Biostimulanzien: Die große Unbekannte

Biostimulanzien sind immer noch eine große Unbekannte im Pflanzenbau. Dies beginnt schon bei der begrifflichen Definition. Pflanzenstärkungsmittel – Bodenhilfsstoffe - Biostimulanzien: in unserem Sprachraum werden unterschiedliche Begriffe für ähnliche Produkte verwendet. Für Anwender:innen macht es das nicht leicht, sich in dem rasch wachsenden Produktangebot zurecht zu finden.

Auch die unterschiedlichen Gesetzen, die das Inverkehrbringen und den Umgang mit diesen Produkten sowohl auf nationaler als auch auf europäischer Ebene regulieren, tragen zur Verwirrung bei. Fehlende Kenntnisse über Art und Wirkungsweise der Biostimulanzien und daraus resultierende falsche Erwartungen an ihre Leistungen führen häufig zu Vorbehalten bei Anwender:innen und Berater:innen. Bei vielen gelten die Mittel als unzuverlässig und wirkungslos, mit anderen Worten als „Snake Oils“: Mittel, die viel versprechen und nichts davon halten. Was also sind Biostimulanzien, was können sie im Pflanzenbau bewirken und was nicht?

Wie werden Biostimulanzien definiert?

Was immer man sich von Biostimulanzien erwartet, eines sind sie mit Sicherheit nicht: Wundermittel, die alle Probleme des Pflanzenbaus lösen können. Vielmehr sind sie eine sinnvolle Ergänzung zu den Maßnahmen, die zu nachhaltigen und qualitiativ hochwertigen Ernten führen sollen.

Bezüglich der Definition von Biostimulanzien haben wir seit 2019 zumindest auf europäischer Ebene Klarheit. Am 5. Juni 2019 brachte die Kommission ein neues Gesetz zu Düngemitteln auf den Weg, das erstmals die Gruppe der pflanzlichen Biostimulanzien miteinschließt. Das Gesetz, das als EU Verordnung Nr. 2019-1009 „Vorschriften für die Bereitstellung von EU-Düngeprodukten auf dem Markt“ vorgibt, definiert die Biostimulanzien wie folgt:

„Ein Pflanzen-Biostimulans ist ein EU-Düngeprodukt, das dazu dient, pflanzliche Ernährungsprozesse unabhängig vom Nährstoffgehalt des Produkts zu stimulieren, wobei ausschließlich auf die Verbesserung eines oder mehrerer der folgenden Merkmale der Pflanze oder der Rhizosphäre der Pflanze abgezielt wird:
a) Effizienz der Nährstoffverwertung
b) Toleranz gegenüber abiotischem Stress
c) Qualitätsmerkmale oder
d) Verfügbarkeit von im Boden oder in der Rhizosphäre enthaltenen Nährstoffen"

Damit ist klar: Biostimulanzien sollen in erster Linie helfen, die Nährstoffversorgung der Pflanze zu sichern, die Qualität der Ernte zu verbessern und die Stresstoleranz der Nutzpflanze erhöhen. Sie haben dabei weder eine unmittelbare Nährstoffwirkung, noch sollen sie direkt Krankheiten und Schädlinge bekämpfen.
Neben dem neuen EU-Gesetz, das im Jahr 2021 in Kraft tritt, gelten jedoch auch noch die nationalen Gesetze. In Deutschland sind dies die Düngemittelverordnung (sie definiert die „Bodenhilfsstoffe“ und „Pflanzenhilfsmittel“) und das Pflanzenschutzgesetz, das die „Pflanzenstärkungsmittel“ regelt.

Wie wirken Biostimulanzien?

Um es gleich am Anfang zu sagen: es gibt kein allgemeines Wirkungsprinzip für Biostimulanzien. Da viele von ihnen Cocktails mit zahlreichen Inhaltsstoffen sind, ist ihre Wirkung – im Gegensatz zu klassischen Pflanzenschutzmitteln – auch nicht auf einen einzigen Wirkstoff zurückzuführen. So befinden sich in einem Algenextrakt Hunderte von verschiedenen Kohlenhydraten, Proteinen und Mineralstoffen. Entscheidend ist vielmehr, wie ein Biostimulanzienprodukt im Ganzen auf eine Pflanze wirkt und weniger, welchen Effekt dabei bestimmte Einzelwirkstoffe besitzen. Man kann davon ausgehen, dass zwischen den verschiedenen Inhaltstoffen auch synergistische Effekte auftreten, was in etwa besagt, dass „das Ganze mehr ist als die Summe seiner Teile“ (Zitat Aristoteles).

Biostimulanzien können auf die Pflanze über unterschiedliche Mechanismen einwirken. So enthalten einige Zubereitungen Pflanzenhormone, die zum Beispiel das Wurzel- oder Sprosswachstum direkt beeinflussen. Andere ermöglichen eine bessere Aufnahme von Nährstoffen aus dem Boden, viele Biostimulanzien können wiederum aufgrund ihrer stofflichen Zusammensetzung die Folgen von Kälte- oder Hitzestress abmildern. Es sei an dieser Stelle auch darauf hingewiesen, dass ein Großteil der beobachteten Wirkungen noch nicht wissenschaftlich erklärt werden kann, hier besteht noch hoher Forschungsbedarf.

Auch Basilikum zeigte bei diesem Pflanzenversuch mit Biostimulanzien eine intensivere Blattfärbung. ©  Ebert

Die Wirkungen von Biostimulanzien werden zudem von den zum Zeitpunkt der Anwendung herrschenden Witterungsbedingungen und dem Zustand der Pflanze beeinflusst. Deshalb sind die Effekte auch nicht immer exakt vorhersagbar, sondern müssen durch Tests mit den verschiedenen Zielkulturen erprobt werden. In den zahllosen Anwendungsversuchen liegt ein entscheidender Vorteil: Die Produzenten müssen die Wirksamkeit ihrer Präparate nachweisen, somit wird die Anwendung auch imer sicherer werden. Snake Oils und andere unwirksame Präparate werden langsam aber sicher vom Markt verschwinden.

Woraus bestehen Biostimulanzien?

Pflanzenbiostimulanzien werden überwiegend aus organischen oder biologischen Ausgangsstoffen hergestellt. Die neue EU-Düngerverordnung unterscheidet zwischen mikrobiellen und nicht-mikrobiellen Biostimulanzien. Die Mikroben enthaltenden Produkte umfassen für die Pflanzen nützliche Bakterien- und Pilzarten, die zweite Gruppe besteht aus pflanzlichen, tierischen und anderen Rohstoffen, wie etwa Mineralien oder Komposten. Im Folgenden werden die wichtigsten Ausgangsmaterialien für Pflanzenbiostimulanzien und ihre Aufbereitung vorgestellt.

Mikroorganismen

Zu den nützlichen Mikroorganismen gehören im Wesentlichen Bakterien- und Pilzarten. Diese dürfen aber keine direkte Wirkung gegen Krankheiten und Schädlinge haben, sonst fallen sie unter das Pflanzenschutzgesetz.
Viele Pilzarten bilden mit Pflanzen eine enge Lebensgemeinschaft, die sogenannte Mykorrhiza. Dabei versorgt der Pilz die Pflanze mit Nährstoffen und erhält im Gegenzug Kohlenhydrate. Besonders bei Baumkulturen und in der Forstwirtschaft können Mittel, die Mykorrhiza bildende Pilze enthalten, Jungpflanzen bessere Startbedingungen schaffen, insbesondere auf armen und biologisch wenig aktiven Böden.

Bakterien bilden einen Großteil des Bodenlebens, sind aber auch in der Pflanze und auf ihrer Oberfläche vorhanden. Sie können Pflanzen vor Schadorganismen schützen und helfen bei der Erschließung von Bodennährstoffen. Besonders bedeutend ist dies beim schlecht verfügbaren Phosphat. Innerhalb der „nützlichen“ Bakteriengattungen sind aber auch Arten anzutreffen, die bei Pflanzen Schäden anrichten können. Um wirksame und sichere Produkte zu verwenden, sollten diese nur von Qualitätsherstellern bezogen werden.

Bakterien und Pilze müssen mit speziellen Verfahren vermehrt und in eine stabile, als Handelspräparat taugliche Form überführt werden. Dies geschieht in Spezialbetrieben, die sich über Jahrzehnte ein umfangreiches Fachwissen erarbeitet haben. Bei Bakterien werden zumeist Sporen als inaktive Dauerformen auf Trägermaterialien, wie zum Beispiel Vermiculit aufgebracht. Bei Kontakt mit Bodenfeuchtigkeit nach der Ausbringung setzt dann wieder die Vermehrung der Bakterien ein. Pilzarten werden zum Beispiel als Dauersporen oder Mycel (Zellfäden der Pilze) auf geeigneten Trägern in Verkehr gebracht.

Algen- und Pflanzenextrakte

Vornehmlich sind es Braunalgen, die zur Herstellung von Biostimulanzien genutzt werden. Die sogenannten Makroalgen, also große, bis zu mehreren Metern messende Meerespflanzen, besiedeln die Küstenregionen aller Weltmeere. Sie werden schon seit Jahrhunderten dazu verwendet, die Bodenfruchtbarkeit zu erhöhen und das Pflanzenwachstum zu verbessern. Zu den am häufigsten in Biostimulanzien genutzten Algen gehören die nordatlantischen Arten Knotentang (Ascophyllum nodosum) und Fingertang (Laminaria digitata, Abbildung 4). Die Braunalgen werden mit unterschiedlichen Geräten oder auch per Hand geerntet. In Frankreich verwendet man ein spezielles Verfahren, bei dem die Algenkörper vom Boot aus mit einer rotierenden Drehvorrichtung aus dem Wasser gezogen werden.

Zu den am häufigsten in Biostimulanzien genutzten Algen gehört auch der Fingertang (Laminaria digitata).  ©  Ebert

Bei der Verarbeitung entscheidet sich, welche Qualität das spätere Produkt haben wird. Da die wertgebenden Inhaltstoffe wärmeempfindlich sind, ist eine schonende Verarbeitung bei niedrigen Temperaturen besser als eine Trocknung der Algen mit Heißluft oder eine Extraktion mit starken Säuren oder Basen. Optimal ist es, die Algen möglichst unmittelbar nach der Ernte durch eine sogenannte Mikronisierung zu zerkleinern. Dabei werden die Pflanzenkörper fein zermahlen bis die Zellwände aufbrechen und die Inhaltstoffe freigeben. Wird die Temperatur dabei moderat gehalten, bleiben die wertgebenden Substanzen weitgehend erhalten und biologisch aktiv. Diese Extrakte gleichen dann den beliebten Smoothies.

Je nach natürlichem Lebensraum der jeweiligen Algenart wird dem daraus gewonnen Extrakt eine andere Wirkung zugeschrieben. So sollen Produkte aus der Alge Ascophyllum nodosum besondere Stress mildernde Eigenschaften haben, denn diese Art wächst in den Tidenzonen des Nordatlantiks und ist abwechselnd bei Flut dem Salzwasser und bei Ebbe Trockenheit und dem Sonnenlicht ausgesetzt. Demgegenüber ist die rasch wachsende Riesenalge Ecklonia maxima bekannt dafür, Wachstum und Ertrag der Pflanzen zu fördern.  
Extrakte aus Landpflanzen sind besonders in Deutschland seit langer Zeit als Pflanzenstärkungsmittel bekannt. Legendär ist die bekannte Brennnesselbrühe, aber auch Schachtelhalm, Knoblauch und andere Arten finden sich in traditionellen und modernen Biostimulanzien wieder. In neuerer Zeit machen Präparate aus der Pechnelke von sich reden, in denen Pflanzenhormone vom Typ der Brassinosteroide enthalten sind.  

Proteinhydrolysate und Aminosäuren

Wie beim Menschen spielen Aminosäuren auch bei Pflanzen eine wichtige Rolle für das Wachstum und die Entwicklung. Für Pflanzenbiostimulanzien werden sie zumeist aus tierischen oder pflanzlichen Reststoffen gewonnen. Hier scheiden sich die Geister, denn Hydrolysate aus Schlachtkörpern sind zwar preiswert und wirksam, aber nicht jedermanns Sache. Viele Anwender und Anwenderinnen lehnen tierische Ausgangsstoffe ab, sei es aus ethischen, religiösen oder auch gesundheitlichen Bedenken. Für den Ökolandbau scheiden Blattmittel mit Substanzen tierischer Herkunft generell aus, da sie durch die EU-Verordnung 354/2014 zur ökologisch-biologischen Produktion nicht auf die essbaren Teile von Nutzpflanzen ausgebracht werden dürfen. Immer häufiger werden deshalb in hochwertigen Produkten Hydrolysate aus eiweißreichen Pflanzen wie etwa Soja verwendet.

Als Hydrolyse bezeichnet man den Abbau der Proteine zu Peptiden und Aminosäuren. Genau genommen liegen also in den so gewonnenen Produkten nicht nur Aminosäuren vor, sondern Stoffgemische mit Peptiden und Proteinen. Die Wirkung eines Präparates hänbgt somit nicht nur von den Aminosäuren und ihrer Zusammensetzung ab, sondern auch von den weiteren Bestandteilen des Hydrolysates. Hersteller von Proteinhydrolysaten verweisen jedoch gerne auf das Aminosäuremuster ihres Präparates. Dieses beschreibt die Anteile der etwa 20 verschiedenen Aminosäuren im Produkt, die aus Proteinen gewonnen werden können.

Die Tabelle zeigt ein typisches Aminosäuremuster eines Hydrolysates aus pflanzlicher Herkunft. Es dominieren die Glutamin- und die Asparaginsäure. Von einigen Aminosäuren wie etwa Prolin weiß man, dass sie die Stresstoleranz von Pflanzen deutlich verbessern können. Wie jedoch das Gesamtmuster an Aminosäuren auf Pflanzen wirkt, ist bislang kaum bekannt.

Produkte auf Basis von Proteinhydrolysaten werden häufig auch mit Nährstoffen oder anderen Wirkstoffen angereichert, da deren Aufnahme durch die Aminosäuren und Peptide deutlich gefördert wird. Auch  Aminosäuren, die nicht Bausteine der Proteine sind, sowie Polymere aus Aminosäuren werden in Biostimulanzien verwendet. So wird zum Beispiel die aus einzelnen Asparaginsäuremolekülen aufgebaute Polyasparaginsäure eingesetzt, um die Aufnahme von Phosphat aus dem Boden zu erhöhen.

Huminstoffe

Als Hauptquelle für Pflanzenbiostimulanzien dient Leonardit, eine Art Weichkohle, die sich in den Kohlelagerstätten findet, zum Beispiel im rheinischen Braunkohlerevier. Leonardit gilt als besonders reich an Humin- und Fulvosäuren, die in erster Linie bei der Herstellung von flüssigen Präparaten eine große Rolle spielen. Fulvosäuren unterscheiden sich von den schwarzfarbigen Huminsäuren unter anderem dadurch, dass sie eine hellbraune Färbung und kleinere Moleküle besitzen, die auch über die Blätter der Pflanze aufgenommen werden können. Die unlöslichen Huminstoffe werden dagegen vornehmlich für Produkte zur Bodenverbesserung verwendet und entfalten ihre Wirkung nur langsam.

Humin- und Fulvosäuren können das Pflanzenleben auf vielfältige Weise fördern, wobei die bessere Nährstoffaufnahme und eine Förderung des Wachstums im Vordergrund stehen. Das vielfach angebrachte Argument, das Huminstoffmittel den Boden mit organischer Substanz anreichern, trifft für die Blattmittel nicht zu, dazu ist ihre Aufwandmenge von wenigen Litern pro Hektar zu gering. Feste Huminstoffprodukte, die in den Boden eingebracht werden und in wesentlich größeren Mengen angewendet werden müssen, können dagegen durchaus zur Belebung des Bodens beitragen.

Chitosane und andere Biopolymere

Chitosan ist ein Polymer, das aus dem Chitin der Panzer von Krebstieren, zum Beispiel Garnelen, gewonnen wird. Je nach Verarbeitung ist Chitosan ein sehr wirksames Mittel gegen Pilzkrankheiten bei Pflanzen, es hat jedoch auch biostimulierende Effekte. Da Chitosan-Hydrochlorid in Europa als Grundstoff in der Pflanzenschutzverordnung registriert ist, ist die Anwendung als Biostimulans zumindest bei uns problematisch. Andere Biopolymere wie die Lignosulfonate gewinnen jedoch an Bedeutung. Ihre Entwicklung steht jedoch noch am Anfang. Biopolymere sollen unter anderem eine Rolle bei der Signalübertragung in der Pflanze unter Stressbedingungen spielen.

Anorganische Stoffe

Nicht nur organische Materialien – also solche, deren Moleküle das Element Kohlenstoff enthalten – werden in Biostimulanzien verwendet, sondern auch anorganische. Dazu gehören einige chemische Elemente, wie zum Beispiel Silizium (Si) oder Titan (Ti), die zwar keine Nährstoffwirkung haben, aber zum Teil durchaus positive Effekte bei Pflanzen hervorrufen können. Bei einigen Elementen ist eine tatsächliche Wirkung bislang jedoch nicht nachgewiesen. Silizium fördert dagegen deutlich die Widerstandskraft von Pflanzen.

Anwendung von Biostimulanzien

Biostimulanzien werden heute in fast allen Bereichen der Landwirtschaft, des Gartenbaus, der Pflege des öffentlichen Grüns sowie im privaten Hausgarten eingesetzt. Dabei finden sich Produkte, die ausschließlich aus Biostimulanzienmaterial bestehen, zum Beispiel reine Huminsäurelösungen. Zum anderen werden Mittel eingesetzt, die in Verbindung mit anderen Stoffen wie etwa Düngemitteln auf den Markt kommen.

Die Anwendungsformen von Biostimulanzien reichen von der Saatgutbeize über Bodenmittel bis hin zu Blattpräparaten. Welches Produkt für die jeweilige Anwendung optimal ist, sollte die Anwender:innen möglichst selbst erproben, auch die Beratung ist hier zunehmend gefordert. Biostimulanzien setzen eine höhere Bereitschaft voraus, sich mit der Pflanze und ihren Wachstumsbedingungen auseinanderzusetzen, als dies bei konventionellen Mitteln der Fall ist.

Biostimulanzien sind preislich zwischen Düngern und Pflanzenschutzmitteln angesiedelt. Von der Aufwandmenge gleichen sie aber eher den Pflanzenschutzmitteln. Für die recht teuren Flüssigprodukte liegt die Aufwandmenge zumeist bei wenigen Litern pro Hektar. Es ist immer abzuwägen, ob der Einsatz eines Biostimulanziums nicht nur ökologisch, sondern auch ökonomisch sinnvoll ist. Dies kann zum Beispiel der Fall sein, wenn aufgrund der in den vergangenen Jahren häufiger auftretenden extremen Trockenheit die Pflanzen einem besonderen Stress ausgesetzt sind.

Fazit und Ausblick

Durch die neue EU-Verordnung werden die Biostimulanzienprodukte sicherer und zuverlässiger in ihrer Wirkung und damit für viele Anwender interessanter werden. Wer keine Wunderdinge von ihnen erwartet und bereit ist, seine Pflanzen genau zu beobachten sowie eigene Erfahrung mit den Biostimulanzien zu machen, wird deren Nutzen für seine Anwendungen schnell erkennen, wobei das Hauptaugenmerk auf der Verbesserung der Pflanzenqualität und der Abmilderung von Stress liegen sollte.

Biostimulanzien können dazu beitragen, den chemischen Input in unsere Ökosysteme zu verringern und den Pflanzenbau nachhaltiger zu machen. Vorangetrieben wird diese Entwicklung von den immer strenger werdenden Umweltgesetzen, dem Wegfall vieler chemischer Pestizide sowie dem Wunsch der Verbraucherinnen und Verbraucher nach unbelasteten und natürlichen Lebensmitteln. Biostimulanzien hinterlassen keine Rückstände auf dem Erntegut und eignen sich deshalb besonders für den Ökolandbau.