Thomas Berberich (links) und Daniel Weber (rechts) 

Phytoprove Pflanzenanalytik: ein Frühwarnsystem für Mangelerscheinungen

Im Interview mit Dr. Thomas Berberich


Viel hilft viel? Zumindest in Bezug auf Düngemittel hat dieses Motto keine Berechtigung, weiß Thomas Berberich. Der Senckenberg-Wissenschaftler und Mitgründer des Start-Ups ‚Photoprove Planzenanalytik‘ hat mit seinem Kollegen Daniel Weber eine Methode entwickelt, welche die nicht-invasive Messung der Stickstoffversorgung von Pflanzen ermöglicht. Hierauf basierend wurde bereits ein Geräte-Prototyp entwickelt.
Von Hobbygärtner*innen bis hin zur professionellen Landwirtschaft: Die neuen Geräte sollen in Zukunft bei der Früherkennung von Mangelerscheinungen helfen, eine bedarfsgerechte Düngung erlauben – und somit einer Überdüngung sowie den damit einhergehenden Schäden für Umwelt und Mensch entgegenwirken.

Herr Berberich, was versteckt sich eigentlich hinter dem Namen „Phytoprove Pflanzenanalytik“?

„Phyto“ steht für Pflanze, „prove“ für prüfen, untersuchen, erproben. Es war übrigens gar nicht so einfach, einen Firmennamen zu finden, der genau zu unseren Geschäftsinhalten passt, uns gefällt, und dabei noch nicht vergeben ist.
 

Sie haben ein Verfahren und Geräte entwickelt, mit denen die Stickstoffversorgung und Fitness von Pflanzen gemessen werden kann. Fangen wir vorne an: Wieso sind diese Informationen wichtig?

Um eine Pflanze optimal versorgen zu können, muss man wissen, wie es ihr geht: zu wenig Dünger verringert die Erträge, zu viel Dünger kann schädlich für die Pflanze, aber auch für die Umwelt und die menschliche Gesundheit sein – und verursacht dabei unnötige Kosten.

Thomas Berberich (links) und Daniel Weber (rechts) wenden ihre neu entwickelte Technik an Tomatenpflanzen an. 

Was ist das Neue an Ihrem Verfahren?

Die physiologische Messung des Fitnesszustands und der Nährstoffversorgung von Pflanzen ermöglicht es erstmals, ihren Zustand direkt und schnell am Blatt zu messen – ganz ohne Laboranalysen. Basierend auf den Messdaten können gezielte, bedarfsgenaue Pflege- oder Düngemaßnahmen durchgeführt werden. Bislang basieren die meisten Verfahren zur Zustandsbeurteilung von Pflanzen lediglich auf indirekten und ungenauen äußeren Indikatoren wie etwa der Wuchsgröße, Blattfärbung, dem Chlorophyllgehalt, Stammzuwachs und so weiter. Wenn sich eine Mangelversorgung bereits im äußeren Erscheinungsbild von Pflanzen zeigt, ist es jedoch oft schon zu spät: Die Schäden, beziehungsweise die verringerte Wuchsleistung, können dann bereits irreversibel sein, weshalb auch die Düngung nicht mehr weiterhilft.

Bei der Diagnose gilt also: Je früher, desto besser?

Ganz genau. Die direkte Messung der Stickstoffversorgung von Pflanzen über Laboranalysen von Pflanzenteilen ist jedoch sehr aufwendig und teuer. Durch unsere direkte und nicht-invasive Messung des Versorgungszustands können die Pflanzen bedarfsgerecht gedüngt und bewässert werden – und zwar lange, bevor sich Mangelsymptome äußerlich zeigen.

Inwiefern belastet der Eintrag von Nitrat die Umwelt?

Der Nitrateintrag in die Umwelt überdüngt die Böden und lässt sie versauern – das trägt zum Verlust der Artenvielfalt und zur Belastung der Ökosysteme bei, da empfindliche Arten verdrängt werden: Dazu zählen zahlreiche Insektenarten, die Bodenfauna und viele an Nährstoffarmut angepasste Wildpflanzenarten. Die Überdüngung ist zudem ein großes Problem in Gewässern, da sie das Algenwachstum fördert; so einen Nährstoffeintrag bezeichnet man auch als Eutrophierung. Das schädigt außerdem Arten, die auf sauberes und sauerstoffreiches Wasser angewiesen sind.
Durch Überdüngung entweicht außerdem Ammoniak in die Atmosphäre: Ein Teil davon wird zu Feinstaub umgewandelt, außerdem entsteht Lachgas; ein starkes Klimagas.

Kann das auch für Menschen gefährlich werden?

Ja, ein zu hoher Nitratgehalt im Trinkwasser oder in Lebensmitteln wie etwa Gemüse schadet auch der menschlichen Gesundheit. Im Körper wird Nitrat zu Nitrit umgewandelt, das den roten Blutfarbstoff, das Hämoglobin, verändert: Es kommt zu Komplikationen im Sauerstofftransport. Besonders für Säuglinge, die das Hämoglobin noch nicht wieder „reparieren“ können, sind hohe Nitratwerte gefährlich. Außerdem kann das Nitrit zu Nitrosaminen umgewandelt werden, die im Tierversuch krebserregend sind. Sie stehen unter Verdacht, auch beim Menschen Krebs, vor allem Magenkrebs, zu verursachen.
Die weltweit viel zu hohen Stickstoffeinträge in die Umwelt sind eines der großen globalen Umweltprobleme der heutigen Zeit.

Wie kann die von Ihnen entwickelte Technik hier helfen?

Für eine bedarfsgerechte, genau dosierte Düngung, durch die Ressourcen gespart, die Umwelt nicht belastet und Erträge gesichert oder sogar gesteigert werden, muss der Versorgungszustand der Pflanzen bekannt sein. Er ist durch unsere Geräte erstmals messbar; ganz ohne Schäden an der Pflanze zu hinterlassen. Hierzu wird mit Sensoren im Blatt ein bestimmter Schritt des Photosynthese-Systems analysiert, der bei allen Pflanzen gleich ist – daher ist die Methode auch universell einsetzbar. Zudem dauert die Messung weniger als eine Sekunde und verlangt keine Vorkenntnisse.

In welchen Anwendungsgebieten soll die Technik zum Einsatz kommen?

Wir entwickeln Geräte für den Einsatz in der Landwirtschaft, im professionellen Pflanzenbau sowie in der Hobbygärtnerei, die jeweils genau an Bedarf und  Ansprüche der jeweiligen Nutzer angepasst sind: Für Hobbygärtner und Profipflanzenbauer kommen verschiedene Handmessgeräte in Kombination mit einer Auswerte-App für Mobiltelefone und Tablets zum Einsatz, außerdem arbeiten wir an einer Messvorrichtung zum Einsatz an Traktoren in der Landwirtschaft zur bedarfsgerechten Ausbringung von Düngemitteln (Precision Farming, Landwirtschaft 4.0). Auch der Einsatz an Drohnen ist denkbar.

Das Team

Thomas Berberich ist habilitierter Biologe und kann auf jahrelange Erfahrung in der Forschung zur Anpassung von Pflanzen an extreme Umweltbedingungen zurückblicken. Seit 2010 leitet er das Laborzentrum des Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrums (SBiK-F).
Gemeinsam mit Daniel Weber, Diplombiologe und Einzelhandelskaufmann, der sich auf die biophysikalische Erfassung und Bewertung von Leistungsparametern sowie die Stressphysiologie von Pflanzen spezialisiert hat, gründete er das Start-Up „Phytoprove Pflanzenanalytik“. Ihr innovatives Verfahren konnte zuletzt die Jury des Leibniz-Gründungspreises überzeugen.