Die Zukunft der Menschheit hängt vom Erfolg der Landwirtschaft ab, ebenso wie die Weltwirtschaft. Auf dem Agrarmarkt werden jährlich Hunderte von Milliarden Dollar umgesetzt und 28 % der Weltbevölkerung sind in der Landwirtschaft tätig. Die Landwirtschaft stellt nicht nur die Ernährung der Bevölkerung sicher, sondern schafft auch Wohlstand. Landwirtschaft ist für die Menschheit lebenswichtig.

Die Pflanzenernährung ist für die Landwirtschaft unerlässlich. Es ist jedoch wichtig zu verstehen, dass es neben Mineraldünger noch andere Quellen für die Fixierung und Freisetzung von Nährstoffen für Pflanzen gibt. Praktisch alle 16 essenziellen Elemente für Kulturpflanzen können durch die Wirkung von Mikroorganismen im Boden verfügbar gemacht werden. Voraussetzung ist, dass die Böden grundlegende Bedingungen für die mikrobielle Aktivität bieten. Feuchtigkeit, Nährstoffgleichgewicht, organischer Kohlenstoff und einen pH-Wert im Bereich zwischen 4,5 und 6,5 sind nur ein Teil der Voraussetzung.

Forschungsergebnisse zeigen, dass eine rationelle Düngerreduzierung kurz- und mittelfristig zu einer Verbesserung der biologischen Qualität der Böden führt. Die Reduzierung des Einsatzes von Mineraldüngern führt zu einer Verringerung der Konzentration von Salzen in der Nähe der Wurzeln. Eine Verringerung der Salze bedeutet eine Verbesserung der Bedingungen für die mikrobielle Entwicklung.

In vielen Teilen der Welt ist die rationelle Verringerung des Mineraldüngergehalts eine Praxis, die hervorragende Ergebnisse in Bezug auf die Produktivität der Kulturen bringt. Trotz der Verringerung des Düngereinsatzes bleibt der Gehalt an wichtigen Elementen im Boden dank der Verfügbarkeit von Mikroorganismen erhalten. Von diesen Elementen können Stickstoff, Phosphor und Kalium sowie einige Mikronährstoffe über biologische Kreisläufe im Boden bereitgestellt werden.

Praktisch alle wesentlichen Elemente für Kulturpflanzen können durch die Tätigkeit von Bodenmikroorganismen verfügbar gemacht werden. Sie sind die Hauptakteure im Kreislauf von Nährstoffen wie Stickstoff, Schwefel und Phosphor und spielen auch eine wichtige Rolle bei der Zersetzung von organischem Material.

Neben den Mikroorganismen tragen auch grössere Organismen wie Käfer, Regenwürmer, Spinnen, Termiten und Landkrebse zur Landwirtschaft bei. Sie bauen organische Rückstände von Pflanzen und Tieren ab, binden sie in das Bodenprofil ein und machen Nährstoffe bioverfügbar. Ausserdem erhöhen sie durch ihre Aktivitäten die Porosität des Bodens und ermöglichen ein besseres Eindringen von Wasser in den Boden. Darüber hinaus sind viele Organismen an der biologischen Schädlingsbekämpfung beteiligt, weil sie als Fressfeinde der Schädlinge fungieren (z. B. Marienkäfer, Ohrwürmer und Spinnen).

Stickstoff erfüllt in Pflanzen grundlegende Funktionen, da er direkt mit der Zusammensetzung von Aminosäuren und Proteinen verbunden ist und Bestandteil von Makromolekülen und Enzymen ist. Stickstoff ist einer der Nährstoffe, der von Pflanzen in der grössten Menge benötigt wird, er macht 2 bis 5 % der Trockenmasse der Pflanze aus.

Die genannten Bakterien bieten zahlreiche Vorteile durch biologische Stickstofffixierung und Förderung des Pflanzenwachstums durch die Produktion von Auxinen, Gibberellinen und Cytokininen.

Die genannten Bakterien bieten zahlreiche Vorteile durch biologische Stickstofffixierung und Förderung des Pflanzenwachstums durch die Produktion von Auxinen, Gibberellinen und Cytokininen.

Mit Hilfe des Enzyms Nitrogenase sind die Mikroorganismen in der Lage, Luftstickstoff zu Ammonium zu reduzieren. Anschliessend findet ein Austausch von Verbindungen statt, bei dem das Ammonium der Pflanze zur Verfügung gestellt wird. Die Pflanze wiederum liefert den Bakterien die für ihr Überleben wichtigen Kohlenhydrate.

Unter idealen Bedingungen können einige Bakterien mehr Stickstoff liefern, als die Pflanzen für die Getreideproduktion benötigen. Dadurch verringert sich die Notwendigkeit, dem Boden Stickstoffdünger zuzuführen, erheblich, was zu einer Senkung der Produktionskosten für den Erzeuger und zu einem Gewinn für die Umwelt führt.

Ähnlich wie Stickstoff hat auch Phosphor grundlegende Funktionen für die Pflanzenentwicklung. Phosphor ist an der Bildung von ATP (Adenosintriphosphat) beteiligt, der wichtigsten Energiequelle für die Durchführung von Prozessen wie Photosynthese, Zellteilung, Assimilattransport und Genexpression.

Man schätzt, dass nur 10 bis 25 % des über Mineraldünger zugeführten Phosphors für die Pflanzen verfügbar bleiben. Der Rest ist nicht verfügbar, weil er Bindungskomplexe mit Eisen- und Aluminiumoxiden bildet, Komplexe mit organischem Material eingeht oder mit Calciumionen im Boden ausgefällt wird. Der größte Teil des im Boden vorhandenen Phosphors liegt in organischer Form vor, und dieser Anteil des Bodenphosphors kann von Mikroorganismen genutzt werden.

Einige Mikroorganismen, die die Enzyme Phosphatase und Phytase produzieren, sind dafür verantwortlich, den in der organischen Fraktion enthaltenen Phosphor verfügbar zu machen.

Der Einsatz von phosphorsolubilisierenden Mikroorganismen durch Animpfen des Bodens ist ein effizienter Weg, um die unlöslichen P-Verbindungen in pflanzenverfügbare P-Form umzuwandeln. Dies führt zu einem besseren Pflanzenwachstum, Ernteertrag und einer verbesserten Produktionsqualität. Bacillus, Pseudomonas, Rhizobium, Aspergillus, Penicillium und AMR sind die effizientesten P-Solubilisatoren zur Erhöhung der Bioverfügbarkeit von Phosphor im Boden.

Die Wirkung von Trichoderma-Pilzen unterscheidet sich von der Wirkung von Bakterien. Mykorrhizapilze erhöhen die Phosphoraufnahme, indem sie ein grösseres Volumen des Bodens ausnutzen und so die Fähigkeit der Pflanzen zur Aufnahme von Nährstoffen und Wasser verbessern. Sie sind auch in der Lage, Phosphor auf eine Weise zu absorbieren, die Pflanzen nicht aufnehmen können. Auf diese Weise ist die Förderung der Symbiose zwischen Pflanzen und Mykorrhizapilzen gleichbedeutend mit einer Steigerung der Pflanzenqualität und der Produktivität der landwirtschaftlichen Nutzpflanzen.

Kalium ist auch ein wesentlicher Nährstoff für die Pflanzenentwicklung. Kalium ist für die Aktivierung von Enzymen in Pflanzen unerlässlich und wirkt sich direkt auf die Photosynthese und die Wasseraufnahmefähigkeit aus. Einige Mikroorganismen wirken indirekt auf die Verfügbarkeit von Kalium für Pflanzen ein. So zum Beispiel die Bakterien der Gattungen Acidothiobacillus, Bacillus und Paenibacillus.

Acidothiobacillus, Bacillus und Paenibacillus machen das in der organischen Fraktion gebundene Kalium verfügbar.

Mikroorganismen wirken auch direkt auf die Bereitstellung von Mikronährstoffen wie Eisen, Zink, Kupfer und Mangan ein. Bakterien der Gattungen Bacillus und Pseudomonas sowie arbuskuläre Mykorrhizapilze sind die bekanntesten und werden zur Anreicherung von Mikronährstoffen in landwirtschaftlichen Böden eingesetzt.