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Helfer im Nährstoffkreislauf

Unterirdisches Netzwerk aus Mikroorganismen

Neben den kleinen, aber für uns noch mit bloßem Auge sichtbaren Bodenbewohnern, lebt im Erdreich eine viel größere Zahl an noch kleineren Lebewesen.

Netzwerk unter Tage

Den größten Teil der Bodenlebewesen machen Mikroorganismen wie Algen, Pilze und Bakterien aus. Allein Bakterien kommen in den obersten dreißig Zentimetern eines fruchtbaren Bodens billiardenfach pro Quadratmeter vor. Dennoch haben Wissenschaftler bisher erst einen Bruchteil von ihnen bestimmt – der Großteil der Bodenbakterien ist noch völlig unbekannt.

Und sie sind nicht nur zahlreich und vielfältig, sondern auch fleißig: Das Netzwerk aus Bakterien und den unterirdischen Geflechten von Pilzen im Erdreich spielt eine entscheidende Rolle für den Nährstoffumsatz im Boden. Manche Arten der Mikroorganismen wandeln außerdem Gase aus der Luft um. Damit sind die Mikroorganismen an allen möglichen Nährstoffkreisläufen beteiligt.

Vom Detritus zum Nährstoff

Einer der freigesetzten Nährstoffe ist beispielsweise der Kohlenstoff. Zu Beginn der Zersetzung wird das kohlenstoffhaltige organische Material wie zum Beispiel abgestorbene Blätter, Stiele oder Regenwurmkot von größeren Bodenlebewesen angefressen und von ihnen und Mikroorganismen verdaut und umgebaut. Als Folge entstehen Humus, Torf oder andere organische Materialien.

Ein Teil dieses organischen Detritus bleibt als Humus im Boden erhalten, der andere Teil wird schließlich weiter zersetzt: Bestimmte Bakterien bauen das organische Material weiter um, indem sie es durch enzymatische Aufspaltung in ihre Grundbausteine zerlegen. Diese werden von Organismen als Energiequelle und zum Aufbau neuer Körpersubstanz genutzt oder weiter aufgespalten und als Kohlendioxid „veratmet“. Dadurch gelangt das CO2 wieder in die Atmosphäre, sodass die Pflanzen es aufnehmen und in der Photosynthese zu Glukose umbauen können. Damit schließt sich der Kreislauf.

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Ebenso im Detritus enthalten sind auch Phosphor und Schwefel. Der Phosphor wird durch dafür spezialisierte Bakterien und Pilze zu Phosphaten umgewandelt und in dieser Form von den Pflanzen aufgenommen, die es unter anderem zum Wachstum benötigen. Der größte Teil des Schwefels wird zu Sulfat mineralisiert und ebenfalls von den Pflanzen als Nährstoff genutzt. Den Rest geben Bakterien unter anaeroben Bedingungen als Schwefelwasserstoff an die Atmosphäre ab.

Stickstoff umwandeln

Bodenkreislauf
Diese Grafik zeigt, welche große Rolle die Bodenbakterien im Stickstoffkreislauf spielen. © Johann Dréo/ CC-by-sa 2.0

Besonders wichtig für das Pflanzenwachstum ist auch Stickstoff, den die Vegetation aber nicht aus der Luft aufnehmen kann. Stattdessen sind die Pflanzen auf sogenannte stickstoff-fixierende Bakterien im Boden angewiesen. Diese können aus gasförmigem Stickstoff aus der Luft Ammonium-Ionen herstellen. Durch Nitrifikation mit Hilfe anderer Bakteriengruppen entstehen so die für Pflanzen verfügbaren Nitrat-Ionen und können von ihnen in Proteine und andere stickstoffhaltige organische Verbindungen eingebaut werden.

Diese organischen Stickstoffverbindungen gelangen schließlich als Detritus wie zum Beispiel Laubabfall, Ausscheidungen von Tieren oder Kadavern zurück in den Boden und können erneut zu Nitrat mineralisiert werden. Ein geringer Anteil an Nitrat, der nicht von Pflanzen aufgenommen wird, wandeln denitrifizierende Bakterien wieder zu Luftstickstoff um.

Stickstoff-Transporteure

Einige Pflanzenarten, darunter Leguminosen wie zum Beispiel Bohnen, Lupinen oder Linsen, bilden Symbiosen mit Knöllchenbakterien (Rhizobien), die an der Wurzel dieser Pflanzen leben. Diese Bakterien bereiten den Luftstickstoff direkt an den Wurzeln auf und machen ihn so sofort für die Pflanzen zugänglich. Dadurch sind die Pflanzen unabhängiger vom Nitratgehalt des Bodens, können auf stickstoffarmen Böden wachsen und tragen zur Fruchtbarkeit des Bodens bei.

Wurzelsymbiose
Unterirdische Symbiose: Die Pilzfäden binden sich um die Pflanzenwurzeln und versorgen sie mit Stickstoff und Phosphat. Als Gegenleistung erhält der Pilz dafür Kohlenhydrate. © Ellen Larsson/ CC-by-sa 2.5

Auch bestimmte Pilze können die Stickstoffaufnahme fördern: Die feinen unterirdischen Pilzfäden von Wurzelpilzen (Mycorrhiza), unterstützen bei etwa 80 Prozent der Pflanzen das Wachstum. Sie umspannen die Pflanzenwurzeln wie mit einem feinen Garn und lösen den im Boden vorhandenen Stickstoff und die Phosphate auf. Diese geben sie an die Wurzeln weiter und beziehen als Gegenleistung Kohlenhydrate, die sie selbst mangels Photosynthese nicht herstellen können.

Ebenso wichtig ist auch die Fähigkeit der Pilze, Bodenaggregate zu formen und zu zementieren. Dafür umwachsen die Pilzfäden organische und anorganische Bodenpartikel und halten sie wie mit einem Netz zusammen. Außerdem scheiden Pilze chemische, klebrige Stoffe aus, mit denen sie die Bodenpartikel zusätzlich verfestigen. So entsteht ein stabiler Porenraum, in dem das Wasser sowie die Nährstoffe gespeichert und Pflanzen wachsen können.

Dieses natürliche Zusammenspiel der Mikroorganismen und der Pflanzen wird aber zunehmend durch menschliche Eingriffe zerstört…

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Leben im Erdreich
Was im Boden wimmelt

Wie Boden entsteht
Ein jahrzehntelanger Prozess

Der Boden lebt
Die tierischen Bewohner des Erdreichs

Helfer im Nährstoffkreislauf
Unterirdisches Netzwerk aus Mikroorganismen

Gefährdetes Erdreich
Wenn der Mensch eingreift

Was tun gegen zerstörte Böden?
Mit Bodenschutz das Erdreich entlasten

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