Der verborgene Vorteil der Pappel: Wie Pappeln organischen Stickstoff nutzen, um zu gedeihen

 

Wenn wir in der Forstwirtschaft über Düngung sprechen, dreht sich das Gespräch meist um Nitrat oder Ammonium – die „anorganischen“ Formen von Stickstoff, die in der industriellen Düngung vorherrschen. Doch die Natur geht andere Wege.

Untersuchungen an Populus-Arten – der Familie, zu der Pappeln und Espen gehören – bringen etwas Bemerkenswertes ans Licht: Diese Bäume vertragen organischen Stickstoff nicht nur. Sie bevorzugen ihn sogar.

Und diese Vorliebe könnte der Schlüssel zu einer nachhaltigeren Forstwirtschaft sein, die sich durch eine höhere Stickstoffeffizienz, geringere Auswaschung und eine bessere langfristige Widerstandsfähigkeit auszeichnet.

1. Pappeln können Aminosäuren aufnehmen – direkt

Lange Zeit gingen Wissenschaftler davon aus, dass Pflanzen Stickstoff erst aufnehmen können, wenn er von Bodenmikroben in anorganische Formen umgewandelt wurde. Diese Vorstellung wird nun revidiert.

In der Studie „Aminosäureaufnahme: Eine weit verbreitete Fähigkeit bei Pflanzen der borealen Wälder“ untersuchten die Forscher, wie die Wurzeln von Populus tremula (Europäische Espe) Aminosäuren direkt aus ihrer Umgebung aufnahmen.

• Populus wies eine Aufnahmerate von 0,67 ± 0,07 µmol g⁻¹ Wurzel-Trockengewicht h⁻¹ auf – was dem Niveau vieler immergrüner Arten entspricht.

• Die Bäume waren auf Ektomykorrhiza -Assoziationen (EM) angewiesen, um diese Aminosäureaufnahme zu gewährleisten.

Einfach ausgedrückt: Pappeln können Stickstoff aus organischen Molekülen wie Arginin und Glutamin aufnehmen, ohne dass dabei Mikroorganismen als Vermittler fungieren müssen.

Das bedeutet, dass sie Stickstoffquellen nutzen können, die oft als in organischer Substanz „gebunden“ gelten – ein enormer ökologischer Vorteil in borealen und gemäßigten Böden.

2. Organischer Stickstoff steigert die Wachstumseffizienz

Die nächste Frage, die sich die Wissenschaftler stellten, lautete: Spielt organischer Stickstoff tatsächlich eine Rolle?

Die Antwort lieferte eine 2016 in der Fachzeitschrift „Plant, Cell & Environment“ veröffentlichte Studie mit dem Titel „Der Kohlenstoffbonus von organischem Stickstoff verbessert die Stickstoffverwertungseffizienz“.

Pappelkeimlinge (P. tremula) wurden auf sterilen Agarplatten gezüchtet und entweder mit folgenden Nährstoffen versorgt:

• Anorganischer Stickstoff (als Nitrat oder Ammonium) oder

• Organischer Stickstoff (in Form von Arginin oder Glutamin).

Durch die sterile Versuchsanordnung wurde sichergestellt, dass ausschließlich die Pflanze – und nicht Mikroben – für die Stickstoffaufnahme und -verwertung verantwortlich war.

Das Ergebnis?

• Pappeln, die mit organischem Stickstoff gedüngt wurden, nutzten Kohlenstoff pro Einheit des aufgenommenen Stickstoffs effizienter.

• Der „Kohlenstoffbonus“ aus organischem Stickstoff verbesserte die Stickstoffverwertungseffizienz (NUE) und förderte das Wurzelwachstum sowie die Nährstoffverteilung.

Dies lässt vermuten, dass Pappeln, die Aminosäuren wie Arginin nutzen, stärkere Wurzeln entwickeln könnten – eine Erkenntnis, die sich eng mit den Felddaten von Arevo deckt, wonach Sämlinge, die mit argininhaltiger Nahrung versorgt wurden, eine höhere Wurzelbiomasse und Überlebensrate aufwiesen.

3. Die Zufuhr von Arginin unterstützt die natürlichen Wachstumszyklen

Junge Pappeln können zwar mit organischem Stickstoff gut gedeihen, aber wie sieht es mit ausgewachsenen Bäumen aus?

Genau das wollte die 2022 in „Physiologia Plantarum“ veröffentlichte Studie mit dem Titel „Nitratdüngung kann die Herbstblattalterung verzögern, Aminosäuredüngung hingegen nicht“ herausfinden.

Anhand von Pappelgenotypen aus der schwedischen Pappel-Sammlung (SwAsp) – die Populationen aus Dorotea und Umeå repräsentieren – verglichen die Forscher verschiedene Stickstoffbehandlungen:

• auf Nitratbasis (NH₄NO₃)

• auf Aminosäuren basierend (Arginin, Glutamin, Glutaminsäure, Leucin)

Sie testeten sogar die „Präzisionsdüngung“, bei der Nährstoffe direkt in die Baumstämme innerhalb klonaler Bestände injiziert wurden – eine Methode, die eine kontrollierte Nährstoffzufuhr nachahmt und vom Konzept her der Wurzeldüngung von Arevo ähnelt.

Die Ergebnisse:

• Nitrat verzögerte die Herbstalterung und verlängerte so künstlich die Lebensdauer der Blätter.

• Die Düngung mit Aminosäuren hatte keinen Einfluss auf den saisonalen Rhythmus, das heißt, die Bäume folgten ihrem natürlichen Zyklus.

• Hohe Aminosäurekonzentrationen hatten keine negativen Auswirkungen – was die Sicherheit und Verträglichkeit von Arginin belegt.

Das Fazit?
Arginin fördert das Wachstum, ohne den saisonalen Rhythmus des Baumes zu stören – ein entscheidender Faktor für die Erhaltung der Widerstandsfähigkeit, der Ruhephase und der Überwinterungsfähigkeit in nördlichen Wäldern.

4. Die doppelte Partnerschaft der Pappeln: Wurzeln und Mykorrhiza

Schließlich zeichnen sich Pappeln noch aus einem weiteren Grund aus – ihrer doppelten Mykorrhiza-Assoziation.

Untersuchungen an Populus angustifolia und P. tremula zeigen, dass diese Arten sowohl arbuskuläre (AM) als auch ektomykorrhizale (ECM) Symbiosebeziehungen eingehen können und sich dabei an Temperatur- und Bodenbedingungen anpassen.

Diese Dualität ermöglicht es Pappeln, in vielfältigen Lebensräumen zu gedeihen – von fruchtbaren Tieflandgebieten bis hin zu kalten borealen Böden – und verbessert wahrscheinlich ihre Fähigkeit, organischen Stickstoff aufzunehmen.

Durch die Kombination einer Düngung auf Argininbasis mit natürlichen Mykorrhiza-Netzwerken können wir diese Effizienz in der Forstwirtschaft und in Baumschulen nachbilden.

Warum das wichtig ist

Zusammengenommen zeichnen diese Studien ein einheitliches Bild:

• Pappeln können organischen Stickstoff wie Arginin aufnehmen und davon profitieren.

• Organischer Stickstoff steigert die Effizienz, fördert die Wurzelbildung und unterstützt die natürlichen Wachstumszyklen.

• Aminosäuredünger, wie zum Beispiel arGrow von Arevo, arbeiten mit den Systemen der Natur – nicht gegen sie.

In der Forstwirtschaft, wo Nährstoffverluste und Stickstoffauswaschung ein ständiges Problem darstellen, bietet diese Wissenschaft eine echte Alternative: ein Nährstoffsystem, das auf die Biologie des Baumes abgestimmt ist.

Pappeln weisen uns den Weg in die Zukunft – und die Zukunft der Düngung könnte durchaus etwas ökologischer aussehen.

 

Literaturverzeichnis

• „Auswirkungen einer frühen, geringfügigen Stickstoffzugabe auf die Keimung und das frühe Wachstum von Waldkiefernkeimlingen (Pinus sylvestris) sowie auf die Rekrutierung der wurzelassoziierten Pilzgemeinschaft.“ (Studie unter Bezugnahme auf die Mykorrhizabildung bei Populus angustifolia und die Temperaturreaktion.)
• „Stickstoffverbindungen im Bodenwasser landwirtschaftlicher Flächen.“ (Verweist auf das Vorkommen von Populus tremula an einem Standort in einem ausgelichteten Birkenwald.)
• Fataftah, N. et al. (2022). „Nitratdüngung kann die Herbstblattalterung verzögern, Aminosäuredüngung hingegen nicht.“ Physiologia Plantarum, 174(2).
• Franklin, O. et al. (2016). „Der Kohlenstoffbonus von organischem Stickstoff verbessert die Stickstoffverwertungseffizienz.“ Plant, Cell & Environment, 39(8): 1672–1683.
• Robinson, N. et al. (2023). „Doppelte Mykorrhiza-Besiedlung bei Pappelarten: Auswirkungen auf die Nährstoffaufnahme und den Kohlenstofftransfer.“ Trends in Plant Science, 28(5).
• Näsholm, T. et al. (2009). „Aufnahme von organischem Stickstoff durch Pflanzen.“ New Phytologist, 182(1): 31–48.