Mikroorgansimen: Bakterien, Actinobakterien, Pilze, Algen

Mikrofauna (0,002-0,2 mm): Fadenwürmer, Geißeltiere, Wimperntiere, Wurzelfüßer

Mesofauna (0,2-2 mm): Rädertiere, Bärtierchen, Milben, Springschwänze

Makrofauna (2-20 mm): Schnecken, Spinnen, Asseln, Doppelfüßer, Zweiflüglerlarven, weitere Insekten, etc.

Megafauna (20-200 mm): Regenwürmer, Wirbeltiere

Die Hauptfunktion der Bodenorganismen ist die Zersetzung abgestorbener organischer Substanz, die Bildung stabiler Huminstoffe und die vollständige Umwandlung in anorganische Stoffe.  Der Prozess der Zersetzung verläuft in drei Phasen. 

Biochemische Initialphase: In der biochemischen Initialphase beginnt der Abbau abgestorbener Pflanzen- und Tierreste, ohne dass ihre Zellstruktur sichtbar zerfällt. Durch chemische Prozesse wie Hydrolyse und Oxidation werden große Moleküle (z.B. Stärke oder Eiweiße) durch Mikroorganismen in kleinere Bestandteile wie Zucker und Aminosäuren zerlegt. Diese können vom Regen ausgewaschen werden. Äußerlich zeigt sich diese Phase zum Beispiel an der Farbänderung von welkendem Laub oder Streu, die den Beginn der Zersetzung anzeigt.  Dieser erste Schritt bringt die organische Substanz in eine Form, die sie für die nachfolgenden Zersetzungsprozesse zugänglicher macht.

Mechanische Zerkleinerung: Bodentiere wie Asseln, Insektenlarven, oder Regenwürmer (Vertreter der Makro- und Mesofauna) zerstören dann die Zellverbände des organischen Materials, indem sie es zerbeißen, es fressen und teilweise wieder ausscheiden.  Durch die Zerkleinerung vergrößert sich die Oberfläche der organischen Partikel und bietet mehr „Angriffsfläche“ für Bakterien und Pilze. 

Mikrobieller Ab- und Umbau: Bei der chemischen Zersetzung übernehmen Mikroorganismen den entscheidenden Teil des Ab- und Umbaus. Sie spalten die organischen Verbindungen mithilfe von Enzymen in ihre Grundbausteine, die ihnen als Energiequelle und zum Aufbau neuer Biomasse dienen. Der übrig gebliebene organische Rest wird weiter enzymatisch zersetzt und zu Kohlendioxid, Wasser und anorganischen Verbindungen wie Ammonium, Phosphat und Nitrat umgewandelt, die als mineralische Nährstoffe den Pflanzen wieder zur Verfügung stehen. Dieser Prozess wird Mineralisation genannt und ist entscheidend für die Nährstoffkreisläufe im Boden. 

Damit Böden fruchtbar bleiben und nicht erodieren ist ein stabiles Bodengefüge wichtig. An dessen Aufbau und Erhalt sind Bodenorganismen auf unterschiedliche Weise beteiligt. Bodenalgen bilden zum Beispiel Schleime, die sie vor Austrocknung schützen. Diese Schleime wirken zugleich wie ein Kleber und stabilisieren den Oberboden und schützen so vor Erosion. Gleiches gilt für viele Bodenbakterien, die Sekrete ausscheiden um sich an Wurzeln, Humus oder Bodenpartikeln anzulagern und um sich zu schützen. Nebenbei führen sie zur Bildung von stabilen Mikroaggregaten im Boden. Pilze und ihre Feinwurzeln verstärken die Stabilität wiederum, indem sie das Bodengefüge wie ein Netz durchziehen. Regenwürmer helfen, indem sie im Darm organische und mineralische Bestandteile zu sehr stabilen Ton-Humus-Komplexen mischen und diese ausscheiden.

Durch die grabenden und wühlenden Tätigkeiten einiger Bodentiere wie Regenwürmern, Insektenlarven oder Mäusen kommt es zudem zu einer ständigen Durchmischung und Lockerung des Bodens (Bioturbation). Dabei werden organische Stoffe in tiefere Schichten eingearbeitet, während mineralische Partikel nach oben transportiert werden. Diese Aktivität fördert die Bodenbelüftung, verbessert die Wasserinfiltration und fördert die Entstehung eines Krümelgefüges. 

Beim Abbau der organischen Substanz entstehen Zwischenprodukte, die sich mit mineralischen Stoffen vermischen und verkleben, wodurch stabile Ton-Humus-Komplexe und andere Bodenaggregate entstehen, die den Humus vor einem weiteren Abbau schützen. Da über die Hälfte des Humus aus Kohlestoff besteht, tragen die Mikroorganismen somit zur Stabilisierung und langfristigen Speicherung von Humus und Kohlenstoff bei. Zudem können sich Nährstoffe, die nicht direkt von Pflanzenwurzeln aufgenommen werden, an den Ton-Humus-Komplexen besser anlagern und werden so vor der Auswaschung geschützt. 

Bodenorganismen tragen entscheiden zur Filterleistung des Bodens bei. Zum einen können sie zum Teil selber Schadstoffe mikrobiell abbauen, zum anderen erhöhen sie durch die Förderung von Ton-Humus-Komplexen die Bindekapazität für Schwermetalle und organische Schadstoffe. 

Ein intaktes Bodenleben reguliert sich selbst und hält dadurch auch Schädlinge im Gleichgewicht. Denn viele Bodenorganismen stehen in einem natürlichen  Räuber-Beute-Verhältnis, wodurch auch krankheitserregende Arten in Schach gehalten werden. Zudem produzieren einige Organismen in der Rhizosphäre (z.B. Mikroben) schützende Stoffe, die die Pflanzenwurzeln stärken und deren Anfälligkeit gegenüber Krankheiten deutlich verringern.

Einige Mikroorganismen leben zudem in Symbiose mit Pflanzenwurzeln.  Mykorrhizapilze erweitern zum Beispiel das Wurzelnetzwerk von Pflanzen und verbessern damit die Aufnahme von Wasser und Nährstoffen, während stickstofffixierende Bakterien Luftstickstoff in pflanzenverfügbare Formen umwandeln. Im Austausch dafür bekommen sie zum Beispiel Zucker von den Pflanzen. 

Mikroorganismen sorgen für eine Bodenneubildung, da sie während der Zersetzung von organischem Material Säuren bilden und ausscheiden, die das Ausgangsgestein weiter verwittern lassen. 

Ein gesunder Boden erfüllt die oben genannten Funktionen und trägt damit auch zum Klimaschutz bei. Bodenorganismen stabilisierend den Boden, erhöhen die Infiltration und Wasserhaltefähigkeit und minimieren damit die Erosionsanfälligkeit. In Form von stabilen Ton-Humus-Komplexen wird zudem Kohlenstoff gespeichert, wodurch intakte Böden als Kohlenstoffsenke fungieren.

Bakterien sind einzellige Lebewesen und gehören zu den kleinsten, aber auch den am meisten vorkommenden Bodenmikroorgansimen.

Lebensraum: überwiegend im Wurzelbereich (Rhizosphäre) und im humosen Oberboden

Funktion: Zersetzer, Nährstofflieferanten, Nahrung für andere Bodenlebewesen, Schadstofffilterung, wichtige Rolle im Stockstoffkreislauf (Stickstofffixierung)

Besonderheiten: Einige gehen wichtige Symbiosen mit Pflanzen ein. Wie zum Beispiel die Knöllchenbakterien, die eine Partnerschaft mit den Pflanzenwurzeln von Leguminosen pflegen. Im Austausch für Stickstoff, den die Bakterien aus der Luft binden, bekommen sie von der Pflanze Zucker und Wasser.

Foto: Steinpilz ©artellliii72 (Pixabay)

Lebensraum: Der oberirdische Teil von Pilzen ist nur der Fruchtkörper. Der größere Teil (das Myzel) wächst im Verborgenen und befindet sich vor allem in den obersten Bodenschichten. Aber auch in tieferen Schichten, in den Wurzelräumen von Bäumen, leben Pilze. Dann meistens in Symbiose mit den Pflanzen.

Nahrung: Pilze ernähren sich heterotroph, d.h. sie sind nicht in der Lage Photosynthese zu betreiben. Sie erhalten ihre Nährstoffe aus der Zersetzung von organischer Substanz und durch Symbiosen.

Funktion: Zersetzer, Nahrung für andere (Boden-)Tiere, Nährstoffspeicher und -lieferant, Schadstofffilterung, biologische Schädlingsbekämpfung

Symbiosen: Zum Beispiel zwischen Pilz und Pflanze: Mykorrhizapilze stehen mit dem Feinwurzelsystem der Pflanzen in Kontakt und liefern diesen Nährsalze und Wasser. Im Gegenzug erhalten sie Produkte der Photosynthese, wie Zucker. Über 80 Prozent der Pflanzen an Land leben in Symbiose mit diesen Pilzen und sind auf den Stoffaustausch angewiesen!

Bodenalgen sind eukaryotische, photoautotrophe Mikrooarganismen. D.h. sie besitzen einen Zellkern und benutzen Licht als Energiequelle. Sie gehören zu den Primärproduzenten.

Lebensraum: v.a. in der obersten Bodenschicht aktiv 

Funktionen: Primärproduktion von organischer Substanz, Nahrung für viele andere Bodenorganismen, Gefügebildung durch Verkittung, Erosionsschutz, Sauerstoffversorgung, Förderung Pflanzenwachstum

Zu den Einzellern im Boden gehören, neben Bakterien, einigen Pilzen und Algen auch Protozoen wie Amöben, Geißel- und Wimperntierchen.

Lebensraum: dünne Wasserfilme im Boden

Nahrung: Bakterien, anderen Einzeller, Pilzen, organischem Material

Funktion: Nährstofflieferant (Mineralisierung), Regulierung Bakterienpopulationen

Stamm: Fadenwürmer (Nematoda)

Größe: i.d.R. 1-3 mm (je nach Art gibt es auch viel kleinere und Arten, die mehrere Meter lang werden können)

Lebensraum: Wasserfilm an Bodenteilchen und in der Rhizosphäre; es gibt aber auch Arten die Wüsten, Gewässer und Gebirge bewohnen

Nahrung: ganz unterschiedliche Ernährungsformen. Manche ernähren sich von Pflanzenteilen und Algen, andere von Bakterien und Pilzen, wieder andere von Einzellern und Fadenwürmern

Funktionen: Stickstofffreisetzung, generell Nährstofffreisetzung durch Beweidung von Mikroorganismen und dadurch Beschleunigung der Mineralisation

Foto: Springschwanz ©environmentaleric (Pixabay)

Stamm: Gliederfüßer (Arthropoda)

Klasse: Springschwänze (Collembola)

Springschwänze sind flügellose Sechsfüßer (Hexapoda).

Größe: ca. 0,1-0,9 mm

Lebensraum: Bodenoberfläche (epedaphische Arten), Streuschicht und oberste Bodenschicht (hemiedaphische Arten), oder tiefere Zonen des Bodens (euedaphische Arten)

Nahrung: Pilze und Bakterien (mikrophag), abgestorbene Pflanzenteile und Falllaub (phytophag), Aas (nekrophag), Kot (koprophag), es gibt aber auch räuberisch lebende Springschwänze, die sich von Nematoden, Bärtierchen etc. ernähren

Funktion: Wichtige Zersetzer, Mineralisierung

Stamm: Gliederfüßer (Arthropoda)

Milben gehören zur Klasse der Spinnentiere und es gibt sie in sehr unterschiedlicher Funktion und Lebensweise. Viele Arten kommen auch im Boden vor.

Größe: 0,1-30 mm (wobei mit 3 cm eine vollgesogene Zecke gemeint ist)

Nahrung: lebende Pflanzenteile, Mikroorgansimen und Nematoden (zoophag), Kot anderer Tiere und Aas

Funktion: Umsetzung organische Substanz; teilweise Nützlinge 

Foto: Rollasseln ©Hans (Pixabay)

Klasse: Krebstiere (Crustacea)

Stamm: Gliederfüßer (Arthropoda).

Die Landassel ist eine der wenigen Krebstierarten, die dauerhaft an Land lebt. 

Größe: 2-20 mm (Landasseln)

Lebensraum: gehören zu den typischen Bodentieren, die den Oberboden und die Streuschicht besiedeln

Nahrung: abgestorbenes Pflanzenmaterial, Pilze, Algen, tote Insekten, Kot

Funktion: Primärzersetzung der Streu, Nährstofffreisetzung, Bildung von Ton-Humus-Komplexen

Foto: Regenwurm ©anaterate (Pixabay)

Klasse: Gürtelwürmer (Clitellata)

Stamm: Ringelwürmer (Annelida)

Größe: 4-30cm (variiert sehr stark je nach Art)

Lebensraum/Lebensform: Je nachdem wie tief sie im Boden leben wird zwischen den Streubewohnern (epigäisch), Mineralbodenarten (endogäisch) und den Tiefgräbern (anözisch) unterschieden. Streubewohner leben nah an der Bodenoberfläche in der schon leicht zersetzten Bodenstreu. Etwas tiefer, im Mineralboden, leben die Mineralbodenarten. Sie kommen bis in eine Tiefe von 60 cm vor und sind meist deutlich heller, als die Streubewohner. Die Tiefgräber graben sich bis tief in den Unterboden und errichten dort Wohnröhren, die teils mehrere Jahre bestehen bleiben.

Nahrung: organisches Material, Mikroorgansimen

Funktionen: sehr wichtige Zersetzer, Umlagerung und Durchmischung organischer Substanz, Durchlüftung des Bodens, Erhöhung Infiltration, Verbessert Stabilität und Porosität des Bodens und damit auch die Wasserspeicherkapazität

Regenwürmer verändern das Bodengefüge aktiv. Sie lockern und durchmischen den Boden, wodurch organisches Material eingearbeitet wird und Sauerstoff in den Boden gelangt. Dadurch wird wiederum der Abbau organischer Substanz beschleunigt. Durch ihre grabende Tätigkeit und die dadurch entstehenden Regenwurmlöcher entstehen außerdem kleine Gänge und Hohlräume, die den Pflanzenwurzeln und anderen Bodentieren zugutekommen. Zudem wird die Infiltration erhöht und damit auch der Oberflächenabfluss positiv beeinflusst. Durch ihre Ausscheidungen sind sie an der Bildung von Ton-Humus-Komplexen beteiligt und sie dienen vielen anderen Tieren (Vögeln, Käfern etc.) als wichtige Nahrungsquelle.

Nahrungsnetze sind komplex und vielfältig, ob über oder unter der Erde. Zur Vereinfachung kann man sich zunächst eine Nahrungskette vorstellen, die aus Produzenten, Konsumenten und Destruenten besteht.

Die Produzenten sind autotrophe Organismen zu denen Pflanzen, Algen und Cyanobakterien gehören. Sie betreiben Photosynthese und erzeugen aus Lichtenergie sowie anorganischen Stoffen (CO₂, Wasser, Mineralsalze) organische Substanz.

Konsumenten hingegen sind heterotroph, d.h. sie benötigen organische Substanz zur Energiegewinnung und zum Aufbau körpereigener Stoffe. Je nach Nahrungsquelle unterscheidet man Phytophagen (Pflanzenfresser) und Zoophagen (Fleischfresser), die direkt oder indirekt auf die Produktion der autotrophen Organismen angewiesen sind.

Am Ende der Nahrungskette stehen die Destruenten (und Reduzenten). Dazu gehören überwiegend Mikroorganismen wie Bakterien und Pilze. Auch sie sind heterotroph und bauen abgestorbene organische Substanz ab wie etwa Pflanzenreste, Aas oder Kot. Dabei entstehen CO₂ (Kohlendioxid) und H₂O (Wasser) und es kommt zur Freisetzung wichtiger Mineralsalze (z. B. Nitrat, Ammonium), die den Pflanzen erneut als Nährstoffe zur Verfügung stehen. So schließt sich der Kreislauf.

Pflanzen und Bodenorganismen stehen dadurch in einer engen wechselseitigen Beziehung. Pflanzen liefern die Nahrungsgrundlage für das Bodenleben, während das Bodenleben wiederum die Nährstoffverfügbarkeit für das Pflanzenwachstum sichert.

Statt dieser vereinfachten Nahrungskette, in der die Energie linear von Produzenten über Konsumenten zu Destruenten weitergegeben wird, findet man im Boden vielschichtige Nahrungsnetze, die sich aus zahlreichen Organsimen zusammensetzen, die auf mehreren Ebenen (Trophiestufen) gleichzeitig interagieren. Allesfresser ernähren sich zum Beispiel sowohl von pflanzlicher   als auch von tiereischer Biomasse, wodurch sie sowohl Primärkonsumenten als auch Sekundärkonsumenten sind und damit wiederum von unterschiedlichen Ernährungsstufen abhängig sind. 

In Europa wird jedes Jahr eine Fläche so groß wie Berlin in urbanes Land umgewandelt. Wovon die Hälfte versiegelt wird! Zudem fördert der steigende Lebensmittelbedarf die Umwandlung von extensiv genutztem Grünland in intensiv bewirtschaftete Ackerflächen, die die Gesundheit der Böden und die Aktivität der Bodenorganismen stark gefährdet (s.u.) und zu einem Rückgang der Biomasse im Boden führt. 

Durch eine intensive Bodenbearbeitung (z.B. Pflug) wird die belebte obere Bodenschicht in tiefere Schichten verlagert, in denen viele Organismen nicht mehr richtig arbeiten können. Außerdem werden Gänge und Poren zerstört, Regenwürmer verletzt und andere Bodentiere gestört. Auch Pilzgeflechte werden beeinträchtigt, und damit wichtige Symbiosen zwischen Pilzen und Pflanzenwurzeln. 

Bodenverdichtung, zum Beispiel durch schwere Maschinen, verschließt die Poren im Boden und wird durch ein geschädigtes Bodengefüge  Dadurch kommt es zu Sauerstoffmangel und Wasser kann schlechter versickern, wodurch es zu Staunässe kommen kann und einem erhöhten Oberflächenabfluss. Außerdem bietet verdichteter Boden größere Bodenorganismen  kaum noch Lebensraum, da der Energieaufwand für die Fortbewegung zu groß ist. 

Beides führt zu einem stark gestörten und instabilen Bodengefüge, mit erhöhtem Erosionsrisiko. Im Zusammenhang mit verstärktem Oberflächenabfluss kann so in kürzester Zeit ein großer Teil des fruchtbaren Oberbodens abgetragen werden. 

Insektizide, Fungizide und Herbizide beeinträchtigen nicht nur die Zielorganismen, sondern auch viele andere Bodenorgansimen. Insektizide, können sich zum Beispiel auch auf Springschwänze auswirken, sowie Fungizide auf wichtige Bodenpilze. Mikroorganismen können Pestizidrückstände zwar abbauen, dabei entstehen aber oft neue, teils noch wirksamere Zwischenprodukte. Die Verwendung von Pflanzenschutzmitteln kann zu einem Biodiversitätsverlust im Boden führen und zu einer Verschiebung des Artenspektrums. 

Durch die zusätzliche Zufuhr von Nährstoffen, nimmt die oberirdische Biomasse zwar zu, allerdings profitieren nur ein paar Arten davon. Während z.B. stickstoffliebende Arten sich vermehren, gehen Arten, die auf nährstoffärmere Verhältnisse angewiesen sind zurück. Dieser Rückgang bzw. die Verdrängung von Arten wirkt sich auch auf die unterirdische Biomasse aus. Stickstoffreiche Pflanzenstreu ist leichter abbaubar, wodurch nur bestimmte Bodenorganismen, die auf den Abbau dieser Biomasse spezialisiert sind, gefördert werden. Organismen, die stabilere Pflanzenteile (Hemizellulose, Lignin) abbauen, gehen hingegen leer aus.

Außerdem schwächen gut versorgte Pflanzen ihre Symbiosen mit Mykorrhizapilzen und stickstofffixierenden Bakterien, was deren Bestände reduziert. Der dichtere Pflanzenbewuchs verändert zudem das Mikroklima (kühler, feuchter), wodurch Insektenlarven in ihrer Entwicklung gestört werden können und Algen die nötige Sonneneinstrahlung genommen wird. 

Die Versauerung des Bodens entsteht heute vor allem durch Stickstoffeinträge und Düngung. Sie verändert das chemische Gleichgewicht im Boden und stört das Verhältnis zwischen Pilzen und Bakterien. Dadurch können wichtige Symbiosen, z.B. zwischen Pflanzenwurzeln und Mykorrhizapilzen, gestört werden, wodurch die Pflanzen weniger Nährstoffe erhalten (v.a. Phosphor). Zudem lösen die Säuren bestimmte Salze und Schwermetalle. Dadurch werden zum Teil wichtige Nährstoffe im Boden gebunden und damit für Pflanzen unzugänglich gemacht. Zudem können giftige Metalle (Schwermetalle) freigesetzt werden. 

Mineralische Düngemittel enthalten Schwermetalle, die sich bei wiederholter Ausbringung im Boden anreichern und das Bodenleben negativ beeinflussen können. Auch Gülle enthält schädliche Stoffe, etwa Rückstände von Medikamenten wie Antibiotika und Antiparasitika, die den Tieren verabreicht wurden. Diese gelangen entweder durch die Ausbringung auf landwirtschaftlich genutzten Flächen oder über die Ausscheidungen der Tiere auf Weideflächen in den Naturhaushalt. Zunehmend bedeutsam ist zudem Mikroplastik, das die Nahrungsnetze im Boden sowohl chemisch als auch physikalisch stört.

Durch einen Temperaturanstieg im Oberboden und sich verändernde Niederschlagsverhältnisse kommt es zur Veränderung des Mikrobioms im Boden, was sich wiederum negativ auf andere Nahrungsnetze auswirken kann.  Zudem beschleunigt sich durch den Temperaturanstieg der Stoffwechsel vieler Bodenorganismen, da die meisten wechselwarm sind. Um den erhöhten Energiebedarf zu decken, wird mehr organische Substanz abgebaut als sonst. Das birgt auch das Risiko eines vermehrten CO2-Ausstoßes in die Atmosphäre. Trockenperioden senken die Bodenfeuchte, wodurch die Aktivität der Bodenorganismen eingeschränkt wird, während Starkregen den gelockerten und instabilen humosen Oberboden abträgt. Zudem können veränderte klimatische Bedingungen die Ausbreitung invasiver Arten fördern, die die heimische Bodenfauna verdrängen. 

Indem wir organische Abfälle wie Obst- und Gemüsereste kompostieren, fördern wir die Humusbildung und unterstützen unsere Bodenlebewesen durch die Verfügbarkeit von organischer Substanz zum zersetzen. Der Kompost liefert wertvolle Nährstoffe und verbessert die Bodenstruktur, was besonders für die sandigen Böden Berlins von Vorteil ist.

Bepflanzte Flächen bieten nicht nur Lebensraum für Bodenorganismen, sondern speichern auch Wasser und verbessern das Mikroklima. Statt Steinen und Kies sollten wir auf unsere heimischen Pflanzen wie das Grasnelke oder die Kornelkirsche setzen, die an die lokalen Bedingungen angepasst sind und den Boden lebendig halten.

Diese Substanzen können die empfindlichen Bodenbewohner schädigen und das ökologische Gleichgewicht stören. Stattdessen können wir auf natürliche Alternativen wie Mulch oder Komposttee zurückgreifen, die den Boden schonend mit Nährstoffen versorgen. Auch ein Zuviel an Nährstoffen (Eutrophierung) kann das ökologische Gleichgewicht stören.

Versiegelte Flächen, wie asphaltierte Wege oder gepflasterte Höfe, verhindern, dass Wasser in den Boden eindringt und schränken den Lebensraum für Bodenorganismen ein. Wo möglich, sollten wir versiegelte Flächen reduzieren und stattdessen durchlässige Materialien wie Rasengittersteine oder begrünte Flächen nutzen.