Hast du schon mal von Knöllchenbakterien gehört? Das sind kleine Mikroorganismen, die an den Wurzeln von bestimmten Pflanzen leben und ihnen helfen, Stickstoff aus der Luft zu nutzen. Diese Pflanzen gehören meist zur Familie der Hülsenfrüchtler oder Leguminosen und sind nicht nur lecker, sondern auch sehr nützlich für deinen Garten. In diesem Artikel erfährst du mehr über diese faszinierende Symbiose zwischen Pflanze und Bakterium und wie du sie für deine Permakultur nutzen kannst.
Inhaltsverzeichnis
- Warum ist Stickstoff wichtig für das Pflanzenwachstum?
- Das Stickstoffdilemma – warum das häufigste Element meist fehlt.
- Was sind Knöllchenbakterien und wie funktioniert die Symbiose mit Leguminosen?
- Knöllchenbakterien und Stickstofffixierung in der Permakultur
- Pflanzen, die Stickstoff fixieren
- Mulch und Kompost
- Pflanzengemeinschaften
- Wie kannst du Knöllchenbakterien und Leguminosen für deinen Garten nutzen?
- Welche Pflanzen benutzen Knöllchenbakterien oder binden Stickstoff?
- Samenvermehrte Gemüsearten, die Stickstoff binden
- Stickstoffbindende einjährige Pflanzen
- Gründungungen, die Stickstoff aus der Luft gewinnen
- Stickstoffbindende Stauden
- Beerenpflanzen/Wildobst
- Blütensträucher, die Stickstoff binden
- Gehölze, die Stickstoff binden
- Fazit
Warum ist Stickstoff wichtig für das Pflanzenwachstum?
Stickstoff ist eines der wichtigsten Elemente für das Leben auf der Erde. Er ist ein wesentlicher Bestandteil von Proteinen, Enzymen und Chlorophyll, die alle für das Wachstum und die Funktion von Pflanzenzellen notwendig sind. Ohne Stickstoff können Pflanzen nicht wachsen oder sich vermehren. Deshalb ist es wichtig, dass der Boden genügend Stickstoff enthält oder, dass er regelmässig gedüngt wird. Stickstoff ist der wichtigste Bodennährstoff für Pflanzen. Auf Düngerpackungen kannst du oft folgende Buchstaben lesen: N-P-K. Das sind die Abkürzungen für die Hauptnährstoffe, welche eine Pflanze braucht. Der erste Buchstabe "N" steht hierbei für Nitrogenium, welches der lateinische Begriff für Stickstoff ist.
Ohne ausreichende Stickstoffversorgung können Pflanzen nicht optimal wachsen. Sie verkümmern, ihre (älteren) Blätter werden erst hellgrün, dann gelb und fallen ab. Die Pflanze bleibt klein und kommt nicht vom Fleck. Schlussendlich stirbt sie meist ab.
Pflanzen, welche genügend Stickstoff haben, wachsen schnell. Sie sind tiefgrün und produzieren viel Blattmasse.
Das Stickstoffdilemma – warum das häufigste Element meist fehlt.
Aber woher kommt der Stickstoff? Die Luft besteht zu etwa 78 % aus Stickstoff, aber die meisten Pflanzen können ihn nicht direkt aufnehmen. Sie brauchen ihn in einer anderen Form, beispielweise als Nitrat oder Ammonium im Boden.
Hier kommt das zweite Problem zum Tragen. Im Gegensatz zu den meisten Nährstoffen wie Phosphat oder Kalium kann Stickstoff nicht gut im Boden gespeichert werden. Die meisten Pflanzennährstoffe sind recht stabil und liegen in negativ geladenen Teilchen vor. So werden beispielsweise negativ geladene Kalium-Ionen im Boden an Tonminerale und Humusteilchen stabil gebunden. Kalium kann also im Boden gespeichert werden, weil es eine stabile Form hat, die nicht leicht ausgewaschen und abgebaut wird oder sich verflüchtigt.
Bei Stickstoff ist das aber anders. Er ist im Boden in unterschiedlicher Form vorhanden.
- Molekularer Stickstoff (N2): Das ist die häufigste Form des Stickstoffs in der Luft (78 %). Er ist für Pflanzen nicht direkt nutzbar, sondern muss erst durch Knöllchenbakterien oder durch Blitzschlag in für Pflanzen verfügbaren Stickstoff umgewandelt werden.
- Ammonium (NH4+): Das ist eine positiv geladene Stickstoff-Form, die von Pflanzen direkt aufgenommen werden kann. Sie entsteht zum Beispiel durch die Fixierung von N2 durch Knöllchenbakterien an den Wurzeln von Leguminosen. Jedoch ist diese Form nicht sehr stabil. Das Ammonium verwandelt sich schnell in leicht verflüchtigenden Ammoniak oder in Nitrat.
- Nitrat (NO3-): Das ist eine negativ geladene Stickstoff-Form, die von Pflanzen direkt aufgenommen werden kann. Jedoch kann Nitrat nicht im Boden gespeichert werden und wird durch den Regen ins Grundwasser ausgewaschen.
- Organischer Stickstoff: Das ist der Stickstoff, der in organischen Verbindungen wie Proteinen, Aminosäuren oder Harnstoff enthalten ist. Er ist für Pflanzen nicht direkt verfügbar, sondern muss erst durch mikrobiellen Abbau in Ammonium umgewandelt werden.
So ist Stickstoff zwar ein lebenswichtiger Nährstoff für Pflanzen, aber er ist fast immer knapp im Boden. Das liegt daran, dass er in seinen Verbindungen nicht sehr stabil ist und leicht ausgewaschen wird. Im natürlichen Stickstoffkreislauf kommt für Pflanzen verfügbarer Stickstoff vor allem über die Zersetzung abgestorbener Biomasse in den Boden. Die Pflanzen können diesen Stickstoff nutzen, indem sie ihn in Form von Nitrat oder Ammonium über die Wurzeln aufnehmen. Genau das passiert, wenn man Kompost oder Tiermist im Garten ausbringt. Die Biomasse zersetzt sich und der Stickstoff steht den Pflanzen zur Verfügung.
Genau genommen ist das jedoch nicht sehr nachhaltig. Da diese Biomasse (also der Kompost oder Tiermist) irgendwo anders weggenommen wird und dort wieder fehlt. Viel Nachhaltiger wäre es, wenn man direkt den vielen Stickstoff in der Luft anzapfen könnte…
Und genau hier kommen sozusagen als "Missing Link" die Knöllchenbakterien ins Spiel.
Was sind Knöllchenbakterien und wie funktioniert die Symbiose mit Leguminosen?
Knöllchenbakterien sind spezielle Bakterien aus der Familie der Rhizobiaceae, die zur Klasse der Alphaproteobacteria gehören. Sie sind aerob und chemoorganotroph. Das heisst, sie brauchen Sauerstoff zum Atmen und organische Stoffe als Energiequelle.
Knöllchenbakterien sind häufige und verbreitete Bodenbakterien, die sich an den Wurzeln von Pflanzen aus der Familie der Hülsenfrüchtler (Leguminosen) anheften können. Zu dieser Familie gehören z.B. Erbsen, Bohnen, Lupinen, Klee, Linsen, Soja, Erdnüsse, Akazien und viele mehr. Die Symbiose zwischen Knöllchenbakterien und Leguminosen ist eine klassische Win-Win-Situation: Die Pflanze bietet den Bakterien einen geschützten Lebensraum und Zucker als Nahrung an. Die Bakterien liefern der Pflanze im Gegenzug Stickstoff in einer pflanzenverfügbaren Form.
Wie geht das? Die Knöllchenbakterien besitzen ein spezielles Enzym, das Nitrogenase heisst. Dieses Enzym kann den molekularen Stickstoff (N2) aus der Luft in Ammoniak (NH3) bzw. Ammonium (NH4+) umwandeln. Dieser Prozess heisst Stickstofffixierung. Die Pflanze kann das Ammonium dann in ihre Zellen aufnehmen und in Aminosäuren und andere Stickstoffverbindungen umwandeln. So kann sie wachsen und sich vermehren, ohne auf externen Stickstoff-Dünger angewiesen zu sein.
Die Symbiose beginnt damit, dass die Pflanze bestimmte Signalmoleküle aussendet, die von den Bakterien erkannt werden. Die Bakterien heften sich dann an die Wurzelhaare der Pflanze an und dringen in sie ein. Dabei bilden sie einen Infektionsfaden, der sie bis in die Wurzelrinde führt. Dort induzieren sie die Bildung von speziellen Organen, die Knöllchen genannt werden. Die Knöllchen sind kleine Verdickungen an der Wurzel, die aus infizierten Pflanzenzellen bestehen. In diesen Zellen vermehren sich die Knöllchenbakterien und verändern ihre Form zu sogenannten Bakteroiden. Die Bakteroiden sind von einer pflanzlichen Membran umgeben, die Peribakteroid Membran genannt wird. Diese Membran schützt die Bakteroiden vor dem Immunsystem der Pflanze und ermöglicht den Stoffaustausch zwischen beiden Partnern.
Die Knöllchen sind oft rosa oder rot gefärbt, weil sie ein eisenhaltiges Protein enthalten, das Leghämoglobin heisst. Dieses Protein bindet Sauerstoff und reguliert so die Sauerstoffkonzentration in den Knöllchen. Das ist wichtig, weil die Nitrogenase sehr empfindlich gegenüber Sauerstoff ist und nur bei niedrigen Sauerstoffgehalten funktioniert. Das Leghämoglobin sorgt also dafür, dass die Bakteroiden genug Sauerstoff zum Atmen haben, aber nicht zu viel für die Stickstofffixierung.
Knöllchenbakterien und Stickstofffixierung in der Permakultur
Die Permakultur ist eine ganzheitliche Anbaustrategie, ja vielleicht Anbauphilosophie, welche versucht, eine nachhaltige "permanente" Landwirtschaft ("Agrikultur") zu erschaffen. In der modernen Landwirtschaft sind mineralische Stickstoffdünger grundlegend für einen erfolgreichen Anbau. Jedoch werden diese Stickstoffdünger unter sehr hohem Energieaufwand hergestellt. Meist wird fossiles Gas verbrannt, um im sogenannten Haber-Bosch-Verfahren Stickstoff aus der Luft zu gewinnen. Diese Düngerherstellung ist somit an den endlichen Vorrat an fossiler Energie angeknüpft und langfristig in dieser Form nicht nachhaltig.
In der Permakultur wird versucht, sich auf natürliche Kreisläufe zu besinnen und diese im Garten und in der Landwirtschaft zu nützen. So wird statt auf mineralischen Stickstoffdünger auf die Integration von Knöllchenbakterien gesetzt.
Pflanzen, die Stickstoff fixieren
In der Permakultur werden stickstofffixierende Pflanzen wie Hülsenfrüchte und Leguminosen als wichtiger Bestandteil des Anbausystems eingesetzt. Diese Pflanzen bilden eine Partnerschaft mit den Knöllchenbakterien an ihren Wurzeln und sind in der Lage, den Stickstoff aus der Luft zu binden und im Boden anzureichern. Diese Fähigkeit stellt eine wertvolle Stickstoffquelle für andere Pflanzenarten dar, die von dieser natürlichen Düngung profitieren. So werden Pflanzen, welche in Gemeinschaft mit Knöllchenbakterien leben, immer mit anderen Gemüse- und Obstarten kombiniert.
Durch den Einsatz von Leguminosen als Gründüngung und der Verwendung der Blätter und Zweige von Hülsenfrüchtlern und anderen stickstoffbindenden Pflanzen als Mulch wird der Stickstoffgehalt des Bodens in einem Permakultur-Garten kontinuierlich verbessert, ohne auf externe Stickstoffquellen zurückgreifen zu müssen.
Mulch und Kompost
Gerade das Thema Mulch und Kompost ist in der Permakultur sehr wichtig. Hier wird viel Wert auf organische Materialien gelegt, die als Mulch und Kompost verwendet werden. Diese Praxis fördert das Wachstum und die Aktivität nützlicher Bodenorganismen, einschliesslich der Knöllchenbakterien. Das Mulchen schützt den Boden vor Austrocknung, reguliert die Bodentemperatur und fördert eine gesunde Bodenstruktur. Gleichzeitig baut der Kompost organische Materie ab und trägt zur Stickstoffanreicherung im Boden bei. Die Kombination von stickstofffixierenden Pflanzen und Mulch- sowie Kompostierungstechniken schafft ein regeneratives Ökosystem, das sich selbst ernährt und gleichzeitig den Bedürfnissen der Pflanzen gerecht wird.
Pflanzengemeinschaften
Permakultur umfasst auch die Idee, Pflanzen in sogenannten Pflanzengemeinschaften oder Gilden anzubauen. Hierbei werden Pflanzen bewusst so kombiniert, dass sie voneinander profitieren. stickstofffixierende Pflanzen werden in Kombination mit anderen Arten angebaut, um die Nährstoffversorgung und das Wachstum zu optimieren. Zum Beispiel könnten Bäume oder Sträucher, die tiefreichende Wurzeln haben, neben Flächen mit Hülsenfrüchten gepflanzt werden. Die Bäume nehmen dann den Stickstoff auf, der von den Hülsenfrüchten fixiert wurde, und bringen ihn in die oberen Bodenschichten zurück, wenn ihre Blätter abfallen und kompostiert werden.
Die Integration von Knöllchenbakterien in die Permakultur-Praxis ermöglicht es Hobbygärtnern, einen geschlossenen Kreislauf zu schaffen, der von der natürlichen Stickstofffixierung profitiert. Diese nachhaltige Anbaumethode unterstützt nicht nur gesundes Pflanzenwachstum und eine reiche Ernte, sondern trägt auch dazu bei, die natürlichen Ressourcen zu schonen und das Gleichgewicht im Garten zu erhalten.
Wie kannst du Knöllchenbakterien und Leguminosen für deinen Garten nutzen?
Wenn du einen naturnahen und nachhaltigen Garten nach Permakultur Prinzipien gestalten möchtest, solltest du unbedingt Leguminosen in deinen Anbauplan integrieren.
Knöllchenbakterien und ihre Fähigkeit, Stickstoff in den Boden zu bringen, sind langfristig die einzige Möglichkeit, (fast) ohne Dünger in einem Garten auszukommen.
Ausserdem bieten dir Leguminosen mit ihren Knöllchenbakterien noch viele andere Vorteile für deine Permakultur:
- Sie versorgen deinen Boden mit Stickstoff und reduzieren so deinen Bedarf an externem Dünger.
- Sie verbessern die Bodenstruktur und -qualität durch ihre tiefen Wurzeln und ihre organische Substanz.
- Sie schützen den Boden vor Erosion und Austrocknung durch ihre dichte Blattmasse.
- Sie fördern die Artenvielfalt im Garten durch ihre Blüten, die Bienen und andere Insekten anlocken.
- Sie stärken die Gesundheit deiner Pflanzen durch ihre positive Wirkung auf das Bodenleben.
- Sie liefern dir leckere und gesunde Ernteerträge (Bohnen, Erdnüsse, etc.) mit hohem Eiweissgehalt.
Um von diesen Vorteilen im Garten zu profitieren, solltest du folgende Tipps beachten:
- Wähle Leguminosenarten aus, die zu deinem Klima, deinem Boden und deinem Geschmack passen. Hier gibt es zahlreiche Möglichkeiten, die du ausprobieren kannst:
- Einjähriges Gemüse wie Erbsen und Bohnen.
- Blühende Bodendecker wie Lupinen und Klee.
- Oder aber mehrjährige Bäume und Sträucher wie die Robinie oder die Ölweide (Elaeagnus).
- Baue Leguminosen in Mischkultur mit anderen Pflanzen an, um Platz zu sparen, Schädlinge abzuwehren und die Erträge zu steigern. Im traditionellen Gemüsegarten sind folgende Pflanzen gute Partner für Leguminosen: Mais, Kartoffeln, Kohl, Salat, Radieschen, Zwiebeln und Möhren. Jedoch kannst du auch mehrjährige Beerensträucher und Obstbäume in einem Permakultur Garten zusammen mit Leguminosen anbauen.
- Sorge für eine gute Bodenvorbereitung, indem du den Boden lockerst, Unkraut entfernst und Kompost einarbeitest. Leguminosen bevorzugen einen lockeren, humosen und gut durchlässigen Boden mit einem neutralen bis leicht sauren pH-Wert.
- Pflege deine Leguminosen regelmässig, indem du sie giesst, hackst, mulchst und anbindest. Achte darauf, die Knöllchen mit den Knöllchenbakterien nicht zu beschädigen oder zu stören. Ernte deine Leguminosen rechtzeitig, bevor sie überreif werden oder verblühen.
- Verwende deine Leguminosen als Gründüngung, indem du sie nach der Ernte oder vor der Blüte unter den Boden einarbeitest. Du kannst auch spezielle Gründüngungspflanzen wie Lupinen anbauen, die du vor der Aussaat deiner Hauptkultur unterpflügst. So kannst du deinen Boden mit Stickstoff anreichern und ihn für die nächste Kultur vorbereiten.
- Bei mehrjährigen Leguminosen, also Bäumen, Sträuchern und Stauden mit Knöllchenbakterien kannst du die "Cut and Drop"-Methode der Permakultur anwenden. Hierzu die (evtl. gehäckselten) Blätter, Triebe und Äste dieser stickstoffbindenden Pflanzen als Mulchmaterial zwischen deine anderen Obst- und Beerensträucher streuen.
Welche Pflanzen benutzen Knöllchenbakterien oder binden Stickstoff?
Es gibt eine ganze Reihe von Pflanzen, welche Stickstoff binden können. Von einjährigen Pflanzen bis zu grossen Bäumen ist für jeden etwas dabei.
Samenvermehrte Gemüsearten, die Stickstoff binden
Bohnen: Egal ob Buschbohnen, Stangenbohnen oder Feuerbohnen. Sie sind alle Leguminosen und helfen, den Boden fruchtbarer zu machen.
Erbsen (auch Zuckerschoten, Kichererbsen, etc.) werden nicht nur für vegane Fleischalternativen missbraucht. Auch als Stickstofffixierer im Garten leisten sie dank der Knöllchenbakterien gute Dienste.
Sonstige Hülsenfrüchte: Hier gibt es noch eine ganze Menge an anderen schmackhaften Kandidaten: Linsen, Süsslupine, Sojabohnen oder Puffbohnen.
Stickstoffbindende einjährige Pflanzen
Erdnüsse gehören zur gleichen Familie wie Bohnen und Erbsen. Die (Not) Just Peanuts® Serie von Lubera ermöglicht den Anbau auch bei uns im kalten Norden.

Bild: Die Erdnuss (Not) Just Peanuts® JustBehappy® bildet grosse Nüsschen mit einer auffälligen rot-weiss gestreiften Färbung.
Edelwicken existieren in zahlreichen Farben von weiss bis rosa. Diese Leguminosen binden auch dank der Knöllchenbakterien Stickstoff.
Gründungungen, die Stickstoff aus der Luft gewinnen
Hier sind vor allem einzelne Arten wie Phacelia, Weissklee, Luzerne oder Serradella sehr gute Stickstoffbinder. Aber auch klassische Saatgutmischungen, wie das Landsberger Gemenge, enthalten überwiegend Arten, welche mit Knöllchenbakterien zusammenleben.
Stickstoffbindende Stauden
Baptisas sind eine Gruppe von pflegeleichten Stauden. Diese Leguminosen passen perfekt in ein gemischtes Staudenbeet und verbessern langfristig den Boden.

Bild: Die Färberhülse 'Dutch Chocolate' blüht von Mai bis Juni und eignet sich sehr gut als Bienenweide.
Das Süssholz ist die perfekte Pflanze für einen Permakulturgarten. Die schmackhaften süssen Wurzeln werden selbst von Kindern genossen, die Blüten ziehen Insekten an und die Knöllchenbakterien an den Wurzeln binden den Stickstoff der Luft.
Bild: Das Echte Süssholz, oder auch Lakritze Pflanze genannt, bildet essbare, süss schmeckende Wurzeln aus.
Staudenwicken sind beliebte kletternde Blühpflanzen, welche auch Stickstoff fixieren können.
Bild: Die Staudenwicke 'Rosa Perle' ist eine charmante Rankstaude mit zarten Blüten.
Beerenpflanzen/Wildobst
Sanddorn: Dieses Wildobst liefert nicht nur sehr viel Vitamin C, sondern auch wertvollen Stickstoff für den Boden.

Bild: Der Sanddorn 'Ukraine Freedom' ist ein fast dornenloser Sanddorn mit richtig süssen Früchten.
Elaeagnus: Zu dieser Pflanzengattung gehören sowohl die leckeren kleinen Pointilla Beeren als auch die gerne als Heckenpflanzen verwendeten Ölweiden. Alle Elaeagnus Arten machen den Garten fruchtbarer.

Bild: Die Pointilla® Amoroso® ist die früheste Sorte unter den Pointillas. Die Früchte sind klein und dunkel und haben ein feines Aroma.
Blütensträucher, die Stickstoff binden
Ginster gibt es in vielen Farben. Sie gedeihen auch auf armen und trockenen Böden und reichern den Boden mit Stickstoff an.

Bild: Der Besen-Ginster 'Andreanus Splendens' hat zahlreiche zweifarbige Blüten, die von Mai bis Juni leuchten.
Die wunderschönen blaublühenden Säckelblumen sind in ihrer Heimat einer der wichtigsten Stickstofflieferanten des Ökosystems.

Bild: Die Säckelblume 'Victoria' ist eine Bienenweide mit tiefblauen Blütenbällen.
Lespedeza thunbergii ist ein wenig bekannter aber wunderschöner Blütenstrauch, welcher ebenfalls Stickstoff dank Knöllchenbakterien binden kann.

Bild: Thunbergs Buschklee ist ein Spätblüher mit purpurfarbenen Blütenrispen und einer eleganten Wuchsform.
Der Himalaya-Indigostrauch blüht unermüdlich den ganzen Sommer lang, zieht zahlreiche Insekten an und verbessert als Leguminose auch noch den Gartenboden.

Bild: Der Himalaya-Indigostrauch erblüht in dunkelrosa Blüten von Juni bis Oktober.
Gehölze, die Stickstoff binden
Robinien sind bekannt dafür, dass sie sehr trockenheitstolerant sind und eine tolle Bienenweide. Dank der Knöllchenbakterien können sie auch Stickstoff aus der Luft binden.
Bild: Die Robinia hispida 'Macrophylla' ist ein Grossstrauch mit grossen, rosa Blüten. 'Macrophylla' ist gut winterhart und hat sich auch als sehr hitzeresistent erwiesen.
Judasbäume erfreuen uns durch ihre beeindruckende lila Blüte im Frühjahr. Auch sie gehören zu den Hülsenfrüchtlern und profitieren somit von der Arbeit der Knöllchenbakterien.

Bild: Der Judasbaum 'Avondale' ist ein Frühjahrsblüher mit violett-rosa Blüten und einer hinreissenden Herbstfärbung.
Seidenbäume gehören nicht nur zu den wahrscheinlich schönsten Blütengehölzen überhaupt. Dank ihrer Eigenschaft als Leguminose können auch sie Luftstickstoff binden.

Bild: Der Seidenbaum 'Ombrella' eignet sich als Kleibaum oder als Strauch im Kübel.
Der Lederhülsenbaum ist auch ein Vertreter der Hülsenfrüchtler.
Als mehrjährige Kletterpflanze ist Blauregen sehr beliebt. Dank Knöllchenbakterien und der Nitrogenase bereichern auch diese Zierpflanzen den Boden mit wichtigem Stickstoff.

Bild: Der Seiden-Blauregen 'Okayama' verströmt einen intensiven Blütenduft und ist ein richtiger Bienen- und Insektenmagnet.
Fazit
Knöllchenbakterien und Leguminosen sind ein tolles Team für deinen Garten. Sie versorgen deinen Boden mit Stickstoff, verbessern seine Qualität und fördern deine Permakultur. Ausserdem liefern sie dir leckere und gesunde Ernteerträge.
Wenn du Fragen oder Anregungen hast, schreib mir gerne einen Kommentar. Und wenn du selbst Leguminosen anbaust oder anbauen möchtest, teile deine Erfahrungen mit mir und anderen Lesern.
Ich wünsche dir viel Spass und Erfolg in deinem Garten! 😊
Knölchenbakterien