Effektive Mikroorganismen

Einordnung und Grundidee

Effektive Mikroorganismen (EM; englisch effective microorganisms) sind kommerzielle Mischungen verschiedener, allgemein vorkommender aerober und anaerober Mikroorganismen aus der Lebensmittelindustrie. Sie werden unter anderem zur Verbesserung der Kompostierung, des Stallklimas, der Tiergesundheit sowie zur Boden- und Güllezugabe angeboten. EM sind keine einzelne Mikroorganismenart, sondern eine in Nährlösung enthaltene Mischung. „Effective Microorganisms“ und „EM“ sind registrierte Warenmarken der Em Research Organization, Inc. (EMRO) mit Sitz in Uruma auf Okinawa, Japan. EMRO hat weltweit kommerzielle Lizenznehmer und Hersteller.

Das Konzept wurde Mitte der 1980er Jahre durch den japanischen Gartenbauprofessor Teruo Higa bekannt gemacht. Higa unterschied im Boden hypothetisch zwischen positiven beziehungsweise aufbauenden oder regenerativen, negativen beziehungsweise abbauenden oder degenerativen sowie opportunistischen Mikroben. Nach dieser Hypothese könne die Zugabe relativ weniger regenerativer Mikroorganismen ein günstiges Milieu schaffen, in dem Nährstoffe aus dem eingebrachten Substrat für Pflanzen nutzbar würden. Haltbare Belege für diese Hypothese fehlen bis heute; Higa räumt selbst ein, dass die schwierige Reproduzierbarkeit der Ergebnisse einer wissenschaftlichen Akzeptanz entgegensteht.

Nach den Werbeversprechen sollen EM organisches Substrat zersetzen. Dabei entstehende Stoffwechselendprodukte könnten anschließend anderen Mikroorganismen als Nahrung dienen. Purpurbakterien werden dabei nicht vor allem wegen ihrer Photosynthesefähigkeit (Phototrophie), sondern wegen ihrer Fähigkeit zur Chemo- und Heterotrophie eingesetzt. Die Produktwerbung geht laut Artikel jedoch über die wissenschaftlich haltbaren Werbeversprechen hinaus.

Produkte und Zusammensetzung

Unter dem Namen EM werden sowohl eine nicht genauer ausgewiesene Mikrobenmischung in Nährlösung als auch daraus hergestellte „aktivierte“ Fertigprodukte verkauft. Die Mikroben-Urlösung heißt EM-1 und wird unter diesem geschützten Namen (registered trademark) von EMRO vertrieben.

Die ursprünglich von Teruo Higa entwickelte Mischung enthielt:

• Purpurbakterien wie das Sumpfpurpurbakterium Rhodopseudomona palustris,
• Milchsäurebakterien wie das Käsebakterium Lactobacillus casei,
• Hefepilze wie die Bierhefe Saccharomyces cerevisiae.

Heutige kommerzielle EM-Kulturen enthalten verschiedene Taxa, also Gruppen von Mikroorganismen:

• Purpurbakterien wie Rhodopseudomonas palustrus und Rhodobacter spaeroides,
• Milchsäurebakterien wie Lactobacillus plantarum, Lactobacillus casei und Streptococcus lactis,
• Hefepilze wie Saccharomyces cerevisiae und Candida utilis,
• Schimmelpilze wie Aspergillus oryzae und Mucor hiemalis,
• Strahlenbakterien wie Streptomyces albus und Streptomyces griseus.

Die Mikroorganismen werden zunächst in Kulturen vermehrt, anschließend in einer Nährlösung mit einem pH-Wert von 3,5 bis 3,8 vermischt und schließlich als Impflösung (englisch: microbial inoculant) verkauft.

Herstellung und Anwendung

Für die Zugabe zu Boden oder Gülle wird die Stammlösung EM-1 zunächst mit einer zuckerhaltigen Melasselösung vermischt. Diese Mischung wird ungefähr 7 Tage lang bei etwa 25–45 °C anaerob, also unter Luftabschluss, inkubiert. Die dabei entstehende nährstoffhaltige Lösung mit Mikroben heißt „aktiviertes EM“ (EM-A).

EM-A kann direkt in den Boden eingebracht, auf Pflanzen gesprüht oder mit organischen Abfällen vermischt und kompostiert werden. Organische Abfälle, die für eine luftabgeschlossene Kompostierung mit EM angesetzt werden, heißen EM Bokashi.

Eine zentrale Frage bei der Bewertung der Anwendung ist, ob die Wirkung tatsächlich von den lebenden Mikroorganismen ausgeht. Der Artikel fasst die unabhängige Studienlage dahingehend zusammen, dass positive Wirkungen hauptsächlich vom nährstoffreichen Lösungs-Substrat, insbesondere von der im Produkt enthaltenen Melasse, stammen. Die Mikroorganismen selbst konnten als Ursache der beworbenen Wirkungen nicht zuverlässig bestätigt werden.

Studien zur Bodenverbesserung und Ertragssteigerung

Eine breit angelegte vierjährige Langzeitstudie des Agroscope in der Schweiz untersuchte EM unter Bedingungen des ökologischen Landbaus bei Kartoffeln, Gerste, Weizen und Alfalfa. Verglichen wurden EM allein sowie EM in Verbindung mit organischem Dünger (Bokashi). Zusätzlich wurden Kontrollgaben ohne EM und sterilisiertes EM-A eingesetzt. Eine direkte Wirkung der EM-Produkte konnte nicht bestätigt werden. Alle beobachteten Effekte auf Boden und Ertrag ließen sich durch die Düngerwirkung der eingebrachten Nährsubstrate erklären; Veränderungen in der mikrobiellen Zusammensetzung des Bodens wurden nicht bestätigt.

Zu ähnlichen Ergebnissen kam eine frühere experimentelle Untersuchung mit Inkubations- und Topfversuchen. Auch dort zeigte der Vergleich mit sterilisiertem EM-A, dass Bodenveränderungen und Ertragssteigerungen auf dem organischen Dünger beruhten, der stets zusammen mit EM eingebracht wurde, und nicht auf lebenden Mikroorganismen.

Eine Untersuchung mit Bokashi aus Bananenstauden verglich die Herstellung mit EM, mit Wasser ohne EM und mit sterilisiertem EM. Bei Bananenpflanzen wurden nach der Düngung mit dem EM-Bokashi signifikant höhere Kalium-Konzentrationen in den Blättern festgestellt als nach der Düngung mit sterilisiertem EM-Bokashi.

Andere Studien, die keinen Vergleich mit sterilisierten EM enthielten, kamen zu unterschiedlichen Ergebnissen. Deshalb lässt sich bei ihnen nicht unterscheiden, ob Veränderungen durch lebende Mikroorganismen oder durch den eingebrachten organischen Dünger verursacht wurden. Im Einzelnen ergaben sich folgende Befunde:

• Bei Deutschem Weidelgras (Lolium perenne) zeigte fermentierte Gülle mit und ohne EM keinen Unterschied bei Stickstoffaufnahme und Biomasse. Signifikante Unterschiede bestanden nur im Vergleich mit keiner Düngergabe.
• Eine Untersuchung mit Hühnermist und EM beim Anbau von Mais fand keinen klaren Effekt auf den Ertrag sowie auf chemische und mikrobielle Eigenschaften von Schwemmlandböden.
• Eine Studie aus Pakistan stellte bei Baumwolle einen positiven Effekt fest, der auf eine höhere Effizienz von Mineraldünger und Kompost zurückgeführt wurde. Bei alleiniger Anwendung von EM stiegen die Erträge jedoch nicht.
• Eine elfjährige Untersuchung in China beschrieb einen positiven Effekt von EM auf den Weizenertrag, der nach Ansicht der Autoren nicht allein durch den Düngeeffekt des Kompost-Substrats erklärt wurde.
• Bei Basilikum hielten die Autoren einer Studie EM bei Pflanzen mit kurzer Vegetationsperiode in humus- und makroelementreichen Böden für nicht gerechtfertigt.
• In einem Feldversuch auf Teneriffa unterschieden sich Mangoldpflanzen nach Behandlung mit EM beziehungsweise EM und Bokashi nur gering von einer Kontrolle ohne Düngung. Nach 19 Wochen wurden gegenüber der Messung nach 8 Wochen höhere Nährwerte festgestellt. Kontrollpflanzen enthielten mehr Wasser; EM-behandelte Pflanzen hatten dagegen weniger Vitamin C sowie höhere Phosphor-, Magnesium- und Kalziumwerte.

Studien zur Kompostbereitung und Schädlingsbekämpfung

Bei der Kompostierung von Haushaltsabfällen wurde untersucht, ob eine Beimpfung (Inokulation) mit cellulosezersetzenden EM-Bakterien und Pilzen der Gattung Trichoderma notwendig ist. Für das C/N-Verhältnis sowie die Stickstoffverfügbarkeit für Pflanzen und Mikroorganismen ergab sich kein signifikanter Unterschied. Die EM-Beimpfung verbesserte jedoch im Versuch die Reproduktionsrate von Erdwürmern und schuf dadurch die beste Umgebung für die Wurmkompostierung.

Eine niederländische Studie prüfte Bokashi-Kugeln, also mit EM versetzte Schlammkugeln, gegen das Wachstum von Cyanobakterien (Blaualgen) und Blaualgenblüten. Nur bei sehr hohen Konzentrationen von 5 und 10 g pro Liter, die deutlich über den empfohlenen Konzentrationen lagen, zeigten die Kugeln eine wachstumshemmende Wirkung. Diese wurde durch eine verringerte Lichteinwirkung erklärt. Die Studie bestätigte daher weder, dass EM das Wachstum von Cyanobakterien verhindert oder eine Blüte beendet, noch dass EM-Produkte Phosphor in eutrophierten Systemen dauerhaft binden oder entfernen können.

Bei Rhododendron-Pflanzen mit dem pilzartigen Schädling Phytophthora ramorum besaß EM in einer experimentellen Studie keine signifikante vorbeugende oder heilende Wirkung. Der Befall wurde lediglich leicht vermindert. Insgesamt bewertet der Artikel viele verbreitete Informationen zu EM als unzuverlässig, weil sie auf Arbeiten beruhen, die wissenschaftlichen Standards nicht genügen. Unabhängige Studien bestätigen die beworbenen Wirkungen nicht eindeutig; die beobachteten Effekte werden überwiegend dem Nährstoffsubstrat und nicht den lebenden Mikroorganismen zugeschrieben.