Überreste der Insektenproduktion für eine nachhaltige Pflanzenproduktion

Die moderne Landwirtschaft steht vor zwei grossen Problemen: der übermässigen Nutzung von stickstoffhaltigen Düngemitteln und von Pestiziden. Obwohl diese Stoffe das Pflanzenwachstum fördern und Nutzpflanzen vor Schädlingen schützen sollen, bergen sie erhebliche gesundheitliche und ökologische Risiken. Forschende suchen daher nach alternativen Lösungen – und erstaunlicherweise könnten Insekten eine Schlüsselrolle spielen. 

Während ihres Wachstums hinterlassen Insekten zwei interessante Nebenprodukte: Frass und Exuvien. Frass – ihr Kot – und Exuvien – die abgestreiften Exoskelette nach der Häutung – werden oft als blosse Abfälle betrachtet. Doch aktuelle Forschung zeigt ihr enormes Potenzial zur Förderung des Pflanzenwachstums und der Pflanzengesundheit. 

Das Team um Professor Marcel Dicke von der Universität Wageningen hat diese Idee intensiv erforscht. Ihr Übersichtsartikel in der Fachzeitschrift Trends in Plant Science beleuchtet umfassend, wie von Insekten stammende Produkte verschiedene Bereiche der Landwirtschaft beeinflussen können.

Mikroben mit Insektenresten bestechen 

Die steigende Nutzung von Insekten wie Mehlwürmern, Heimchen und Schwarzen Soldatenfliegen in der Lebensmittel- und Futtermittelproduktion führt zu grossen Mengen an Nebenprodukten. Unter diesen sind Exuvien besonders interessant, da sie reich an Chitin, Stickstoff, Lipiden und Proteinen sind. Pflanzen können Chitin zwar nicht direkt verwerten, doch bestimmte Bakterien bauen es zu Stickstoff und anderen wertvollen Stoffen ab. Die Zugabe von Exuvien in den Boden fördert diese Bakterien, wodurch das Pflanzenwachstum indirekt gesteigert wird.

Frass, ein weiteres Nebenprodukt von Insekten, besteht aus Insektenexkrementen, Fragmenten von Aussenskeletten und unverdautem Futter. Studien haben gezeigt, dass Frass das Pflanzenwachstum fördert und nützliche Bakterien und Pilze im Boden unterstützt. Gemeinsam tragen die Exuvien und Frass zu einem gesünderen, fruchtbareren Boden bei und bieten eine natürliche Möglichkeit zur Steigerung der Pflanzenproduktivität.

Veränderte Resistenzmechanismen

Insektenkot dient Pflanzen als Signalstoff, und verschiedene Pflanzenarten reagieren unterschiedlich auf Frass! So wird Mais durch Raupenfrass widerstandsfähiger gegen Blattläuse und Krankheitserreger, während Reis widerstandsfähiger gegen Raupen wird. Die Zugabe von Frass und Exuvien in den Boden aktiviert eine systemische Resistenz in Pflanzen – sowohl über als auch unter der Erde. Über der Erde beeinflusst Frass die von Pflanzen in die Luft freigesetzten Stoffe, wodurch Parasitoide, die Pflanzenfresser angreifen, angelockt werden. Unter der Erde stärkt es die Wurzeln, was die Pflanzen widerstandsfähiger gegen bodenlebende Schädlinge und Krankheitserreger macht. Durch die Förderung pflanzenwachstumsfördernder Rhizobakterien (PGPR) mithilfe von Insektenresten können Pflanzenschutzmechanismen verbessert, Schädlingsschäden reduziert und natürliche Feinde effektiver rekrutiert werden.

Bakterien gegen Pilze 

Da Insektenreste im Boden das Wachstum von chitinabbauenden Bakterien begünstigen, schützen sie Pflanzen indirekt auch vor Pilzinfektionen. Studien zeigen, dass die Zugabe von chitinreichen Materialien das Auftreten bestimmter wurzelinfizierender Pilze reduziert. Diese nützlichen Bakterien fungieren als natürliche Verteidiger, indem sie Enzyme produzieren, die die Zellwände von Pilzen schwächen und zerstören. So erhöhen sie die Widerstandskraft der Pflanzen gegen Pilzkrankheiten und fördern ein gesünderes Wachstum. Zusätzlich zur Chitin-Zersetzung setzen diese Bakterien auch Verbindungen frei, die Pflanzen vor Schädlingen und Krankheiten schützen. Beispielsweise produziert Bacillus subtilis antibakterielle Stoffe, die das Wachstum schädlicher Bakterien und Pilze im Boden hemmen und Pflanzen so vor Infektionen und Schädlingsbefall bewahren.

Mehr Kot, mehr Blüten

Die Zugabe von Frass und Exuvien kann eine gesunde Bodenmikrobiota fördern, wodurch Pflanzen widerstandsfähiger gegen Krankheiten und Schädlingsbefall werden. Doch die Vorteile gehen noch weiter. Chitinreiche Böden können die Anzahl, Grösse und Blühdauer von Blüten beeinflussen und in einigen Pflanzenarten sogar die Nektarproduktion steigern. Da Blüten essenziell für die Bestäubung sind, trägt dies erheblich zur Pflanzenvermehrung bei. Schliesslich zeigen Studien, dass insektenhaltige Rückstände im Boden die Samenproduktion bei Brassica nigra erhöhen.

Mit dem Wachstum der Insektenzucht wird auch die Verwendung von Insektenresten als Tierfutter zunehmen – was wertvolle Nebenprodukte für die Landwirtschaft liefert. Im Sinne einer Kreislaufwirtschaft könnten diese Reste als Bodenverbesserer genutzt werden, um die Bodenqualität zu steigern und landwirtschaftliche Flächen produktiver zu machen. Dieser Ansatz könnte nicht nur den Pestizideinsatz reduzieren, sondern auch den Flächenbedarf für den Anbau verringern – und damit zu einer nachhaltigeren und widerstandsfähigeren Landwirtschaft beitragen.

Danksagung 

Wir danken Professor Marcel Dicke herzlich für sein wertvolles Feedback zu diesem Text.