Projektpraktikum Bodenbiologie

Projektpraktikum
Bodenbiologie
Wintersemester 2010
ZEMANN Lydia
0204980
KORAK Kai
0401530
HADZIMURATOVIC Damir
0649307
FREI Mark
0126590
Einleitung
Der Boden ist ein komplexes dynamisches Ökosystem, das sich ständig verändert. Er
besteht aus Lücken mit Wasser, Luft und Schleimen. Seine Lückenraumsysteme bilden
Kompartimente, die sich ständig ändern. Der Boden besteht zu 93 % aus
Mineralsubstanz und zu 7 % aus organischer Substanz. Von diesen 7 % wiederum sind 85
% tote organische Substanz und nur 10 % Pflanzenwurzeln und 5 % Edaphon
(Gesamtheit der im Boden lebenden Organismen).
Im Projektpraktikum Bodenbiologie wurden 3 verschiedene Standorte – Bachau, Hang
und Plateau im Michaelerwald (Wien) ausgewählt und untersucht ob sich diese 3
verschiedenen Standorte chemisch, physikalisch oder in Bezug auf ihre
Bodentiergemeinschaften unterscheiden. Es wurde überprüpft ob sich auch schon auf so
einem eher kleinen Untersuchungsareal Unterschiede aufzeigen lassen. Die
bodenphysikalischen und (bio)chemischen Eigenschaften der Böden wurden dazu
analysiert sowie die Taxonomie, Ökologie, Extraktions- und Präparations-methoden an
Nematoden, Collembolen, Dipteren- und Käferlarven und Milben erarbeitet. Es wurde
untersucht ob sich die Abundanzen dieser Bodentiergruppen an den drei Standorten
Bachau, Hang und Plateau unterscheiden und welche Faktoren dabei eine Rolle spielen.
Abiotische und biotische Faktoren wirken im Ökosystem Boden zusammen. Abiotische
Faktoren sind Porenvolumen, Feuchte, Temperatur, Luft, pH-Wert, und Salinität. Bei den
biotischen Faktoren spielen intraspezifische und interspezifische Konkurrenz, Feinde,
Symbionten, Parasiten und Nahrung eine Rolle.
Der Boden im Michaelerwald besteht aus Sandsteinen. Es handelt sich um schwere
Böden mit Braunerde. Man findet hier viele Eschen, Eichen, Linden, und die Buche als
Charakterart. Es gibt einen Zusammenhang zwischen dem Gelände und dem Boden.
Unten im Tal sammelt sich die Streu und somit viel Humus an. Der pH Wert ist unten
höher als oben auf dem Hang und dem Plateau. Die Humusauflage setzt sich aus allem
was frisch auf die Oberfläche fällt zusammen. Darunter befindet sich die Mineralschicht
des Bodens.
Den Boden kann man in Schichten unterteilen:
Ganz oben ist die sog. L-Schichte, die aus einer Streuauflage mit unzersetztem Material
besteht. Darunter ist die Auflage schon ein bisschen zersetzt, welche als F-Schichte
bezeichnet wird. Unter dieser findet man die schwarz gefärbte Mineralschichte, die nur
aus totem Material besteht. Die dunkle Farbe des Bodens kommt durch die Humusstoffe
zustande (= Huminsäuren).
Der Boden besteht aus verschiedenen Horizonten: 1

A - Horizont: durch Humusstoffe dunkel gefärbter, oberster
Mineralbodenhorizont

E - Horizont: durch Lessivierung, Podsolierung oder Feuchtbleichung
fahlgefärbter Horizont (Eluvialhorizont), ohne sichtbaren Humusgehalt

B - Horizont: durch Eisenoxide gefärbter Verwitterungshorizont oder
Anreicherungshorizont

C - Horizont: Material, locker oder fest, aus dem der Boden entstanden ist oder
Bodenunterlage (Cu)
G - Horizont: durch Grundwasser geprägter Horizont



P - Horizont: Stauzone von Pseudogleyen, fahl, Punktkonkretionen, durch
Tagwasser geprägt
S - Horizont: Staukörper eines Pseudogley, meist massig - dichte Struktur
(Zwischen diesen einzelnen Horizontstufen gibt es weitere Abstufungen)
Beim Michaelerwald war der A-Horizont schön krümelig – es handelt sich um einen
biogenen A-Horizont. D .h. es besteht ein enges C : N Verhältnis. Die heruntergefallenen
Blätter werden rasch wieder dem Kreislauf zugeführt (man konnte hier den Unterschied
des Michaelerwalds zu Nadelwäldern erkennen, bei denen es einen langsamen Umsatz
gibt und somit einen infiltrierten A-Horizont).
Die 3 Standorte Bachau, Hang und Plateau:

Bachau : Die Au ist feucht und wesentlich humus- und nährstoff reicher als die
Standorte Plateau und Hang. Hoher Gehalt an Kationen durch Einwaschung vom
Hang. Der pH Wert ist eher basisch.

Hang: Dieser Standort zeichnet sich dadurch aus, dass der Humus gering ist
(Moderhumus), weil er ständig abgeschwemmt und abgeweht (Erosion) wird und
ist dadurch auch Nährstoff ärmer als die anderen Standorte. Der Boden ist
trocken und es herrscht ein mächtiger grobskelettiger BV-Horizont vor, mit
hohem Pilzvorkommen. Der pH Wert des Bodens ist hier saurer . Hier kommen
besonders viele Eichen vor.
1
Einteilung nach VO “Bodenkunde für Ökologen” von Dr. Ernst Leitgeb

Plateau: Dieser Standort ist windexponierter, trockener und mit relativ saurem
pH. Weiters ist der Boden kationenreicher als der Hang. Charakteristisch für den
Plateau-Standort ist der Sandstein und der Buchenwald.
Material und Methoden

zoologischer Teil
Für die Lebewesen im Boden werden Bohrkerne mit einem Stechkolben in „SternschrittForm“ entnommen. Dies wird an jedem Standort (Bachau, Hang und Plateau) drei mal
an leicht versetzten Stellen gemacht. Wobei bei der Nematoden Probenentnahme die
Streuschicht nicht mitgenommen wird. Bei den Dipteren- und Käferlarven wird nur die
Streuschicht verwendet, die mit einem 25 cm „Sammelquadrat“ gekennzeichnet wird.
Mit Hilfe der Berlese-Tullgren Apparatur werden die einzelnen Lebewesen aus den
Bodenproben extrahiert. Hierfür wird der Boden auf ein feines Gitter geleert und durch
eine Lampe direkt darüber, werden die Tiere nach unten getrieben um der Wärme zu
entgehen. Dabei fallen sie durch einen Glastrichter in ein Becherglas mit Alkohol, in dem
sie sterben.
Die Nematoden werden mit Hilfe des Baermann Trichters extrahiert und danach nach
der Seinhorst Methode2 in mehreren Schritten auf ein Urglas mit Glyzerin überführt. Pro
Probe wird 25 g Erde eingewogen.
Im Labor werden die Organismen mit Hilfe eines Binokulars gezählt, sortiert und
bestimmt.

Infrarotgasanalysator (IRGA)
2
http://plpnemweb.ucdavis.edu/nemaplex/Methods/Permanen.html
Die Bodenatmung kann als Maß für die Belebtheit von Böden herangezogen werden, da
sie im Verhältnis zur atmenden Biomasse (Anderson & Domsch, 1978) steht.
Wird dem Boden ein Substrat zugesetzt (z.B. Glucose), kann die derart zusätzlich
stimulierte CO2-Freisetzung des Bodens als sg. Substrat stimulierte Bodenatmung (SIR),
die mit der maximal möglichen Aktivität lebender mikrobieller Biomasse
zusammenhängt, gemessen werden.
Zur Bestimmung der Basalrespiration (BR), das ist die Grundrespiration des Bodens,
werden 30 g feuchter Boden (Feuchtigkeit sollte zw. 30% -70% liegen) in ein Probengefäß
gegeben und mit CO2 freier Luft versetzt. Je nach Konzentration der im Boden und Pilzen
gespeicherten CO2 Menge, wird unterschiedlich viel IR absorbiert. Dies wird durch einen
Detektor erfasst und in ppm CO2 ausgegeben.
Das gleiche Prinzip wird bei der SIR angewendet, wobei hier den Bodenproben noch
Glucose (0,2 % des Frischgewichts) zugesetzt wird.

Gaschromatographie
Die Gaschromatographie wird zur Bestimmung der Zucker im Boden verwendet. Die
verschiedenen Arten von Zucker im Boden entstehen durch unterschiedlichste Vorgänge wie
zum Beispiel durch den Abbau von Zellulose, wobei Gluccose und Xylose entstehen.
Um den Zucker im Boden festzustellen wird aus jenem ein Derivat mit Hilfe von
Säulenchromatographie hergestellt. In einem Gaschromatographen wird dann das Derivat
verdampft und die verschiedenen verdampften Stoffe bewegen sich in einer mobilen Phase,
entlang einer stationären Phase. Sie bewegen sich unterschiedlich schnell bis zum Ende der
Säule wo sie dann zu unterschiedlichen Zeitpunkten ihres Austrittszeitpunktes von einem
Detektor gemessen werden. Neben den Zuckern werden dabei in der Gaschromatographie noch
andere Stoffe wie zum Beispiel Aminosäuren festgestellt.

Trockengewicht
Es werden 2 g Frischgewicht in je ein Schälchen gegeben und abgewogen, dann bei 60° 80°C getrocknet. Anschließend wird die getrocknete Erde wieder gewogen. Das Ergebnis
wird in Prozent Trockengewicht zu Frischgewicht angegeben. Woraus man auch auf die
Bodenfeuchte in Prozent schließen kann.

Aggregatstabilität (SAS)
Zur Bestimmung der Boden-Aggregatstabilität nach der Methode von Murer et al.
(1993). Feste Bodenaggregate bestehen aus Polysaccaridpolymeren vernetzt mit
anorganischen Teilen, wobei die Stoffwechselprodukte von Bodenlebewesen als
Kittsubstanz dient. Eine hohe Aggregatstabilität bedeutet, dass sich die Bodenaggregate
bei Spannungs- und Strukturveränderungen, wie auch durch Wasser nicht so leicht
zerstören lassen. Weiters bedeutet eine hohe Anzahl an stabilen Aggregaten, eine
höhere Nährstoff-Haltekapazität des Bodens.
Hierfür werden 6 g Boden (Frischsubstanz) in einer Siebtauchapparatur 5 min in dest.
Wasser mit einer Frequenz von 42 Hüben pro Minute auf- und abbewegt. Dabei lösen
sich nicht stabile Aggregate aus der Probe. Anschließend wird die Probe getrocknet und
durch die Differenz zur frischen Probe, kann der prozentuelle Anteil der stabilen
Aggregate festgestellt werden.

pH-Wert und Kationenkonzentration :
Laut der Vorlesung “Bodenkunde” an der Technischen Universität München3 sind der
pH-Wert und die Kationenaustauschkapazität wichtige Parameter. Der Boden hat die
Fähigkeit als Ionenaustauscher zu fungieren. So wird die Versorgung der Pflanzen mit
Nährstoffen sichergestellt und die Auswaschung der Ionen aus dem Boden verhindert.
Unter der Austauschkapazität eines Bodens versteht man die maximal sorbierbare
Ionenmenge. Aufgrund der Ladungsverhältnisse ist die Kationenaustauschkapazität
(KAK) weit bedeutender als die Anionenaustauschkapazität.
Es wird die Differenz (delta pH) aus den Messreihen (mit dest. Wasser und 0,1 N KCL) der
pH- Werte gebildet, wobei die Messung mit dest. Wasser 2x durchgeführt wird. Aus
delta pH wird die Kationenkonzentration in 1g Boden ausgerechnet.

Physikal. Untersuchungen:
Auf dem Institut für Waldökologie und Boden werden verschiedene bodenphysikalische
und chemische Methoden demonstriert wie das Bestimmen der Zusammensetzung des
Bodens aus Schluff, Lehm und Ton und weiters werden die Nährelemente und
Schwermetalle des Bodens bestimmt. Schwermetalle und vor allem Nährelemente
kommen im Boden in verschiedensten Formen vor. Sie werden dort von Organismen
aufgenommen und dann von ihnen weiter verarbeitet und in eine brauchbare Form
umgewandelt.
3
http://www.wzw.tum.de/bk/pdfs/vorlesungen/bk1_ws/kation.pdf
Das Institut für Waldökologie und Boden hat mit Hilfe von optischer Emissionsspektrometrie (mit
induktiv gekoppeltem Plasma), kurz ICP-OES, die Werte für die einzelnen, wichtigen
Nährelemente und Schwermetalle im Boden und der Auflage bestimmt.
Ergebnisse

zoologischer Teil
Abundanz
Tiersummen (Teil 1)
360000
340000
320000
300000
280000
260000
240000
220000
200000
180000
160000
140000
120000
100000
80000
60000
40000
20000
0
Milben
Collembolen
Nematoden
Au
Hang
Plateau
Standort
Abb. 1: Abundanz-Mittelwert der Standorte Au, Hang und Plateau für die Tiergruppen Milben,
Collembolen und den Nematoden. Zusätzlich wird ein Standardfehler-Balken angezeigt.
Tiersummen (Teil 2)
200
Abundanz
150
100
Käferlarven
50
Dipterenlarven
0
Au
-50
Hang
Plateau
Standort
Abb. 2: Abundanz-Mittelwert der Standorte Au, Hang und Plateau für die Tiergruppen Käfer- und
Dipterenlarven. Zusätzlich wird ein Standardfehler-Balken angezeigt.
Die vorherrschende Bodentiergruppe sind die Nematoden, gefolgt von Milben,
Collembolen. Weitaus weniger - Dipterenlarven und Käferlarven. Die Nematoden sind
am Au-Standort am häufigsten und am Plateau am wenigsten. Die Milben,Collembolen,
Dipteren-und Käferlarven kommen am häufigsten am Plateau vor. In der Au findet man
die wenigsten Bodentiere, ausser bei den Nematoden.

pH-Wert
Standorte
KCL2
dH2O
Au 1
5,88
6,58
Au 2
Au 3
6,47
6,24
6,83
7,09
Hang 1
Hang 2
3,40
4,22
4,87
5,58
Hang 3
Plateau 1
3,57
4,01
5,13
5,25
Plateau 2
Plateau 3
4,82
4,88
5,69
5,83
Δ pH
0,70
0,36
0,85
1,47
1,36
1,56
1,24
0,87
0,95
Δ%
11,90
5,56
13,62
43,24
32,23
43,70
30,92
18,05
19,47
Ionenkonzentr. Δ pH [mmol/ml]
mmol/g Boden
Standardfehler
0,20
0,44
0,60
1,31
0,27
0,14
0,03
0,42
0,10
0,04
0,03
0,13
0,08
0,06
0,13
0,17
0,40
0,11
0,34
Tabelle : Zusammenfassung aller pH-Werte und daraus resultierende Ionenkonzentration pro
Gramm Boden. Zusätzlich zeigt der Standardfehler die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse.
0,01
0,07
Kationenkonzentration
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
A
H
P
mmol/g
Boden
Abb. 3: Diese Graphik zeigt die mmol Kationenkonzentration pro Gramm Boden für jeden der
drei Standorte (A = Au, H = Hang, P = Plateau).
Die Kationenkonzentration ist am Au-Standort am grössten, nämlich mehr als doppelt so
gross wie am Plateau, am geringsten ist die Kationenkonz. am Hang.
P3
P2
Standort
P1
H3
delta pH
H2
dH2O
H1
KCL2
A3
A2
A1
0
2
4
6
8
pH - Werte
Abb. 4 : Vergleich des aktuellen (dH2O) und potentiellen pH – Wertes (KCL2). Die Differenz stellt
delta pH dar, welche die Nährstoffkapazität wiederspiegelt.
Die pH-Werte von Hang und Plateau sind eher im saueren Bereich, während die Au im
leicht basischen Bereich liegt. Die Unterschiede sind nicht sehr markant. Der delta pH ist
am Hang am grössten.

Aggregatstabilität (SAS) & Trockengewicht
TG % FG
80
Prozent
75
70
65
TG % FG
60
55
A
H
P
Standort
Abb. 5 : Anteil des Trockengewichts (TG) in Prozent am Frischgewicht (FG).
Die Trockengewichtsangabe in Prozent spiegelt zugleich die stabilen Aggregate wieder.

Infrarotgasanalysator (IRGA)
Basalrespiration
300
250
200
ppM CO2
A1
150
A2
100
H1
50
H2
P1
0
0
100
200
P2
300
-50
-100
Zeit (min)
Abb. 6: Basalrespiration (BR) des Bodens.
Basalrespiration
Standort
P
H
BR
A
0
20
mg CO2
40
kg-1
60
h-1
Abb. 7: Umrechung der ppM CO2 in mg CO2 pro kg, h für jeden Standort, wobei für die einzelnen
Proben pro Standort der Mittelwert genommen wird.
Die BR ist in der Au am höchsten und am Plateau am niedrigsten.
Substratinduzierte Respiration
700
600
ppM CO2
500
A1
400
A2
300
H1
200
H2
P1
100
P2
0
-100
0
100
200
300
Zeit (min)
Abb. 8: Substratinduzierte Respiration (SIR) durch Zugabe von Glucose.
SIR
Standort
P
H
SIR
A
0
50
100
150
mg CO2 kg-1 h-1
Abb. 9: Umrechung der ppM CO2 in mg CO2 pro kg, h für jeden Standort, wobei für die einzelnen
Proben pro Standort der Mittelwert genommen wird.
Die SIR ist ebenfalls in der Au am grössten und am Plateau am niedrigsten.
Umrechnung :
x=f × cw
× 1,96
: (ml CO2 / kg FW * h) * Umrechnungsfaktor 1,96 = mg CO2 kg-1 h-1
f : Durchflußrate, hier 6 L / h
x
c : CO2 Konzentration in mg / L
w : Einwaage in g

Gaschromatographie (GC)
30
25
20
Xylose
Galactose
15
Fructose
Glucose
Saccharose
10
5
0
A
H
P
Abb. 10: Analyse, der gefundenen Zucker an den drei Standorten Au, Hang und Plateau.
Saccharose ist an allen drei Standorten der häufigste Zucker, gefolgt von Xylose. In der
Au ist Glukose der zweithäufigste Zucker. Galaktose ist überall in geringen Mengen
vorhanden.

Nährelemente und Schwermetalle
Nährelemente Boden
60
50
K
Ca
Mg
Fe
Al
g*kg-1
40
30
20
10
0
A
H
P
Abb. 11: Auflistung der am häufigsten vorkommenden Nährelemente.
Wie in den meisten Systemen ist Phosphor in sehr geringen Mengen vorhanden (oft
Schlüsselelement). Calcium kommt in der Au in einem sehr großen Maß vor, im Hang und
Plataeu ist es sehr gering vorhanden. Wobei Eisen und Aluminium in allen 3 Standorten sehr
häufig in größeren Mengen zu finden ist.
Schwermetalle Boden
140
120
Cu
Zn
Co
mg*kg-1
100
80
Cr
Ni
Pb
As
V
60
40
20
0
A
H
P
Abb. 12: Auflistung der am häufigsten vorkommenden Schwermetalle im Boden. Ohne dem
Schwermetall Mangan.
Schwermetalle Boden
2500
mg*kg-1
2000
1500
Mn
1000
500
0
A
H
P
Abb. 13: Einzelauflistung des Schwermetalls Mangan.
Mangan ist bei jedem Standort das weit dominierende Metall mit ca. der 10-fachen Menge mehr
an mg / kg als das 2. häufigste Schwermetall Zink, das ebenfalls an allen Standorten gut
vertreten ist. Cobalt und Arsen sind in geringen Mengen vorhanden.
Diskussion
pH-Wert :
In der Au ist der pH-Wert am basischsten – verglichen mit den anderen beiden
Standorten. Das ist nicht verwunderlich, wie man an den gefunden Kationen sehen kann.
Während saure Kationen wie Aluminium, Eisen und Wasserstoffionen hier (fast) nicht
vorhanden sind, kommen basische Ionen wie Calzium und Kalium in weitaus grösseren
Mengen in der Au vor, als auf den saureren Standorten Hang und Plateau.
Der delta pH-Wert (Differenz zwischem aktuellen und potentiellem pH-Wert) ist am
Hang am grössten. Das bedeutet, dass der Hang am ehersten dazu fähig ist, noch
Nährstoffe aufzunehmen, wenn welche ins System kommen. Als Erklärung hierzu kann
man sagen, dass es am Hang eine stärkere Auswaschung gibt.
Bodentiergruppen:
Zu den Unterschieden was die Abundanz betrifft – nämlich, dass die Nematoden viel
häufiger als die restlichen Tiergruppen gefunden wurden – ist zu sagen, dass dieses
Ergebnis den Erwartungen entspricht. Nach den Protozoen sind die Nematoden mit ca.
10-1000 Individuen pro Gramm Boden die häufigsten Bodentiere (Gisi, U., 1997.
Bodenökologie. Thieme, New York).
Sonst hätte man erwartet, dass alle Tiergruppen die Au bevorzugen würden, da sie am
nährstoffreichsten sein sollte. Dies war bei dieser Untersuchung nicht der Fall. Nur die
Nematoden hatten die grösste Abundanz in der Au, da sie eher „toleranter“ gegenüber
Nässe und Überschwemmungen sind.
Bodenfeuchte war einer der Gründe warum erwartet wurde, dass eine hohe BodentierAbundanz in der “feuchten” Au vorherrschen würde. Den Ergebnissen zufolge ist aber
die höchste Bodenfeuchte am Hang gemessen worden. In der Au war es (wenn auch
nicht signifikant) weniger feucht als am Hang und Plateau. Das Plateau lag zwischen den
anderen beiden Standorten. Collembolen brauchen eine hohe Feuchtigkeit und daher
waren sie auch am Hang und Plateau am häufigsten.
Wie die Collembolen brauchen auch die Milben hohe Feuchtigkeit um sich zu entwickeln
und generell zu existieren. Die Ergebnisse spiegeln diese „Vorlieben“ der Milben wieder.
Milben ernähren sich zum Teil von Nematoden. Laut den Ergebnissen könnte man eine
negative Korrelation der Milben zu den Nematoden vermuten, genauer gesagt kommen
Milben in hoher Abundanz dort vor (Plateau) wo die Nematodenzahl niedrig ist. Aber ob
die Nematoden in ihrer Zahl am Plateau nur geringer sind wegen ihrer natürlichen
Feinde, der Milben, ist nur eine Vermutung.
Ein weiterer Grund ist der pH-Wert, der ebenfalls ein wichtiger Parameter für die Tiere
darstellt. Collembolen, die Pilzfresser sind, waren oft am Hang zu finden, weil der Hang
einen sauren pH-Wert hat und somit günstig für Pilzbewuchs ist.
Zucker:
Saccharose ist ein Biomarker für Pflanzen und kommt von allen Zuckern an jedem Standort am
häufigsten vor. Das mag daran liegen, dass Saccharose in größerer Menge in Wurzelspitzen zu
finden ist und auch dort oft als Transportmedium genutzt wird. Da Saccharose chemisch inert ist,
reagiert es selten mit anderen Stoffen, sodass es kaum abgebaut wird. Saccharose ist noch dazu
gut wasserlöslich, sodass sie am Hang, wo es am feuchtesten ist, weniger zu finden ist als an den
anderen Standorten. Xylose, der zweithäufigste Zucker, wird oft gar nicht verarbeitet und dann
einfach von den Organismen ausgeschieden.
Glucose gilt als Biomarker für bakterielle Aktivität und ist in der Au am höchsten, dies
bestätigt sich auch bei der höchsten Bodenrespiration an diesem Standort.
Galactose sollte theoretisch ein Biomarker für pilzliche Aktivität sein, aber der Gehalt an
diesem Zucker ist an allen Standorten sehr gering.
Nährelemente:
Calcium kommt in der Au viel häufiger vor, weil es dort basischer ist. In sauren Böden verwittern
die Minerale in denen das Calcium normalerweise enthalten ist, sodass es sich von ihnen löst
und an die Austauscher im Boden gebunden wird.
Aluminium und Eisen sind die am häufigsten vorkommenden Metalle in der Erdkruste und so
auch häufig in Böden zu finden. Eisen ist ein unentbehrliches Element, das nur in Spuren für
Lebewesen benötigt wird. In den Pflanzen ist es der Baustein von Chlorophyll und Proteinen und
aktiviert verschiedene Enzyme der Photosynthese und des Energiestoffwechsels.
Schwermetalle:
Mangan ist das am häufigsten vorkommende Schwermetall in der Erdkruste und somit auch am
häufigsten im Boden zu finden. Es ist ein essentielles Spurenelement und ein wichtiger
Bestandteil von Enzymen. Der Grund, warum es im Hang nicht so häufig vorhanden ist, liegt
daran, dass es sehr leicht ausgewaschen wird.
Die anderen Schwermetalle kommen in ihrer durchschnittlichen Häufigkeit vor, außer Chrom und
Nickel die oft auch einen höheren Anteil haben im Boden. Sie sind alle nützliche Spurenelemente
die für Lebewesen von großer Wichtigkeit sind und in sehr kleinen Mengen benötigt werden, da
zu viel von ihrer Menge auch oft toxisch wirkt. Am häufigsten werden sie für Enzyme und
Hormone benötigt.
IRGA:
Die Bodenatmung, die durch IRGA gemessen wurde, zeigte deutlich den Unterschied
zwischen Bachau und den anderen zwei Standorten bezüglich der Bodenrespiration.
Dabei erwies sich, dass die SIR (Substratinduzierte Respiration) im Einklang zur BIR
(Basalrespiration) steht, nämlich, Standort Bachau hat die weitaus größte
Bodenrespiration.
Es fällt dabei auf, dass die Abundanz (der jeweiligen Standorte) der Nematoden mit der
gemessenen Respiration korreliert und vor allem die Bakterienfressenden dieser
Organismengruppe zeigen ein erhöhtes Vorkommen in der Au. Es erscheint also logisch,
dass die Bakterien, gestützt durch die Abundanz der Nematoden und der hohen
Respiration, in deutlich höherer Anzahl in der Au vorkommen als in den anderen zwei
Standorten.
Wie schon erwähnt wurde ist es sehr wahrscheinlich, dass der Hang einen höheren
Pilzbestand aufweist (siehe pH-Wert Diskussion). Das könnte auch die Messung durch
IRGA erklären, welche uns eine höhere Bodenatmung am Hang aufzeigt als am Plateau.
Daneben ist auch noch zu bemerken, dass die Bachau ab und zu überschwemmt wird,
also eher ein „gestörtes“ Ökosystem ist, was wieder den resistenteren Arten und den
Pionierarten wie Bakterien „Spielraum“ ermöglicht.
SAS:
In der Au ist die höchste Anzahl an stabilen Aggregaten zu finden, nämlich über 70%.
Daraus resultiert aber auch die geringste Feuchtigkeit, der drei Standorte. Womöglich,
weil durch die Bach Nähe das Wasser vom Au Standort ständig abtransportiert wird.
Laut Statistik ist der Hang der feuchteste Standort.
Eine hohe Menge an stabilen Aggregaten in der Au, erklärt auch die größere
Nährstoffmenge und Kationenkonzentration an diesem Standort, die wiederum dort im
Boden auch länger gehalten werden können, worauf auch die hohe
Kationenaustauschkapazität (KAK) hinweist.
Spezialgebiet: Onychiuridae und Parameter, die entscheidend für ihre
Standortwahl sind
Onychiuridae sind eine Familie der Collembolen. Collembolen sind die formenreichsten
Urinsekten. Sie kommen überall – ausser in der Antarktis – vor. Ihre Lebensformtypen
sind die Atmo- und die Edafobionten. Es gibt weltweit 7000 beschriebene
Collembolenarten; in Europa zählt man heute 600 Arten.
Collembolen gehören zur Mesofauna. Sie sind 0,2-2 mm gross und können eine Anzahl
von 100000 Individuen pro m² ausmachen. Als Zersetzer von organischem Material,
spielen sie im Boden eine grosse Rolle.
Grundbauplan Collembolen:
Man unterscheidet 2 Typen: Arthropleona = langgestreckt & Symphypleona =
Kugelspringer. Collembolen sind weichhäutig und flügellos. Ihr Körper ist gegliedert in
Kopf, Thorax und Abdomen.
Der Kopf besteht aus entognathen Mundwerkzeugen – gehören zu den Enthognathern.
Sie haben 4 gliedrige Antennen (Männchen haben manchmal Greifantennen), 0-8
Ommatidien und besitzen Ocellen. Die Antennen besitzen einen Chemo- und
Hygrorezeptor. Antennalorgan : kleine Sinnesausstülpungen mit Sinneshaaren bedeckt –
Chemorezeptor. Postantennalorgan : Hygrorezeptor, verschiedenartig ausgeprägt, meist
von vielen Sinneshärchen umrandet.
Der 3 gliedrige Thorax besitzt 3 Beinpaare, wobei Tibia und Tarsus verschmolzen sind. Sie
haben Prätarsen mit Klaue und Empodialanhang, das zum Putzen dient.
Auf ihrem 6 gliedrigen Abdomen sitzen ein Ventraltubus zur Wasser-, Ionenaufnahme =
Haft- und Atemorgan, ein Gabelhalter (Retinaculum), die 3teilige Sprunggabel (Furca)
und die Genitalöffnung. Die Furca besteht aus einem Manubrium, den paarigen Dentes
und einem Endkrall. Sie kann verschieden gestaltet sein bzw. fehlen. Das
Sprungverhalten dient vor allem als Fluchtreaktion. Die Sprünge sind ungerichtet und
meist mit Salto. Bei Symphypleona sind die hinteren Segmente miteinander verwachsen.
Collembolen sind an hohe Luftfeuchtigkeit angepasst. Ihre Haut weist ein 6eckiges
Wabenmuster auf, die warzenartige Ausstülpungen haben. Diese dienen dazu, dass sich im Fall einer Ueberschwemmung- eine Lufhülle um die Haut bildet und die Tiere so
überleben können.
Lebensformtypen:
Je nachdem wo sie vorkommen, sieht ihr Körperbau anders aus. Es gibt die sog.
Atmobionten. Zu ihnen gehören:
Macrophytobionten – auf Vegetation, Bäumen
Microphytobionten – zb. In Flechten, Moosen
Xylobionten – unter Rinde, in zersetztem Holz
Neustone – auf der Wasseroberfläche
Die 2. Lebensformgruppe sind die sog. Edafobionten. Zu ihnen gehören:
Epigeonten – in Streuschicht, 1-2mm gross, haben eine gut entwickelte Furca, lange
Antennen, eine schöne Körperzeichnung, starke Behaarung oder sind stark pigmentiert
Hemiedaphobionten – in der oberen Humusschicht, sind kompakter, haben kürzere
Extremitäten und kurze, gedrungene Fühler, einige haben reduzierte Ommatidien (6)
und können pigmentiert sein.
Euedaphobionten – richtige Bodencollembolen, in tieferen Schichten des Bodens, es gibt
kleine, mittelgrosse und grosse (max. 1,2 mm); wurmförmig, leben in Bodenporen,
Furca ist reduziert oder fehlt, sind grau und unpigmentiert, haben reduzierte Augen. Zu
dieser Gruppe gehören die Onychiuridae.
Zwischen den Formen gibt es natürlich Uebergänge.
Die Fortpflanzung der Collembolen ist indirekt, nur selten gibt es Paarbildung (bei
Kugelspringern zb). Männchen legen Spermatophore ab und Weibchen nimmt sie mit
der Geschlechtssöffnung auf.
Oekologische Faktoren:
Das Porenvolumen korreliert immer mit der Körpergrösse der Collembolen. Je dichter
der Boden ist, desto kleiner die Tiere.
Bodenfeuchtigkeit: Collembolen haben eine hohe Transpirationsrate, sie brauchen eine
hohe Feuchtigkeit; wird es zu trocken, wandern sie in tiefere Schichten ab.
Bodentemperatur: optimal zwischen 10-20°C. Ist es zu heiss, bilden sie Oekomorphosen
aus – zb. Dornen am Hinterende, der Mundkegel reduziert sich, Fettkörper vergrössert
sich. Diese Morphosen bilden sich wieder zurück, wenn sich die Temperatur wieder
senkt.
Boden-Funktionen der Collembolen:
Abbau des organischen Materials, Zerkleinern des Bestandsabfalls, Vergrösserung der
Angriffsfläche für Mikroflora.
Bildung der Bodenmikrostruktur, Transport von Pilzsporen durch den Boden.
Abweideeffekt: Stimulation von Stoffwechsel und Wachstum der Mikroflora, Erhöhung
der Mineralisationsrate.
Collembolen als Bioindikatoren:
Sind gut geeignet, weil:
Sie weisen eine hohe Individuenanzahl und Artenanzahl auf, sie sind ortstreu,
empfindlich gegenüber Störungen, sie reagieren schnell auf Umweltveränderungen und
sie haben mehrere Fortpflanzungsperioden im Jahr.
Onychiuridae:
Onychiuridae sind eine Familie der Collembolen. Sie waren eine der Familien auf die wir
uns im Praktikum konzentriert haben. Onychiuridae sind echte Bodencollembolen. Sie
gehören zum Lebensformtyp der Euedaphobionten. Ihr Körper ist dem Leben im Boden
gut angepasst. Sie gehören der Unterordnung Arthropleona an. Ihr Körper ist
wurmförmig und unpigmentiert. Ihre Furca ist oft zurückgebildet oder fehlt gänzlich. Sie
haben Pseudocellen und sind meist blind. Onychiuridae sind standorttreu und deshalb
gute Indikatoren für Bodenveränderungen. Sie gehören zu den Pilzfressern.
Graphik1: Onychiuridae-Abundanzen
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
Au
Hang
Plateau
Die Graphik1 zeigt die Abundanzen der Onychiuridae pro m² auf den Standorten Au,
Hang und Plateau (jeweils den Mittelwert und Standardfehler aus den 3 Punkten pro
Standort) im Michaelerwald.
Onychiuridae bevorzugen Pilze als Nahrung. Pilze werden durch schwach bis stark saure
Bedingungen gefördert.
Wie in Tabelle1 ersichtlich ist, ist der pH-Wert an den Standorten Hang und Plateau
saurer als in der Au.
Tabelle1: pH-Werte
Standorte
KCL2
dH2O
Delta pH
Ionenkonzentration mmol/g
delta pH
Boden
[mmol/ml]
Au 1
5,88
6,58
0,70
0,20
0,60
Au 2
6,47
6,83
0,36
0,44
1,31
Au 3
6,24
7,09
0,85
0,14
0,42
Hang 1
3,40
4,87
1,47
0,03
0,10
Hang 2
4,22
5,58
1,36
0,04
0,13
Hang 3
3,57
5,13
1,56
0,03
0,08
Plateau 1
4,01
5,25
1,24
0,06
0,17
Plateau 2
4,82
5,69
0,87
0,13
0,40
Plateau 3
4,88
5,83
0,95
0,11
0,34
Ein weiterer Parameter, der eine entscheidende Rolle für das grössere OnychiuridaeVorkommen auf einem Standort spielt, ist die Bodenfeuchtigkeit.
Graphik2: Bodenfeuchte
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Au_H2O_FM
Hang_H2O_FM
Plateau_H2O_FM
Graphik2 zeigt die Bodenfeuchte in % an den 3 Standorten (Mittelwerte und
Standardfehler). Der Hang ist am feuchtesten, das Plateau liegt in der Mitte und die Au
ist am wenigsten feucht. Der Grund dafür ist, dass es dort einen Bach gibt, der das
Wasser, das vom Hang hinunter rinnt, auffängt. Onychiuridae brauchen eine hohe
Bodenfeuchtigkeit. Collembolen haben eine hohe Transpirationsrate und brauchen
daher eine hohe Feuchtigkeit. Wird es zu trocken, wandern sie in tiefere Schichten.
Graphik 3: Explorative Statistik (Hauptkomponenten)
Graphik 3 zeigt eine Hauptkomponentenanalyse (Simca P). Alle Messwerte sind
normalisiert. Der Nullpunkt ist im Zentrum. Wenn man Vektoren durch das Zentrum zu
den jeweiligen Parametern legt, sieht man durch die Länge der Vektoren wie sehr ein
Parameter zur Unterscheidung der drei Standorte beiträgt. Die Parameter Onychiuridae,
delta pH und Bodenfeuchte liegen beim Standort Hang und sind eng beieinander. So
sieht man, dass die Onychiuridenabundanz mit diesen 2 Bodenparametern
zusammenhängt.