Die stickstoffbindenden Eigenschaften mancher Pflanzen sind vielen Gärtnerinnen und Gärtnern bekannt. Hülsenfrüchtler, wie z. B. Bohnen und Erbsen, binden diesen Nährstoff in ihren Wurzelknöllchen und stellen ihn so für ihre Entwicklung bereit. Allerdings sind diese genannten Nutzpflanzen einjährig und nicht winterhart. In diesem Artikel möchte ich auf die Vorteile von mehrjährige Pflanzen eingehen, die Stickstoff im Boden binden. Dazu habe ich eine Liste von mehr als 100 Stauden, Sträuchern, Bäumen und Kletterpflanzen zusammengestellt, die in den gemäßigten Klimazonen wachsen können.
Einleitung
Stickstoff ist neben Phosphor und Kalium einer der Hauptnährstoffe von Pflanzen. Er wird für den Aufbau von Eiweiß, Chlorophyll und der DNA benötigt. Ohne diese Grundzutat wächst praktisch keine Pflanze. Daher achten erfolgreiche Gärtnerinnen und Gärtner stets auf eine ausgewogene Versorgung des Bodens mit Stickstoff, indem sie ihn dem Boden beispielsweise durch Kompost, Hornspäne oder Pflanzenjauchen hinzufügen. Aber all das ist mit zusätzlichem Aufwand und ggf. Kosten verbunden und kann auch leicht übertrieben werden, denn ein „zu viel“ dieses Nährstoffs ist auch nicht hilfreich (Stichwort Überdüngung).
Die Natur hat stattdessen eigene Strategien entwickelt, um die optimale Stickstoffversorgung sicherzustellen. Denn genau genommen sollte es auch ohne zusätzliche Düngung in unseren Breiten keinen Mangel an diesem Nährstoff geben – er ist schließlich praktisch überall vorhanden. Die Luft, welche uns umgibt, besteht zu ca. 78 % aus Stickstoff.
Nur, obwohl die Erdatmosphäre zu mehr als ¾ aus Stickstoff besteht, können Pflanzen diesen nicht direkt nutzen. Sie sind stattdessen auf eine kombinierte oder feste Formen von Stickstoff in Form von Ammoniak und Nitrat angewiesen. Derzeit wird der größte Teil des Stickstoffs in Form von industriell hergestellten Stickstoffdüngern zur Verfügung gestellt. Der Einsatz dieser Düngemittel erfordert einerseits einen hohen Energieaufwand zu deren Herstellung und führt darüber hinaus weltweit zu ökologischen Problemen, wie der Bildung von Küstentotzonen. Die biologische Stickstofffixierung hingegen bietet eine natürliche Möglichkeit, ohne dauerhaften Aufwand die Pflanzen optimal mit Stickstoff zu versorgen.
Die biologische Stickstoffbindung
Die biologische Stickstoffbindung ist ein wichtiger Bestandteil der regenerativen Landwirtschaft, des ökologischen Garten-/Landbaus, des Waldgartenbaus, der Agroforstwirtschaft und anderer polykultureller Praktiken. Durch die Partnerschaft mit Mikroorganismen in den Pflanzenwurzeln können einige Pflanzen atmosphärischen Stickstoff in Stickstoffdünger umwandeln, der für sie selbst nützlich ist, aber im Laufe der Zeit auch für ihre Nachbarpflanzen verfügbar wird.
In der Natur erfolgt die Bindung des atmosphärischen Stickstoffs u. a. mit der Hilfe von Mikroorganismen (sog. biotische Stickstofffixierung). Es wird dabei unterschieden zwischen frei im Boden lebenden Mikroben auf der einen Seite und symbiotischen Mikroorganismen auf der anderen Seite. Letztere sind i. d. R. auf die Anwesenheit von bestimmten Pflanzen angewiesen, mit welchen sie in Beziehung treten. Sind diese Pflanzen nicht vorhanden, dann können diese symbiotischen Mikroorganismen nicht existieren.
| Beispiele für frei lebende stickstofffixierende Mikroorganismen | Beispiele für symbiotische stickstofffixierende Mikroorganismen |
| Azotobacter Azomonas Beijerinckia Saccharolytische Clostridien Cyanobakterien | Knöllchenbakterien oder Rhizobien (bspw. Leguminosen) Frankia (bspw. verholzende Pflanzen) Bradyrhizobium (Sojabohne) |
Als Ausgleich für die Versorgung der Pflanze mit Stickstoff erhalten die Bakterien von den Pflanzen Kohlenhydrate in Form von Zucker, den die Pflanze durch Photosynthese bildet und in ihre Wurzeln leitet. Die Stickstoffbindung ersetzt zwar nicht die Notwendigkeit, andere Nährstoffe, wie Phosphor und Kalium, einzubringen, die durch Ernten erschöpft sein können. Sie stellt jedoch eine wertvolle biologische Quelle für diesen essentiellen Dünger dar.
Bildquelle: Von Cicle_del_nitrogen_ca.svg: Johann Dréo (User:Nojhan), traduction de Joanjoc d’après Image:Cycle azote fr.svg.derivative work: Burkhard (talk) – Cicle_del_nitrogen_ca.svg, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=7670200
Der chemische Ablauf der biologischen Stickstoffbindung ist ein komplizierter Prozess. Den Menschen, die sich näher dafür interessieren, empfehle ich als Einstieg den entsprechenden Wikipediaartikel. Im Ergebnis wird durch diesen Prozess atmosphärischer Stickstoff in eine pflanzenverfügbare Form umgewandelt, wodurch er zum Aufbau von Pflanzengewebe verwendet werden kann. Wenn dann im Herbst die Blätter fallen, Wurzeln absterben oder Blätter und Zweige zurückgeschnitten werden, wird der überschüssige Stickstoff wieder in den Boden abgegeben. Voraussetzung dafür ist natürlich, dass das organische Material an Ort und Stelle belassen wird und so kompostiert werden kann. Wenn die Blätter geschnitten werden, sterben auch einige der Wurzeln der stickstofffixierenden Pflanze ab. Dies trägt zu einer unterirdischen Düngung bei, denn die an den Wurzeln befindlichen Bakterien sterben mit den Wurzeln. Diese zusätzliche organische Substanz unterstützt die Wasserspeicherfähigkeit des Bodens, bietet Nahrung für Würmer und Lebensraum für nützliche Insekten usw.
Dieser Prozess bietet so viele Vorteile. Die Stickstoffbindungskapazität der Bakterien übersteigt dabei oftmals auch den Bedarf der einzelnen Pflanze, mit welcher sie in Symbiose leben. Von all dem profitieren wiederum andere Pflanzen, die in der Umgebung der stickstoffbindenden Pflanzen wachsen und keine eigenen Symbiosen mit stickstoffbindenden Bakterien eingehen.
Bakterienarten
Es gibt zwei Hauptgruppen von symbiotischen Mikroorganismen, die den Pflanzen atmosphärischen Stickstoff zur Verfügung stellen können: Knöllchenbakterien und Frankia-Bakterien.
Bildquelle: Von Frank Vincentz – Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2543671
Die Knöllchenbakterien, auch Rhizobien genannt, bilden eine Lebensgemeinschaft (Symbiose) mit Pflanzen aus der Familie der Hülsenfrüchtler. Das sind zum einen ein- bis zweijährige oder ausdauernde krautige Pflanzen und zum anderen verholzende Pflanzen, wie Bäume, Sträucher und Klettergewächse. Die Rhizobium-Bakterien besiedeln das Wurzelsystem der Wirtspflanze und bilden Knötchen aus, in denen die Bakterien leben. Die Bakterien beginnen dann, den von der Pflanze benötigten Stickstoff zu binden. In landwirtschaftlichen Systemen werden als Zwischenfrüchte oder in Mischkultur bspw. Erbsen, Klee, Luzerne oder Wicken angebaut, um u. a. den Boden mit Stickstoff anzureichern, der dann der Hauptfrucht zum Wachstum verhilft. Da kommen durchaus Mengen von rund 30-40 kg Stickstoff pro Hektar zusammen.1 Den Knöllchenbakterien kommt aufgrund ihrer Verbreitung und Stickstoffbindungskapazität die quantitativ höchste Bedeutung zu.
Bildquelle: Von Lebrac – Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=14979585
Weniger bekannt sind die stickstoffbindenden Eigenschaften von einigen Sträuchern, Bäumen, Stauden aber auch einigen Kletterpflanzen, welche eine Symbiose mit Bakterien der Gattung Frankia eingehen. Diese Bakterienart kommt auch ohne Symbiosen, also frei lebend, im Boden vor. Die Symbiose mit den Bäumen und Sträuchern ermöglicht es diesen jedoch erst auf stickstoffarmen Böden zu gedeihen. Die Höhe der Stickstofffixierung kann 240 bis 350 kg pro Hektar und Jahr betragen.22
Stickstoffbindende Gehölze
Gerade die Pflanzengruppen der Bäume und Sträucher spielen eine wichtige Rolle in Permakulturgärten, besonders da sie mehrfach von Nutzen sind. Nicht abschließend sind die folgenden Vorteile hervorzuheben:
- sie sind dauerhaft, d. h. sie müssen nur einmal angepflanzt werden und wachsen viele Jahre und Jahrzehnte
- sie sind i. d. R. laubabwerfend, d. h. sie sorgen durch ihren Blattabwurf im Herbst für den Humusaufbau
- sie lockern den Boden durch ihr ausgedehntes Wurzelwerk
- sie geben uns Früchte, Holz, Medizin und weitere Verwendungsmöglichkeiten
- sie spenden Schatten
- sie können als Windschutz verwendet werden
- sie bieten Lebensraum für Insekten und andere Tiere
Durch die stickstoffbindenden Symbiosen versorgen entsprechende Bäume und Sträucher weitere Pflanzen in ihrem näheren Umfeld mit Stickstoff. Ihr Wirkbereich ist aufgrund der höheren Wurzelausdehnung naturgemäß weiter, als bei einjährigen stickstoffbindenden Pflanzen oder bei Stauden. Das Stickstofffixierungspotential der einzelnen Pflanzen unterscheidet sich allerdings. So gibt es Pflanzen, die den Stickstoff in höherem Maße binden, als andere Pflanzen. Die folgenden Beispiele für die Stickstoffbindungsfähigkeit wurden der USDA Plants Database entnommen.
Beispiele von Gehölzen mit hohem Stickstoffbindungspotential:
- Alnus glutinosa – Schwarzerle
- Alnus rubra – Roterle
- Cytisus scoparius – Gewöhnlicher Besenginster
- Elaeagnus augustifolia – Russische Ölweide
- Robinia Hispida – Borstige Robinie
Beispiele von Gehölzen mit mittlerem Stickstoffbindungspotential:
- Albizia julibrissin – Seidenbaum, Seidenakazie, Schlafbaum
- Alnus incana – Grauerle
- Amorpha fruticosa – Bastardindigo
- Caragana aborescens – Gemeiner Erbsenstrauch
- Elaeagnus umbellata – Korallen-Ölweide, Doldige Ölweide, Herbst-Ölweide, Schirm-Ölweide, Herbstolive
- Hippophae rhamnoides – Sanddorn
- Robinia pseudoacacia – Gewöhnliche Robinie, Weiße Robinie, Falsche Akazie, Scheinakazie, Gemeiner Schotendorn
Die Liste mit 100+ mehrjährigen stickstoffbindenden Pflanzen
Während meines ersten Permakultur-Design-Kurses vor vielen Jahren kamen wir auch kurz auf das Thema der stickstofffixierenden mehrjährigen Pflanzen zu sprechen. Damals waren jedoch nur wenige Bäume, Sträucher, Stauden oder rankende Pflanzen bekannt, die winterhart sind und dadurch auch in den gemäßigten Klimazonen wachsen. Eine eigene Recherche auf der sehr zu empfehlenden Webseite „Plants For A Future“ ergab jedoch mehr als 100 Pflanzen, die diese Funktion übernehmen können, wobei diese Zusammenstellung nicht als abschließend verstanden werden sollte.
Hinweis: Ich würde diese Liste gern erweitern. Sollten Euch weitere mehrjährige Pflanzen bekannt sein, die Stickstoff binden können, dann würde ich mich über eine entsprechende Information in den Kommentaren freuen.
Diese Liste habe ich ins Deutsche übersetzt und soweit aufbereitet, so dass eine grobe Orientierung vermittelt wird, ob eine Pflanze für das eigene System in Frage kommen kann. Für die Details sollten dann die einzelnen Pflanzen allerdings noch selbst recherchiert werden.
Die Liste gibt über die folgenden Eigenschaften Auskunft:
- lateinischer Name
- landläufiger Name
- Wuchsform
- Höhe
- Breite
- Winterhärte (USDA)
- Bodenanforderungen
- Lichtanforderungen
- Feuchtigkeit
- Bewertung als Lebensmittel, Medizin bzw. für weitere Verwendungen
Bei der Verwendung der Pflanzenliste sollte Folgendes beachtet werden:
- Winterhärte:
- Es sind nur Pflanzen aufgelistet, deren Anbau bis in die USDA–Zone 7 möglich ist. Das Flachland von Deutschland, Österreich und der Schweiz liegt in den Zonen 6-7, der Alpenraum in den Zonen 5-6, wobei die Hochalpen den Zonen 4-5 zuzuordnen sind. Vereinzelte Gebiete mit mildem Klima, wie das Rheinland, die Küstenregionen Niedersachsens und Schleswig-Holsteins, können den Zonen 8 a bis 9 a zugeordnet werden. Mit einer Erwärmung des Klimas deutet sich eine umfangreiche Verschiebung der einzelnen Zonen an, insbesondere seit 2015 um teilweise mehr als eine Zone. Es sollte aber beachtet werden, dass Pflanzen, die erst ab der Zone 7 gedeihen, zwar leichte Fröste vertragen können, allerdings bei längeren Frostperioden oder tieferen Temperaturen geschützt werden sollten.
- Sortierung
- Ich habe die Pflanzen nach ihrem lateinischen Namen sortiert und – soweit bekannt – die deutsche(n) Bezeichnung(en) hinzugefügt
- Invasive Arten
- Einige der aufgeführten Arten haben das Potential, sich invasiv zu verbreiten. Das ist zwar nicht in jedem Umfeld und jeder Situation möglich, sollte jedoch vor ihrem Einsatz bedacht werden.
- Nichtheimische Arten
- Viele der aufgeführten Pflanzen sind ursprünglich nicht in Mitteleuropa heimisch. Die unkontrollierte Einbringung in ein natürliches Umfeld wie z. B. einen Wald ist daher genau zu prüfen. Der Einsatz in einer gärtnerischen Umgebung sollte allerdings kein Problem darstellen.
Ich stelle die Liste in Tabellenform als PDF sowie als OpenOffice-Tabellendokument zur Verfügung.
Quellen:
1 https://de.wikipedia.org/wiki/Gr%C3%BCnd%C3%BCngung#Wirkungen_der_Gr%C3%BCnd%C3%BCngung
2 https://de.wikipedia.org/wiki/Aktinorrhiza#Aktinorrhiza-Pflanzen
landmensch.wordpress.com 
Auch die Luzerne (Medicago sativa) gehört zu den stickstoffbindenden Pflanzen