Wechselwirkung zwischen Boden und Bodenorganismen

Wechselwirkung zwischen Boden und Bodenorganismen
Der Keimgehalt im Boden kann mithilfe von Agarplatten ermittelt werden (Siehe Abbildung), die mit verschieden
verdünnten wässrigen Bodenlösung beträufelt wurden. Aus der Anzahl der gewachsenen Kolonien kann man auf den
Keimgehalt des Bodens schließen.
Mikroorganismen des Bodens
Zu den Mikroorganismen des Bodens gehören unterschiedliche Organismen, die wegen ihrer geringen Größe zu
dieser Gruppe zusammengefasst werden. Sie sind zwischen 0,5 und 200 μm großrein μm (Mikrometer) entspricht
1/1000 mm. Mikroorganismen des Bodens sind einzellige Tiere, Pilze und Bakterien. Nach Schätzungen enthält ein
Teelöffel Boden:
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5 Milliarden Bakterien,
20 Millionen Pilzfäden,
1 Million einzellige Tiere.
Bakterien. Es sind sehr kleine, 0,5 bis 2 μm große einzellige Lebewesen. Sie sind von einer Zellwand umgeben, die
ihnen die Form gibt. Sie besitzen keinen abgegrenzten Zellkern, ihr Erbgut liegt im Zellplasma.
Bakterien leben im Boden in der Wurzelhaarzone oder in den dünnen Wasserfilmen der Bodenteilchen. Sie ernähren
sich vorwiegend heterotroph, also von organischen Stoffen. Da sie diese nicht so aufnehmen können, wie sie im
Boden vorliegen, geben sie Enzyme nach außen ab. Enzyme sind organische Wirkstoffe, die als Biokatalysatoren
wirken. Sie können Reaktionen auslösen oder beschleunigen. Sie gehen unverändert aus den Reaktionen hervor.
Diese Enzyme spalten die organischen Stoffe in ihre löslichen Bausteine. Eiweiße werden zu Aminosäuren,
Kohlenhydrate zu Traubenzucker abgebaut. Diese Stoffe werden dann osmotisch in die Bakterienzelle aufgenommen
und dort zum Aufbau der Bakterienzelte (Wachstum) und zur Energiefreisetzung durch Atmung verwendet.
Pilze. Pilze bilden im Boden ein Fadengeflecht, auch Myzel (Bild 44/1) genannt, das wie ein Netzwerk die
Bodenteilchen umspannt. Die Pilzfäden sind vielzellig, enthalten Zellkerne, ihre Zellwände bestehen aus Chitin.
Pilzfäden wachsen nur an den Spitzen, sie verzweigen sich und durchwandern die Streu und andere organische
Stoffe. Innerhalb von 24 Stunden kann eine Pilzkolonie mehr als 1000 m neues Fadengeflecht bilden. Alle Pilze
ernähren sich heterotroph. Auch sie scheiden Enzyme nach außen ab und nehmen die gelösten Bausteine der
organischen Stoffe durch Osmose in ihre Zellen auf.
Einzellige Tiere. Von ihnen kommen Wimpertierchen, Geißeltierchen und Wurzelfüßer im Boden vor (Bild 45/1-2).
Sie leben im Bodenwasser und sind sehr empfindlich gegen Trockenheit. Sie bewegen sich mit Wimpern, Geißeln
oder Scheinfüßchen fort. Bei ungünstigen Bedingungen (z. B. Trockenheit) können sie sich einkapseln, indem sie eine
feste Hülle bilden. Sie ernähren sich vorwiegend von Bakterien, die sie in ihren Körper aufnehmen und verdauen.
Funktion von Mikroorganismen. Während die Bodentiere das organische Material vor allem zerkleinern und mit
dem Boden durchmischen, entstehen infolge der Tätigkeit von Mikroorganismen durch biochemische Umwandlungen
neue organische Stoffe (z. B. Humus, Exp. 4).Ausgangsstoffe für die Bildung von Humus sind vor allem Cellulose und
Lignin (Holzstoff). Beide können von den meisten Lebewesen nicht verdaut werden. Nur einige Mikroorganismen sind
durch die Bildung spezieller Enzyme in der Lage, sie als Nahrung zu verwenden bzw. sie ab- und umzubauen. Humus
ist dunkel gefärbt und durch seine kolloidale Verteilung in der Lage, Wasser und Ionen an seiner Oberfläche zu
adsorbieren. Dieser milde Humus, der beim Abbau von organischem Material entsteht, ist ein Nährstoffspeicher und
wesentlich an der Strukturbildung des Bodens beteiligt.
Sind die Bedingungen für die Humusbildung ungünstig, etwa bei schwer abbaubarer Nadelstreu, bei zu großer Nässe
oder Trockenheit, so bleibt die Humusbildung unvollständig und es entsteht saurer Humus oder Rohhumus (Bild
45/3-4). Er liegt als fasrige Auflage auf dem Boden; es erfolgt kaum eine Durchmischung mit den mineralischen
Bestandteilen des Bodens, da es nur wenige Bodentiere gibt. Die Humusstoffe werden ausgewaschen, ebenso die
Nährsalz-Ionen. Der Rohhumus ist stark sauer (pH 3 bis 4) und biologisch wenig aktiv.
Einen Teil der aufgenommenen organischen Stoffe verwenden die Mikroorganismen zur Energiefreisetzung. Bei
diesem Prozess werden organische Stoffe zu Wasser, Kohlenstoffdioxid und Mineralsalzen abgebaut. Diese können
dann von den Pflanzen erneut aufgenommen und zum Wachstum verwendet werden. Mikroorganismen sorgen im
Boden vor allem für Stoffumwandlungen (Stoffabbau). Diese finden im Zusammenwirken mit Bodentieren statt.
Beziehungen zwischen den Bodenorganismen
Zwischen den Bodenorganismen bestehen vielfältige Beziehungen, die sowohl zum gegenseitigen Vorteil als auch
zum Schaden eines Partners sein können. Häufig bestehen Nahrungsbeziehungen zwischen den Organismen.
Beziehungen zwischen Pflanzen. Pflanzen konkurrieren miteinander um das Licht, den Raum, das Wasser und die
Mineralsalze im Boden. Wildkräuter stehen in Konkurrenz mit den Kulturpflanzen, vor allem wenn sie in der gleichen
Tiefe wurzeln (Bild 46/1-2).
Die Ausscheidungen von Wurzeln einer Pflanzenart können das Wachstum linderer Pflanzen hemmen. So wird
beispielsweise das Wachstum von Tomatenpflanzen und Apfelbäumen gehemmt, wenn ihre Wurzeln in der Nähe von
denen eines Nussbaumes wachsen.
Beziehungen zwischen Pflanzen und Tieren. Viele Tiere ernähren sich von Pflanzen. Sie können lebende Pflanzen
oder Pflanzenteile fressen, wie Fadenwürmer beispielsweise Wurzeln. Sie stören so die Wasser- und
Mineralsalzaufnahme. Bei starkem Befall können die Pflanzen absterben. Auch Wühlmäuse und Enchyträen
schädigen so die Pflanzen. Andere Tiere ernähren sich von Pflanzenteilen, beispielsweise von der Streu. Dazu
gehören die Asseln und Tausendfüßer. Sie tragen mit dieser Ernährungsweise zum Abbau der Streu bei. Andererseits
können Pflanzenwurzeln Regenwurmgänge nutzen, um tiefer in den Boden einzudringen, sie werden auf diese Weise
besser mit Wasser und Mineralsalzen versorgt.
Beziehungen zwischen Tieren. Diese Beziehungen sind vor allem Räuber-Beute-Beziehungen. Räuberische
Bodenmilben fressen Nematoden, aber auch kleine Springschwänze. Erdläufer ernähren sich von jungen
Regenwürmern und Insektenlarven. Das Vorkommen von Erdläufern weist auf eine gute Bodenqualität hin, da nur
dort ausreichend Nahrung (z. B. Regenwürmer) vorhanden ist.
Beziehungen zwischen Pflanzen und Mikroorganismen. Durch die Abgebe von organischen Stoffen durch die
Wurzeln befinden sich in direkter Wurzelnähe besonders viele Mikroorganismen, die sich von den ausgeschiedenen
organischen Stoffen ernähren. Andererseits erzeugen die Mikroorganismen durch Mineralisierung Mineralsalze, deren
Ionen von den Pflanzen aufgenommen werden.
Mikroorganismen können auch Wuchsstoffe ausscheiden, welche die Wurzelbildung fördern. In den Wurzeln von
Schmetterlingsblütengewächsen (z. B. Lupinen, Bohnen, Robinien, Klee) leben Bakterien, die in der Lage sind, den
Stickstoff der Luft zu binden und in eine solche Form umzuwandeln, dass die Pflanzen ihn aufnehmen können. Bei
Bohnen oder Erbsen kann man an den Wurzeln stecknadelkopfgroße Knöllchen (Bild 46/3, 47/1) feststellen. In ihnen
befinden sich Knöllchenbakterien. Da stickstoffhaltige Verbindungen für das Wachstum der Pflanzen unerlässlich sind,
wird das Wachstum der Pflanzen durch die Knöllchenbakterien gefördert. Die Bakterien wiederum erhalten die
lebensnotwendigen organischen Stoffe aus den Wurzelzellen. Ein solches Zusammenleben zum gegenseitigen
Nutzen wird als Symbiose bezeichnet.
Auch zwischen Pflanzenwurzeln und Pilzen gibt es ein solches Zusammenleben zum gegenseitigen Vorteil. Die
Wurzeln vieler Waldbäume werden von einem dichten Pilzgeflecht umsponnen. Da die Pilzfäden wesentlich dünner
sind als die Wurzelhaare, wird eine Oberflächenvergrößerung um das Hundertfache erreicht. Die Pilzfäden ergänzen
oder ersetzen die Wurzelhaare. Sie erhöhen die Wasseraufnahme und versorgen die Pflanzen mit Phosphat-Ionen
und anderen Mineralsalz-Ionen. Die Reichweite der Pilzfäden im Boden ist größer als die der Wurzel- Pilzgeflecht
haare, weil Pilzfäden Länger und verzweigt sind. Die Pilze ernähren sich von den organischen Stoffen der Wurzeln.
Das Zusammenleben von Pilzen und Pflanzenwurzeln bezeichnet man als Mykorrhiza oder Pilzwurzel (Bild 47/2).
Man schätzt, dass 80 % aller Pflanzen eine Mykorrhiza besitzen. Fehlen die Pilze im Boden, wachsen die Pflanzen
schlechter. Bestimmte Pilze leben mit ganz bestimmten Pflanzen in Symbiose: Birkenpilze mit Birken, Steinpilze mit
Eichen, Lärchenröhrlinge mit Lärchen.
Mikroorganismen, vor allem Pilze, können auch parasitisch in Wurzeln leben und Wurzelkrankheiten verursachen,
zum Beispiel die schwarze Wurzelfäule des Tabaks oder den Wurzelbrand der Rübe.
Beziehungen zwischen Tieren und Mikroorganismen. Bakterien und Pilze bilden oft die Nahrungsgrundlage von
kleinen Bodentieren. So ernähren sich kleine Springschwänze und Milben von Pilzen. Sie stimulieren dadurch deren
Wachstum, wodurch wiederum die Mineralisierung und Humifizierung im Boden gefördert wird. Die Bodentiere tragen
aber auch zur passiven Verbreitung von Mikroorganismen bei. An ihrem Körper haften Mikroorganismen, die sie bei
der Bewegung im Boden mitnehmen und die so in andere Bereiche des Lebensraums verfrachtet werden. Im
Enddarm mancher Insekten und Milben leben Mikroorganismen als Symbioten. Diese fördern entweder die
Verdauung von schwer abbaubaren organischen Stoffen (Cellulose, Lignin) oder sie produzieren Vitamine.
Beziehungen zwischen Mikroorganismen. Mikroorganismen konkurrieren um Nahrung. Im Vorteil sind diejenigen,
die organische Verbindungen besonders schnell abbauen und aufnehmen können, oder Nahrungsspezialisten, wie
Cellulose und Lignin abbauende Pilze. Mikroorganismen können Stoffe ausscheiden, die das Wachstum anderer
Mikroorganismen hemmen (z. B. Antibiotika, Bild 47/3). Sie scheiden aber auch Wuchsstoffe und Vitamine aus, die
das Wachstum anderer Mikroorganismen fördern. Bakterien sind Nahrung für einzellige Bodentiere. Die vielfältigen
Beziehungen zwischen den Lebewesen des Bodens sind letztlich auch für die Bodenfruchtbarkeit bedeutsam.
Nahrungsbeziehungen im Boden. Bodenfruchtbarkeit bedeutet, dass Pflanzen auf dem Boden wachsen und stabile
Erträge liefern können. Bodenlebewesen spielen für die Erhaltung der Bodenfruchtbarkeit eine wichtige Rolle. Es
besteht eine enge Beziehung zwischen Ertragsleistung und Aktivität der Bodenorganismen. Einerseits schaffen die
Wurzelausscheidungen und Pflanzenrückstände ein erhöhtes Nahrungsangebot für die Bodenorganismen,
andererseits bilden diese durch Mineralisierung organischer Stoffe neue Mineralsalze, die von den Pflanzen genutzt
werden (Bild 48/1).
Stoffkreisläufe
Alle organischen Stoffe, von denen sich die Bodentiere ernähren, werden von den grünen Pflanzen gebildet. Die
Blätter sind in der Lage, aus energiearmen anorganischen Stoffen energiereiche organische Stoffe zu bilden. Diese
energiereichen organischen Stoffe enthalten Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff. Die Kohlenstoffquelle ist das
Kohlenstoffdioxid der Luft, die Energiequelle das Sonnenlicht.
Bei diesem Prozess, der Fotosynthese, entsteht außerdem Sauerstoff. Die Mineralsalze werden benötigt, um aus
Traubenzucker, dem ersten Produkt der Fotosynthese, weitere organische Stoffe, zum Beispiel Eiweiße, aufzubauen.
Die von den grünen Pflanzenteilen gebildeten organischen Stoffe, einschließlich der Pflanzenwurzeln, sind die
Lebensgrundlage für alle Bodenorganismen. Da grüne Pflanzen organische Stoffe bilden, nennt man sie Produzenten.
Die Bodentiere, die sich von Pflanzen ernähren, sind Verbraucher oder Konsumenten. Bodentiere, die sich von
anderen Bodentieren ernähren, sind ebenfalls Konsumenten. Die Mikroorganismen des Bodens, die die organischen
Stoffe zersetzen und wieder in anorganische Stoffe umwandeln, sind Destruenten (Zersetzer). Die anorganischen
Stoffe können von den Pflanzen wieder aufgenommen werden (Bild 48/2).
Im Stoffkreislauf (Bild 49/1) baut jede Organismengruppe die von den Pflanzen gebildeten organischen Stoffe ab und
nutzt daraus Energie und Baustoffe für den eigenen Körper. Die Hauptfunktion der Bodenorganismen besteht im Abund Umbau organischer Stoffe und ihrer Umwandlung in anorganische Stoffe (Mineralisation).
Lebewesen benötigen für alle Lebensvorgänge Energie. Die Energie wird durch den Abbau energiereicher
Verbindungen freigesetzt. Dazu ist meist Sauerstoff notwendig.
Energiereiche organische Stoffe + Sauerstoff → Kohlenstoffdioxid +Wasser + Energie
Der Sauerstoff wird von den Pflanzen bei der Fotosynthese gebildet. Das Kohlenstoffdioxid, das bei der Atmung
entsteht, dient den Pflanzen wieder als Kohlenstoffquelle bei der Fotosynthese.
Aufgaben:
1. Warum befinden sich besonders viele Bakterien in der Wurzelhaarzone?
2. Wie ernähren sich Bakterien und wie einzellige Bodentiere?
3. Welche Funktion haben Mikroorganismen im Boden?
4. Erkläre den Begriff Symbiose.
5. Welche Beziehungen bestehen zwischen Produzenten, Konsumenten und Destruenten?
6. Beschreibe den Stoffkreislauf, den ein abgefallenes Laubblatt durchläuft.