Verlust der Biodiversit?t im Boden

Ein Regenwurm befindet sich auf einem Bodenaggregatzum Vergr??ern anklicken
Ein Regenwurm und sein Lebensraum Boden.
Quelle: S. Marahrens / Umweltbundesamt

Unsere B?den sind nicht ?de und leer. Weltweit leben 1.000.000.000-mal mehr Bakterien im Boden als es Sterne im Weltall gibt. In einem Teel?ffel Boden k?nnen wir allein eine Million Bakterien, 120 Tausend Pilze und 25 Tausend Algen finden - alle mikroskopisch klein. Diese Kleinstlebewesen erfüllen wichtige Funktionen im Stoffkreislauf.

Inhaltsverzeichnis

 

Der Boden lebt

?Pflanzen, Tiere, Pilze und Mikroorganismen reinigen Wasser und Luft und sorgen für fruchtbare B?den. Intakte Selbstreinigungskr?fte der B?den und Gew?sser sind wichtig für die Gewinnung von Trinkwasser. Die natürliche Bodenfruchtbarkeit sorgt für gesunde Nahrungsmittel. Dies alles funktioniert nicht mechanisch, sondern l?uft in einem komplexen Wirkungsgefüge ab. ?kosysteme verfügen über eine hohe Aufnahmekapazit?t und Regenerationsf?higkeit – aber sie sind nicht beliebig belastbar“.

Dieses Zitat aus der Nationalen Strategie zur biologischen Vielfalt (Nationale Biodiversit?tsstrategie) von 2007 beschreibt pr?gnant den Nutzen, den wir Menschen aus der biologischen Vielfalt ziehen, sozusagen ihre Servicefunktion. Die Strategie enth?lt vereinbarte Ma?nahmen, die unter anderem auch zur Verbesserung des Lebensraums Boden und damit zur Erhaltung dieser Servicefunktion beitragen sollen. Boden ist ein Lebensraum, der für die ⁠Biodiversit?t⁠ von enormer Bedeutung ist. Trotz langj?hriger bodenbiologischer Forschungen wissen wir über die Biologie im Boden noch nicht genug. Die Systeme sind hoch komplex und ?entziehen“ sich unserem Blick. Durch die Einführung moderner molekularbiologischer, optoelektronischer und gentechnischer Verfahren einerseits und Ans?tzen, die das ⁠?kosystem⁠ Boden als Ganzes betrachten, andererseits sind in den letzten Jahren Fortschritte erzielt worden.

Ein Gramm Boden enth?lt Milliarden von Mikroorganismen: Bakterien, Pilze, Algen und Einzeller. Unter einem Quadratmeter Boden leben Hunderttausende bis Millionen von Bodentieren, wie Fadenwürmer, Regenwürmer, Milben, Asseln, Springschw?nze und Insektenlarven. Hochgerechnet auf einen Hektar ergibt das circa 15 Tonnen Lebendgewicht im durchwurzelbaren Bodenraum – das entspricht dem Gewicht von etwa 20 Kühen. Es leben also wesentlich mehr Organismen in als auf dem Boden.

 

Funktion der Bodenorganismen

Die Rolle, die diese Organismen für den Umsatz von N?hrstoffen, den Abbau von Schadstoffen und für die Bodenbildung spielen, ist hoch komplex. Dass Bodenorganismen eine entscheidende Rolle bei der Humus- und Bodenbildung spielen, zeigen die nachfolgenden Beispiele:

  • Bodentiere zerkleinern die Streu, so dass die für Mikroben zur Verfügung stehende Fl?che stark vergr??ert wird (Pelletierungseffekt).
  • Mikro- und Mesofauna (z.B. Collembolen) ern?hren sich selektiv von bestimmten Mikroorganismen und sorgen so dafür, dass diese in einer optimalen Wachstumsphase bleiben.
  • Das für Mikroben relevante Substrat wird durch Bodentiere st?ndig ver?ndert; zum Beispiel transportieren Regenwürmer und andere Tiere der Makrofauna n?hrstoffreiche organische Substanz in tiefere Bodenhorizonte.
  • Durch die Aktivit?t von Tieren k?nnen Hemmwirkungen auf Mikroben (Bacteriostasis) aufgehoben werden, zum Beispiel bei Ekto- oder Endosymbiosen.

Vor allem die Mikroorganismen haben wesentliche Funktionen in Boden?kosystemen. Insbesondere erschlie?en sie Stoffe, die für das Wachstum von Pflanzen wichtig sind:

  • Abbau von pflanzlichen Reststoffen,
  • Beteiligung an der Huminstoffbildung,
  • Stabilisierung von Bodenaggregaten durch Schleimstoffe,
  • Mineralisierung organischer Stoffe und Freisetzen von N?hrstoffen,
  • F?rderung chemischer Verwitterung,
  • Umwandlung organischer Verbindungen,
  • Bindung und Freisetzung von Luftstickstoff (z.B. Rhizobium-Bakterien),
  • Erschlie?en von Mineralstoffen, Freisetzung phytoaktiver Substanzen und Vergr??erung des Wurzelsystems (z.B. Mykorrhiza),
  • Oxidation und Reduktion von Verbindungen zahlreicher Elemente wie Schwefel, Mangan, Stickstoff und Kohlenstoff,
  • Abbau von Bioziden und anderen Fremdstoffen.

Dem Bodenleben kommt eine Schlüsselrolle bei den natürlichen Bodenfunktionen zu. Durch die Ab- und Umbaut?tigkeit werden zum Beispiel organische Pflanzenabf?lle in den Boden eingearbeitet, zerkleinert und schlie?lich zersetzt. So werden letztlich die darin enthaltenen N?hrstoffe wieder in mineralischer und damit für die Pflanzen verfügbarer Form freigesetzt. Hierbei sorgen die Bodenorganismen auch gleichzeitig für günstige bodenphysikalische Bedingungen. Denn durch die Verlagerung und Durchmischung des Bodenmaterials (Bioturbation), verbunden mit der Verkittung der Bodenpartikel durch Schleimabsonderungen (Lebendverbauung), sind die Bodenorganismen ma?geblich am Aufbau des Porensystems im Boden beteiligt. Sie bilden stabile Ton-Humus-Komplexe mit hoher Speicherf?higkeit für Wasser und N?hrstoffe und sorgen für eine feine, wenig erosionsanf?llige Krümelstruktur. Darüber hinaus sind sie in der Lage, bis zu einem gewissen Grade Schadwirkungen organischer Stoffe auf den Boden sowie auf das Grundwasser und die Nahrungskette abzupuffern.

Da es sich bei der Bodenz?nose um einen Komplex verschiedener Bodenorganismen (Mikroorganismen, Pflanzen, Tiere, Pilze) handelt, die in ihrer Gesamtheit zur Erfüllung der Lebensraumfunktion beitragen, ist es auch notwendig, diese zu untersuchen. Die Bodenz?nose tr?gt auch zu anderen Bodenfunktionen bei (Stoffumsatz, Bodenfruchtbarkeit). Aussagen über komplexe Umweltwirkungen k?nnen also eher über Erg?nzung durch biologische Erfassungssysteme gemacht werden.

 

Welche Bodenorganismen gibt es?

Aufgrund der verschiedenen Disziplinen, die sich mit Bodenorganismen befassen, werden diese auch unterschiedlich systematisiert (siehe Tabelle).

Bodenorganismen kommen in unterschiedlicher Dichte im Boden vor, wobei die Anzahl der Organismen und auch die Artanzahl nur indirekte Anhaltspunkte über ihre Bedeutung im Stoff- und Energiekreislauf liefern.

Die Lebensbedingungen der Bodenorganismen h?ngen von zahlreichen Einfluss- und Belastungsfaktoren ab, die sich grob in zwei Kategorien einteilen lassen:

  • natürliche Standortfaktoren, wie
  • Kleinklima (⁠Bodenfeuchte⁠ und -temperatur),
  • N?hrstoffstatus,
  • pH-Wert⁠,
  • Wechselbeziehungen in der Lebensgemeinschaft,

vom Menschen verursachte Belastungen, wie

  • mechanische Belastung,
  • Schadstoffbelastung und unausgewogene N?hrstoff- und Energiezufuhr,
  • St?rungen der Artengemeinschaften im ⁠?kosystem⁠,
  • Entzug der Lebensgrundlagen (z. B. durch Bodenversiegelung).
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Biologische Untersuchungen des Bodens

Mit verschiedenen bodenbiologische Untersuchungsmethoden lassen sich die Lebensraum- und Stoffumsatzfunktionen von B?den charakterisieren und gegebenenfalls bestehende Beeintr?chtigungen bestimmen. Hierzu werden Bodenproben im Freiland entnommenen und haupts?chlich die abbauaktive Mikroflora (Bakterien und Pilze) untersucht. Wichtige Parameter für die Kennzeichnung der Bodenmikrobiologie sind die mikrobielle ⁠Biomasse⁠ sowie die Bodenatmung als Ma?zahl für die Stoffwechselrate. Darüber hinaus werden wichtige Teilschritte von Stoffkreisl?ufen untersucht, an denen die Bodenmikroorganismen ma?geblich beteiligt sind, wie zum Beispiel die Stickstoffmineralisation und verschiedene Enzymaktivit?ten. Die Charakterisierung der Bodenbiologie mit ihren bodentypischen Lebensgemeinschaften erfolgt über Individuendichte, die Biomasse und die Artenvielfalt.

Bodenbiologische Untersuchungen sind wichtiger Teil des Untersuchungsprogramms in Deutschland, das auf Bodendauerbeobachtungsfl?chen in regelm??igen Abst?nden durchgeführt wird. Denn bodenbiologische Kenngr??en k?nnen als Frühwarnsystem dienen, um sch?dliche Bodenver?nderungen zu erkennen(Barth et al. 2000). Darüber hinaus sind sie auch ein ⁠Indikator⁠ dafür, ob die ?gute fachliche Praxis in der Landwirtschaft“ im Hinblick auf die Erhaltung oder F?rderung der biologischen Aktivit?t gewahrt wurde. Schlie?lich sind sie Bewertungsgrundlage für die überprüfung von Grenzwerten für Schadstoffe wie Schwermetalle und sch?dliche organische Verbindungen in Bezug auf den Wirkungspfad Boden/Bodenorganismen.

 

Assoziative Mikroorganismen und Symbiosen

Die Wechselwirkungen zwischen B?den, Pflanzen und Bodenorganismen sind besonders eng in der Rhizosph?re, also im Wurzelraum der Pflanzen. Hier bilden sich besondere Lebensgemeinschaften aus, die als assoziative Wechselwirkungen und Symbiosen bezeichnet werden. Bakterien der Gattungen Azotobacter, Clostridium, Pseudomonas und andere k?nnen Luftstickstoff binden und diesen in gel?ster Form den Pflanzen zur Verfügung stellen. Bei Leguminosen ist dies mit Rhizobium-Bakterien in Form einer spezialisierten Symbiose noch weiter entwickelt.

Andere Mikroorganismen produzieren phytoeffektive Substanzen, die einen positiven Einfluss auf das Pflanzenwachstum oder die Pflanzengesundheit haben. Pilze bilden mit Pflanzen eine sehr enge Symbiose, die Mykorrhiza. Bei Waldb?umen spricht man von Ektomykorrhiza, weil die Pilzhyphen au?en auf der Wurzeloberfl?che als sogenanntes ?Hartig’sches Netz“ aufliegen. Die Furchtk?rper sind unsere bekannten Speisepilze. Bei Ericaceen und Orchideen treten spezialisierte Mykorrhizapilze auf, die keine Fruchtk?rper bilden. Viele krautige Pflanzen bilden mit Pilzen der Gattung Zygomycetes (Jochpilze) eine Endomykorrhiza aus, die nicht wirtspezifisch ist. Diese sogenannte VA-Mykorrhiza bildet im Innern der Wurzeln Vesikel als Speicherorgane der Pilze und Arbuskeln (b?umchenartige Strukturen) als Ort des Stoffaustausches aus. Die Pilzhyphen sind in der Lage, die Pflanzen besser mit Wasser und Mineralstoffen zu versorgen als die nur 0,1 Millimeter langen Wurzelhaare. Durch Inokulation (Impfung) von Kulturpflanzen mit diesen Pilzen k?nnen h?here Ertr?ge oder eine h?here Vitalit?t der Pflanzen erreicht werden (Glante, 1988).

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Schutz der Biodiversit?t in und auf B?den

Die von der Bundesregierung 2007 verabschiedete ?Nationale Strategie zur Biologischen Vielfalt“ berücksichtigt die Bodenbiologie bisher unzureichend. In den Handlungsfeldern werden lediglich Ziele gesetzt, durch die indirekt auch die Bodenorganismen geschützt werden, zum Beispiel ist die Verringerung der Stoffeintr?ge ein solches Ziel. Aber auch die Ziele des Natur- und Artenschutzes sowie der vorgesehene Extensivierungsbeitrag der Land- und Forstwirtschaft werden einen Beitrag zum Schutz der Bodenorganismen leisten. Erforderlich bleiben weitere Untersuchungen von epig?ischen Organismen, um die Wechselwirkungen dieser Tiergruppen mit den endog?ischen besser beschreiben zu k?nnen. Zum Beispiel sind Spinnen in Agrarlandschaften die wichtigsten wirbellosen R?uber. Welche Effekte diese Tiere auf die anderen Kompartimente der Z?nose haben, ist noch zu wenig bekannt.

Rechtliche Regelungen

Die nach Paragraf 2 Bundesbodenschutzgesetz (BBodSchG) zu schützende natürliche ⁠Bodenfunktion⁠ ?Lebensgrundlage für Menschen, Tiere, Pflanzen und Bodenorganismen“ wird oft anhand abiotischer beziehungsweise bodenkundlicher Parameter charakterisiert. Eine belastbare Aussage über die Eignung eines Bodens als Lebensraum für Bodenorganismen kann jedoch nur anhand bodenbiologischer Parameter getroffen werden. Selbst wenn alle determinierenden Faktoren für die Verbreitung (das Potenzial) einer Z?nose ermittelt werden, sagt dies nicht aus, ob diese Z?nose auf dem entsprechenden Standort auch vorkommt (R?mbke et al., 2000). Das Schutzziel der natürlichen Bodenfunktionen erstreckt sich auch auf die botentypischen Organismen. Für den Schutz gegen sch?dliche Bodenver?nderungen wurde bei der Ableitung von Vorsorgewerten im Bodenschutz der Pfad Boden/Bodenorganismen mit berücksichtigt. Im Unterschied zu Prüf- und Ma?nahmewerten gelten die Vorsorgewerte aber für alle B?den und für alle Schutzziele. Die Berücksichtigung der Bodenorganismen ist dem besonderen Schutz der natürlichen Bodenfunktionen geschuldet. Bei der Ableitung von bodenbiologischen Indikatoren für die Charakterisierung eines guten ?kologischen Zustands der B?den besteht jedoch noch Forschungsbedarf.

Im vorliegenden Entwurf der Boden-Rahmenrichtlinie ist der Verlust an ⁠Biodiversit?t⁠ in B?den nicht untersetzt. Die EU-Kommission geht davon aus, dass die vorgeschlagenen Ma?nahmen (Schutz vor Verdichtung, ⁠Erosion⁠, Versalzung, ⁠Versauerung⁠ und Verminderung der Schadstoffeintr?ge) auch positive Effekte auf die Bodenbiodiversit?t haben, sie also einen Beitrag zum Ziel der Biodiversit?ts-Konvention leisten und den Artenrückgang aufhalten.

In der Thematischen Strategie für den Bodenschutz (EU-Kommission, 2006) wird der Verlust von Biodiversit?t in B?den als Bodengefahr bezeichnet. Gleichzeitig wird auf diesem Gebiet aber weiterer Bedarf an Forschung ausgewiesen, der mit Projekten im siebten Rahmenprogramm untersetzt werden soll. Dazu wurden im europ?ischen Bereich einige Projekte und Aktivit?ten wie der Atlas zur Bodenbiodiversit?t durchgeführt.

Bodenbewusstsein schaffen

Verbesserungen der Umweltsituation sind jedoch – das zeigt die Erfahrung – nicht allein durch Gesetze und Verwaltungshandeln sicherzustellen. Es gilt auch, die ?ffentlichkeit einzubeziehen. Ein gutes Beispiel aus England: Das Museum of Natural History veranstaltete in 2010 die erste landesweite Regenwurm-Z?hlung in Gro?britannien. Dabei sollten Freiwillige mit einem standardisierten Fragebogen und einer robusten Methode zum Austreiben der Regenwürmer aus dem Boden (mit Senf?l), die Regenwürmer bestimmen und z?hlen und die Ergebnisse an das Museum weitermelden. Bei einer hohen Beteiligung (Stichprobe) sind bei einem solchen Verfahren durchaus befriedigende Ergebnisse zu erzielen. Methodisch ?hnliche Biodiversit?tsprojekte in Deutschland sind zum Beispiel der j?hrliche ?Tag der Artenvielfalt“ oder die ?Stunde der Gartenv?gel“. Weitere Beispiele, die ?ffentlichkeit mit Bodenorganismen vertraut zu machen, sind die Wanderausstellung ?Unter unseren Fü?en – Lebensraum Boden“ des Staatlichen Museums für Naturkunde G?rlitz oder die Bodenausstellung ?unter.welten“ im Museum am Sch?lerberg in Osnabrück. Das Umweltbundesamt hat als einen Beitrag zur F?rderung des Bodenbewusstseins die Kinder-Broschüre ?Die abenteuerliche Reise von Fridolin dem Regenwurm“ herausgegeben, in der die Bodengefahren aus Sicht eines Regenwurms geschildert werden.

Die KArte zeigt wo sich der Regenwurm am meisten zu finden ist. Au?erdem zeigen die Grafiken, dass er meistens Nadelwald wohnt, bei einem pH-Wert von <3,5
Die Verteilung des Regenwurms Dendrobaena Octaedra
Quelle: Umweltbundesamt
 

Weitere Forschungsarbeit

Der wissenschaftliche Beirat Bodenschutz beim ⁠BMU⁠ (1998-2003) stellte für die Bearbeitung der bodenbiologischen Fragen vier Forderungen auf:

  • Bodenorganismen sind wesentlich an den Abbau-, Aufbau- und Umbauvorg?ngen im Boden und damit an den Stoffkreisl?ufen, indirekt auch am Wasserkreislauf, beteiligt. Der vorsorgende Schutz der Lebensraumfunktion der B?den beziehungsweise die Bewertung einer Beeintr?chtigung dieser Funktion steht somit in engem Zusammenhang mit den gesamten natürlichen Funktionen des Bodens (sowie einem Teil der Nutzungsfunktionen), deren Beeintr?chtigung soweit wie m?glich vermieden werden sollte. Aus diesem Grund h?lt der Beirat die Erarbeitung von Anforderungen zum vorsorgenden Schutz der Lebensraumfunktion von B?den für dringend geboten.
  • Für die Bewertung der Lebensraumfunktion sollte ein Konzept erarbeitet werden, für das, neben stofflichen Einwirkungen, vor allem Ergebnisse aus Untersuchungen zur Verbreitung von Bioz?nosen in B?den heranzuziehen sind. Hierfür sind Referenzb?den festzulegen, deren bodenbiologische Güte im Rahmen von Monitoringvorhaben regelm??ig überwacht wird.
  • Für eine fl?chenhafte Beurteilung der Lebensraumfunktion von B?den erscheinen die heute zur Verfügung stehenden Daten nicht ausreichend. Eine Erweiterung der Datenbasis, zum Beispiel durch Kooperation von Betreibern der Bodendauerbeobachtungsfl?chen und der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, wird daher als wichtiger n?chster Schritt angesehen.
  • Ferner regt der Beirat an, orientierende Kennwerte für die Beurteilung der natürlichen Bodenfunktionen und der landwirtschaftlichen Nutzungsfunktion von B?den zu erarbeiten, in die auch physikalische Einwirkungen (z. B. durch erhebliche ?nderung des Bodenwasser- und Bodenlufthaushaltes) und die Einwirkungen von N?hrstoffen und anderen Stoffstr?men einzubeziehen sind.

Diese Forderungen haben trotz der bisherige Arbeiten des ⁠UBA⁠ auf diesem Gebiet (Erarbeitung bodenbiologischer Güteklassen, Workshops zur Bodenbiologie) nichts von ihrer Aktualit?t eingebü?t und sollen daher in der weiteren Forschungsarbeit weiter verfolgt werden. In einem Forschungsprojekt wurden zahlreiche Daten aus der Boden-Dauerbeobachtung und aus zoologischen Sammlungen deutscher Museen ausgewertet. Für einige Arten und Artengruppen konnten typische Vorkommen abgeleitet werden.

Im Programm der Boden-Dauerbeobachtung sind die regelm??ig erhobenen Organismengruppen unzureichend. Es fehlen zum Beispiel K?fer, Spinnen und Milben. In die Bodenmikrobiologie haben neuere Verfahren (DNS-Screening) noch keinen Eingang in ein ⁠Monitoring⁠ gefunden. Bei der Untersuchung der Wirkungen von Luftverunreinigungen auf B?den und bei Untersuchungen des Einflusses gentechnisch ver?nderter Organismen auf Bodenorganismen greifen Arbeitsgruppen des VDI inzwischen auf bodenbiologische Parameter zurück und vereinheitlichen die Methoden der Bioindikation. Daher ist es notwendig, den Wissensstand weiter zusammenzutragen und über die Auswertung vorhandener Daten schlüssige Aussagen zum bodenbiologischen Zustand zu treffen, um daraus mittelfristig

  • eine Verbesserung des Bodenmonitorings (BDF-Programm),
  • eine ?kologische Bewertung der B?den,
  • Ma?nahmenvorschl?ge zum weiteren Bodenschutz abzuleiten.