Neueste Forschungsergebnisse zeigen, dass Pflanzen nicht nur auf ihre Wurzeln angewiesen sind, um Nährstoffe aus dem Boden zu beziehen. Sie können auch atmosphärischen Staub, der auf ihre Blätter fällt, direkt „fressen“, indem sie wichtige Mineralien wie Eisen, Phosphor und Kalium absorbieren und so einen bisher unterschätzten Nährstoffkanal für Ökosysteme mit schlechter Ernährung und starker Staubablagerung darstellen. Der entsprechende Artikel wurde im April dieses Jahres in der botanischen Fachzeitschrift „New Phytologist“ veröffentlicht.
Schätzungen zufolge werden jedes Jahr Milliarden Tonnen Staub vom Wind aufgewirbelt, über weite Strecken über Kontinente und Ozeane transportiert und an der Oberfläche abgelagert. Es ist seit langem bekannt, dass dieser Prozess eine wichtige Rolle bei der Bodenbildung und dem Eintrag von Makro- und Mikronährstoffen spielt. Da Staubpartikel reich an Phosphor, Eisen, Kalium und anderen Mineralien sind, vermuten Wissenschaftler schon lange, dass der Staub selbst eine wichtige Nährstoffquelle für Pflanzen sein könnte.
Neue Forschungsergebnisse bestätigen, dass einige Pflanzen diese Schlüsselmineralien direkt aus dem durch ihre Blätter fallenden Staub aufnehmen können, ein Mechanismus, der als „Blattaufnahme“ bezeichnet wird. Das Forschungsteam wies darauf hin, dass dieser Weg in der traditionellen terrestrischen Nährstoffkreislaufforschung oft ignoriert wird, aber in Gebieten, in denen Nährstoffe knapp sind, aber das ganze Jahr über von Sandstürmen und Mineralstaub betroffen sind, könnte er eine wichtige Rolle bei der Nährstoffversorgung von Pflanzen einnehmen.
„Die Natur fordert uns ständig mit neuen Mechanismen heraus, die aus Systemen entstehen, die wir zu kennen glaubten“, sagte Marcelo Sternberg, Pflanzenbiologe an der Universität Tel Aviv in Israel, per E-Mail zu Refractor. „Diese Studie zeigt, dass Pflanzen Nährstoffe nicht nur über ihre Wurzeln aufnehmen, sondern dass sie Nährstoffe auch direkt über ihre Blätter aus dem Staub aufnehmen können.“
Um diesen terrestrischen Nährstoffkanal zu verifizieren, führte ein Forschungsteam unter der Leitung von Anton Loksin von der Universität Tel Aviv Feldexperimente in einem mediterranen Gestrüpp im Judäischen Gebirge Israels durch, einem Gebiet, das dafür bekannt ist, jedes Jahr große Mengen Mineralstaub aus der Arabischen Wüste und der Sahara aufzunehmen. Die Forscher verteilten Vulkanasche direkt auf die Blätter von drei häufig vorkommenden Sträuchern: Cistus creticus, Salvia fruticosa und Teucrium capitatum.
Der für das Experiment ausgewählte Vulkanstaub weist einen einzigartigen „Fingerabdruck“ von Seltenerdelementen auf, der sich völlig von der Elementzusammensetzung des lokalen Bodens unterscheidet. Dadurch kann das Team in der anschließenden Analyse unterscheiden, welche Elemente über die Blätter aufgenommen werden und nicht über die Wurzeln aus dem Boden in die Pflanze gelangen. Die Messergebnisse des Elementgehalts in Pflanzen zeigten, dass die Konzentrationen von Spurenelementen wie Eisen, Mangan, Nickel und Kupfer in den oberirdischen Teilen (Äste und neues Gewebe) der mit Vulkanstaub behandelten Pflanzen deutlich anstiegen, während die Konzentrationen der entsprechenden Elemente in den Wurzeln im Wesentlichen unverändert blieben.
这意味着，附着在叶片表面的尘埃并非只是被雨水冲刷后进入土壤再由根系吸收，而是可以被叶片直接“消化”，为植株提供即时的微量营养补充。研究团队进一步将野外观测数据与不同地区的尘埃沉降和养分通量估算结合起来，评估叶面尘埃吸收在更大尺度上的潜在贡献。
Die Ergebnisse zeigen, dass im Westen der Vereinigten Staaten die Blattaufnahme von Eisen aus Staub bis zu etwa 17 % des gesamten Eisens decken kann, das lokale Pflanzen jedes Jahr aus dem Boden aufnehmen; Im östlichen Amazonasgebiet hingegen kann der durch diesen Mechanismus gewonnene Phosphor bis zu etwa 12 % des jährlichen Phosphoreintrags der Pflanze in den Boden ausmachen. Obwohl dieses Verhältnis nicht ausreicht, um die dominierende Stellung der Wurzelabsorption zu ersetzen, reicht es aus, um zu zeigen, dass Staub in einigen Gebieten eine nicht zu vernachlässigende Rolle im Nährstoffhaushalt der Pflanzen spielt.
Sternberg sagte, dass ihn persönlich am meisten überrascht habe, dass die häufigen Staubstürme im östlichen Mittelmeerraum nicht nur geologische oder atmosphärische Phänomene seien, sondern auch Nährstoffversorgungsereignisse mit direkter biologischer Bedeutung für Pflanzen. „Wir neigen dazu, Staubstürme als Umweltstress oder Luftqualitätsprobleme zu betrachten, aber für manche Pflanzen können sie auch ein ‚düngender Regen‘ sein, der vom Himmel fällt“, fügte er hinzu.
Die Forschung zeigte auch, wie Staub auf der Oberfläche von Blättern in verwertbare Nährstoffe umgewandelt wird: Wenn Staub in der Luft auf Blätter fällt, werden organische Säuren aus den Blättern abgesondert, wodurch die Mikroumgebung leicht sauer wird und dadurch Mineralien gelöst werden, die sonst schwer zu nutzen wären. Dieser dünne saure „Film“ trägt dazu bei, die chemische Struktur von Mineralpartikeln aufzubrechen und Elemente wie Eisen und Phosphor in Formen freizusetzen, die von Pflanzen aufgenommen werden können.
Sternberg wies darauf hin, dass einige Pflanzen über Blattflaumstrukturen, sogenannte „Trichome“, verfügen, von denen traditionell angenommen wird, dass sie dazu beitragen, die Blattoberflächentemperaturen zu senken, die Albedo zu erhöhen und den Wasserverlust zu verringern. „Diese Studie enthüllt eine bisher übersehene Funktion: Diese Blatthaare können auch Staubpartikel in der Luft effektiv einfangen und so die Fähigkeit der Blattoberfläche verbessern, Staubnährstoffe direkt aufzunehmen“, sagte er.
Das Forschungsteam ist davon überzeugt, dass das Verständnis der Rolle von Staub im Pflanzennährstoffkreislauf angesichts der zunehmenden Häufigkeit globaler Sandstürme in einigen Gebieten praktische Bedeutung für die landwirtschaftliche Bewirtschaftung, die ökologische Wiederherstellung und die Vorhersage der Fähigkeit von Ökosystemen hat, mit dem Klimawandel umzugehen. Von der Pflanzenzüchtung bis zum Anbaumanagement kann eine umfassende Berücksichtigung der Blattaufnahme, der Bodendüngung, der atmosphärischen Deposition und anderer Faktoren den Menschen dabei helfen, effizientere und nachhaltigere Nährstoffmanagementstrategien zu entwickeln.
Diese faktengeprüfte Studie, die gemeinsam von mehreren Wissenschaftlern durchgeführt wurde, wurde offiziell in New Phytologist veröffentlicht. Die entsprechenden Ergebnisse erregen auch in den Bereichen Ökologie und Agrarwissenschaften anhaltende Aufmerksamkeit.