Die Wurzel-Werker

Es scheppert und brummt am Kopfende des Gewächshauses: Drei kleine Tomatenpflanzen stehen dort in großen Kübeln, sie sind über 128 Elektroden mit koffergroßen Metallkästen verbunden. Diese wiederum leiten Daten an einen Laptop weiter, der auf einem Holztisch steht. Was aussieht wie ein EEG, eine Hirnstrommessung für Pflanzen, ist in Wirklichkeit ein ERT, eine elektrische Widerstandstomografie. „Wir erstellen damit 3-D-Bilder des Bodens und können so erkennen, von woher die Wurzeln der Pflanze das Wasser aufnehmen“, erklärt Nimrod Schwarz, der sich gerade über einen der Kübel beugt und die Pflanze inspiziert.

Der 40-jährige Bodenhydrologe – gut gelaunt, mit Brille, Dreitagebart und im karierten Hemd – forscht am Institut für Landwirtschaft, Ernährung und Wasserwissenschaften. Das gehört zur Hebräischen Universität in Jerusalem, liegt aber 55 Kilometer westlich, in Rechovot. Hier untersucht Schwarz mit seinem Team das Verhalten unterschiedlicher Wurzeln im Boden, vor allem, wenn er sehr trocken und salzig ist. Die Ergebnisse sollen Landwirten helfen, Pflanzen mit den passenden Wurzelwerken für ihre Böden zu finden.

Israel als Vorreiter bei der Wasserforschung

Schwarz tut das nicht allein: Er kooperiert neben anderen mit Andrea Carminati, Professor für Bodenphysik an der Universität Bayreuth. „Viele Deutsche befassen sich mit meinem Forschungsbereich. Andrea habe ich während meiner Zeit als Post-Doc in Belgien kennengelernt, er war einer meiner Betreuer“, erzählt Schwarz, der aber auch mit anderen deutschen Forschern kooperiert. Israel und Deutschland arbeiten seit Jahrzehnten im Bereich der Wasserforschung zusammen. Das klappe gut, man verstehe sich, die Kommunikation sei stets direkt, ohne Umschweife. Carminati, der aus Italien stammt und seit zwölf Jahren in Deutschland lebt, war bereits zwei Mal in Israel. „Wir haben dort sehr gut zusammengearbeitet, das war die erste wichtige Grundlage“, erzählt er.

Carminati und Schwarz forschen im Rahmen des deutsch-israelischen Wassertechnologie-Kooperationsprogramms, gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und vom israelischen Ministerium für Wissenschaft und Technologie. Seit 1974 gab es mehr als 150 solcher deutsch-israelischer Projekte mit dem Ziel, neue Wege zu finden, mit Wasserknappheit zurechtzukommen. „Israel ist auf dem Gebiet ein Vorreiter, dort wurde auch die Tröpfchenbewässerung erfunden“, erzählt Carminati.

„Mehr Ernte pro Tropfen“

Dem kleinen Land bleibt gar keine andere Wahl, als erfinderisch zu sein: Im Sommer regnet es monatelang nicht, die Erde trocknet aus und für üppige künstliche Bewässerung fehlt das Wasser. Dennoch hat es das Land dank Technologie erfolgreich geschafft, Landwirtschaft zu betreiben, sogar in Wüstenregionen. Auch für Deutschland werden die Forschungsergebnisse interessanter, vor allem, seit im letzten Jahr eine Dürreperiode den Landwirten zu schaffen gemacht hat.

Am Ende geht es aber nicht nur um Vorteile für die beiden beteiligten Ländern, sondern um die Ernährung der Weltbevölkerung. „More crop per drop“, zitiert Schwarz einen Slogan der Vereinten Nationen, der auch für seine Forschungsarbeit gilt: „Mehr Ernte pro Tropfen.“ „Das Problem ist, dass Pflanzen Salz zurücklassen, während sie Wasser aufnehmen. Die Böden werden immer salziger, was die Wasseraufnahme zunehmend erschwert“, erklärt Schwarz. Die Erde, der Boden mit all seinen Nährstoffen, ist ein begrenztes Gut, das über Jahrhunderte entsteht und nicht künstlich produziert werden kann. Kompost? „Reicht nicht für den Anbau von jenen Pflanzen, die Kohlenhydrate liefern und uns ernähren: Mais und Getreide“, erklärt Schwarz.

Das Verhalten der M82

Eine Lösung könnte also sein, Pflanzen mit Wurzeln einzusetzen, die mit trockenen, salzigen Böden zurechtkommen. Nimrod Schwarz, Andreas Carminati und ihre Mitarbeiter haben für ihre Versuche Tomaten der Sorte M82 angepflanzt. „Eine gängige Sorte“, erklärt Schwarz. Diese werden veredelt, das heißt: Die Pflanze selbst wird auf verschiedene Wurzelwerke transplantiert. Schwarz und Carminati arbeiten mit drei verschiedenen Wurzeltypen.

Carminati fokussiert sich im Labor auf die Prozesse innerhalb der Pflanzen, die in kleineren Töpfen eingepflanzt sind. Im Moment versuchen er und sein Team herauszufinden, welche Prozesse die Pflanze dazu veranlassen, bei Trockenheit die Stomata, also die Poren, zu schließen. Über diese nehmen Pflanzen für gewöhnlich Kohlenstoffdioxid auf und geben Sauerstoff und Wasser ab. Wenn aber das Wasser knapp wird, muss die Pflanze sparen – und schließt die Stomata. „Das Wissen darüber kann zum Beispiel helfen, geeignete Bewässerungsmethoden zu finden.“

Schwarz und seine Studenten hingegen pflanzen die Tomaten in sehr große Kübel und schauen sich auch die Umgebung, also die Erde, an. „Wir haben durch vorherige Forschung bereits herausgefunden: Die Wurzeln gestalten ihre physische Umgebung. Sie geben beispielsweise eine Art Gel ab, das wohl dabei hilft, Wasser aufzunehmen.“

In den kommenden Monaten und Jahren werden die beiden Forscher per Telefon und Mail in Kontakt sein – und sich zwei bis dreimal im Jahr auch persönlich begegnen. Das nächste Mal Ende September in Dresden, wo sie bei einer Konferenz der beiden Ministerien ihr Projekt und ihre Fortschritte vorstellen. Bis die ersten konkreten Ergebnisse erzielt werden, wird es allerdings noch Monate, wenn nicht gar Jahre, dauern.

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