: 2008 - 2011
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Schutzwirkung von Pflanzen und Mykorrhizapilzen gegen Winderosion
Winderosion verwandelt in vielen Trockengebieten der
Erde fruchtbares Land in Sand- und Gesteinswüsten. Mit Experimenten im
Windkanal und im Labor wird untersucht, wie Pflanzen und Mykorrhizapilze den
Boden vor Winderosion schützen.
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Sanddünen in
unmittelbarer Nähe von menschlichen Behausungen auf dem tibetischen Hochplateau.
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Unter Winderosion versteht man den Abtrag
und Transport von Bodenmaterial durch Wind. Weltweit verwandelt Winderosion
jedes Jahr enorme Flächen fruchtbaren Landes in Wüste und
bedroht dadurch die Existenzgrundlage unzähliger Menschen. Zudem gelangt durch den Wind mineralischer
Feinstaub in die Atmosphäre. Hohe Konzentrationen an Feinstaub verursachen
einerseits Lungenkrankheiten beim Menschen, verändern andererseits aber auch den
Strahlungshaushalt und somit das Klima der Erde.
Schutzmassnahmen
gegen Winderosion
Wiederbegrünung
Die Wiederbegrünung von winderodierten
Böden gilt langfristig als die wirksamste Schutzmassnahme. Pflanzen schirmen
mit ihren Blättern den Boden gegen den Wind ab und stabilisieren mit ihren
Wurzeln die oberflächennahen Schichten. Auf erodierten Böden herrschen jedoch
äusserst ungünstige Bedingungen für das Pflanzenwachstum. Begrünungsmassnahmen
sind deshalb oft mit grossen Schwierigkeiten verbunden.
Mykorrhizapilze
Eine Möglichkeit, das
Pflanzenwachstum zu verbessern besteht darin, bei der Aussaat bzw. Anpflanzung Mykorrhizapilze
beizugeben. Fast alle Pflanzen leben natürlicherweise in Symbiose mit diesen
Pilzen, die ihnen helfen Nährstoffe und Wasser aufzunehmen. Als Folge der
Winderosion fehlen in den betroffenen Böden die Mykorrhizapilze jedoch
grösstenteils. Der Erfolg von Begrünungsmassnahmen kann deshalb oft erhöht
werden, indem man die Pilze künstlich einbringt. Nebst dem positiven Effekt auf
das Pflanzenwachstum verbessern die Pilze auch die Struktur und Stabilität des
Bodens. Dies bewerkstelligen sie mit ihrem enormen Netzwerk an Pilzfäden
(Hyphen), das sich grossräumig im Boden ausbreitet.
Mykorrhizapilze haben
einen doppelten Nutzen bei der Bekämpfung von Winderosion: Einerseits
verbessern sie das Pflanzenwachstum und andererseits stabilisieren sie den
Boden (Pilzzeichnungen: V. Graf).
Untersuchungen
Wie
beeinflussen Pflanzen den Prozess der Winderosion?
In einem 20 m
langen Windkanal werden Experimente mit verschieden dichten Bepflanzungen
durchgeführt. Im Gegensatz zu anderen Windkanal-Untersuchungen kommen dabei
nicht künstliche Vegetations-Imitate zum Einsatz, sondern lebende Gräser (Lolium perenne).
Am Ende der
Teststrecke ist ein Sediment-Sammler positioniert, der während des Experimentes
in verschiedenen Höhen die erodierten Bodenpartikel in der Luft auffängt. Mit
Laser-Photometern wird die Feinstaub-Konzentration in der Luft gemessen. Farbiger
Quarzsand wird eingesetzt, um Erosions- und Ablagerungsprozesse sichtbar zu
machen.
Erste Ergebnisse zeigen, dass
Winderosions-Prozesse mit zunehmender Vegetationsbedeckung sehr stark
abnehmen. Eine Pflanzenbedeckung von nur 15% vermindert den Bodenverlust um
über 90% und die Feinstaub-Emission auf die Hälfte. Bei einer Pflanzenbedeckung
von 55% ist praktisch keine Erosion mehr zu beobachten.
Teststrecke (8 m)
im Windkanal unbepflanzt sowie mit einer Pflanzenbedeckung von 3%, 15% und 55%
(von links nach rechts).
Sediment-Sammler im
Windkanal (links) und Ablagerungen aus rotem Quarzsand (rechts).
Verbessern
Mykorrhizapilze das Pflanzenwachstum auf wüstenähnlichen Böden?
Im Rahmen dieses
Versuchs werden in einer Klimakammer die schwierigen Bedingungen simuliert, mit
denen Pflanzen auf Wüstenböden zu kämpfen haben. Dazu werden verschiedene
Grasarten auf sandigen, nährstoffarmen Substraten ausgesät und wie in der Wüste
nur spärlich mit Wasser versorgt. Die eine Hälfte der Gräser erhält Mykorrhizapilze
ins Substrat beigemischt, die andere Hälfte nicht. So kann untersucht werden,
ob die Pilze die Überlebensrate, die oberirdische Biomasseproduktion und den
Gesundheitszustand der Gräser verbessern.
Verbessern
Mykorrhizapilze die Widerstandskraft des Bodens gegen Winderosion?
Diese Fragestellung
kombiniert die beiden oben beschriebenen Ansätze. Im Windkanal werden
Erosions-Prozesse bei drei verschiedenen Boden-Behandlungen untersucht:
a) unbepflanzter Boden
b) Boden, der mit Gräsern
bepflanzt ist (ohne Mykorrhizapilze)
c) Boden, der mit Gräsern
bepflanzt und mit Mykorrhizapilzen beimpft ist.
Alle drei
Behandlungen werden im Windkanal bei gleichen Anströmungsbedingungen untersucht.
Danach wird verglichen, welche Mengen Bodenmaterial abgetragen wurden und wie
viel Feinstaub in die Luft gelangt ist. Es besteht die Hypothese, dass der
bepflanzte und mit Mykorrhizapilzen beimpfte Boden die geringsten Erosionsraten
und Feinstaubemissionen aufweist. Wenn sich die Hypothese bestätigt, ist dies
ein starkes Argument, im Kampf gegen Winderosion und Verwüstung vermehrt auch
Mykorrhizapilze einzusetzen
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Mitwirkende
