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Allgemeine Bodenkunde 7 - Bodenflora und -fauna Typische Verteilung bei einem Grünlandboden

Funktionen von Bodenflora und -fauna ● Bodenflora vor alle von Bedeutung für ○ Verwesung, Humifizierung, Mineralisierung ○ CO2-Produktion ○ Nährstofffreisetzung /-festlegung ○ Gefügebildung ● Bodenfauna vor allem von Bedeutung für ○ Zerkleinerung der Ausgangssubstanzen ○ Primärzersetzung ○ Bodenlockerung, Porenbildung ○ Durchmischung (Bioturbation) ○ Gefügebildung (u.a. Ton-Humus-Komplex) Bodenorganismen = Edaphon (Gesamtheit aller im Boden lebenden Organismen) ● Bodenflora ○ Bakterien ○ Strahlenpilze ○ Pilze ○ Algen ○ unterirdische Pflanzenorgane ● Bodenfauna ○ Mikro○ Meso○ Makro○ Megafauna

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Einteilung nach Verwandtschaft: ● Prokaryonten ○ Bakterien ○ Strahlenpilze ○ Blaualgen ● Eukaryonten ○ Pilze ○ Grün- und Kieselalgen Einteilung nach Art des C-Erwerbs und Art der Energiegewinnung (Bodenflora) ● C-heterotrophe Mikroorganismen ○ C aus organischen Stoffen, Abbau von org. Substanz ● C-autotrophe Mikroorganismen ○ CO2 als C-Quelle, Photosynthese Einteilung nach Verhalten gegenüber O2 (e--Akzeptor) ● aerobe Mikroorganismen ○ benötigen O2 zum Abbau von organischer Substanz, sind C-heterotroph ○ benötigen O2 zur Oxidation reduzierter Substanzen wie CH2, H2S, NH2+, Fe2+ … ● obligat anaerobe Mikroorganismen ○ verwenden O2 aus oxidierten, organischen und anorganischen Verbindungen, die reduzierte werden: NO3- → NH4+, SO4 2- (Sulfat) → H2S, CO2 → CH4 … Denitrifizierung: 2 NO3- → N2 ○ fakultativ anaerobe Mikroorganismen ■ erzeugen in einem O2-armen bis O2 freiem Milieu Gärungsprozesse, Entstehung von organischen Säuren (Zitronensäure, Milchsäure) Bodenflora: Bakterien 0,5 - 3 µm Ø Einteilung nach morphologischen Kriterien: ● Kokken: kugelförmig ● Stäbchen: stäbchenförmig ● Spirillen: schraubenförmig

Masse:

Ø 500 kg/ha (50 g/m2) max. 5000 kg/ha (500 g/m2) optimales Wachstum bei: ● pH 5,5 -7,5; 10° -35° C ● ausreichend Luft und Wasser ● ausreichend Nährstoffe ● Anwesenheit leicht abbaubarer org. Substanz

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Durch Bakterien meist vollständiger abbau der Streustoffe zu CO2, H2O u.a. In fruchtbaren Böden (pH 5,5 - 7,5) sind Bakterien den Pilzen überlegen. häufigste Bakteriengattungen: Pseudomonas, Arthrobacter, Clostridium, Achromobacter, Bacillus, Micrococcus, Flavobacterium Bakterien: N-Bindung N2-Bindung: nichtsymbiontisch, freilebende Bakterien ● Azotobacter, Azotomonas → benötigen aerobe Bindungen, neutrale Reaktion ● Beijerinckia → in tropischen Böden bis pH 4 ● Clostridium → vorwiegend unter anaeroben Bedingungen Welche Mengen? bei Ackernutzung: in den Tropen bis zu In sauren Waldböden ca.

0 - 60 kg N/ha*a 100 kg N/ha*a 1,5 kg N/ha*a

N2-Bindung: symbiontisch ● Rhizobium (Knöllchenbakterium) ○ Leguminosen (Fabaceae) ○ benötigt aerobe Bedingungen Bei reinem Leguminosenanbau

200 - 400 kg N/ha*a

!!Stickstoffkreislauf

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N-Mineralisierung ● Ammonifizierung ○ R – NH2 + H2O ---MO→ NH3 + R – OH NH3 + H+ --------→ NH4+ in alkalischen Böden gasförmige NH3 – Verluste! ● Nitrifizierung ○ NH4+ + O2 → NO2- Nitrosomonas NO2- + O2 → NO3- Nitrobacter aerobe Bedingungen, pH 5,5 – 7,5 ○ Nitrat ist sehr wasserlöslich und geht immer mit dem Sickerwasser mit ○ Nitrifikation schneller als Ammonifikation → geringer Ammoniumgehalt ● NH4+-Fixierung / Ammoniumfixierung ○ NH4+-Einlagerung in Tonmieralzwischenschichten(neg. geladen) ● Denitrifizierung ○ NO3---MO → N2, N2O (Gase!) 5-30 % Verlust an Dünger - N ● N-Immobilisierung (N-Sperre) ○ N-Einbau in die Körpersubstanz von MO nach Zugabe von Streu mit C/N > 25 Bodenflora: Actinomyceten (Strahlenpilze, Prokaryonten) ● Mycelbildend, Hyphen mit ca. 0,5 - 1 µm Ø ● Zwischenstellung zwischen Bakterien und Pilzen ○ weniger anspruchsvoll als Bakterien ○ leben überwiegend aerob, heterotroph und saprophytisch ○ können auch stabile Substanzen z.B. Lignin verwerten ○ sind maßgeblich an Humusbildung beteiligt ○ machen den typischen Bodengeruch aus ○ weniger empfindlich gegenüber Kälte und Trockenheit ■ Steppengebiete ■ Schwarzerde-Humus Bodenflora: Pilze (Eukaryonten) ● Mycel aus zylindrischen Hyphen mit 3 –10 µm Ø ● mehr als 30.000 Arten Mycel bis 100 m/g Boden Gewicht Ø 1.000 kg /ha (100g/m2) bis max 10.000 kg/ha (1000 g/m2) ● leben überwiegend aerob und heterotroph vorzugsweise < pH 5,5 ● Ernährungsweise: saprophytisch, parasitisch, symbiotisch mit Wurzeln ● wesentlich an der Zersetzung und Humifizierung beteiligt ● weniger empfindlich als Bakterien ○ in sauren nährstoffarmen Böden vorherrschend, z.B. saure Waldböden ○ nützliche Pilze (Symbionten etc.) ○ schädliche Pilze (Krankheitserreger)

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Mykorrhiza ● erhöhen das verfügbare Bodenvolumen ihrer Wirtspflanzen ● gewinnen fest gebundene Nährstoffe aus dem Boden ● wachsen schneller und flexibler als Wurzeln ● durchwuchern kontinuierlich den Boden (gleichzeitiges Wachstum und Zerfall) ● verbessern die Bodenaggregation ● verbessern die pflanzliche Mineralstoffversorgung Bodenflora: Algen Grünalgen Eukaryonten Kieselalgen Eukaryonten, Diatomeen (Blaualgen Cyanobakterien, Prokaryonten) chemolithoautotroph! (anorganische Verbindungen als Energiequelle) Erstbesiedler von Gesteinen und extremen Standorten Primärproduzent organischer Substanz → Nahrung für Tiere in Symbiose mit Pilzen = Flechten Populationsdichte und Vielfalt der Bodenmikroflora nicht auswendig aber wissen, dass Pilze mengenmäßig überlegen sind - sowohl im Acker als auch im Grünland. Außerdem: mehr Lebewesen im Grünland als im Acker Zahlenmäßig (Individuen) überwiegen die Bakterien.

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Testfragen zum Stoff von Kap. 7, Teil 1 ● Nennen Sie wichtige Funktionen von Bodenflora und Bodenfauna! ● Wie lautet die „alte“, konventionelle Einteilung der Bodenflora? ● Was ist der Unterschied zwischen Pro- und Eukaryonten? Eukaryonten: Durch Doppelmembran von Zytoplasma abgegrenzter Zellkern mit in Chromosomen organisierter DNA; Prokaryonten: kein echter Zellkern, DNA ringförmig frei im Zytoplasma ● Wie wird die Bodenflora nach der Art des C-Erwerbs und der Art der Energiegewinnung differenziert? ● Wie ist die entsprechende Differenzierung nach dem Verhalten gegenüber Sauerstoff? ● Nach welchen morphologischen Kriterien lassen sich Bakterien unterscheiden? ● Bei welchen Bodenbedingungen gedeihen Bakterien am besten? ● Beschreiben Sie die Bedeutung von Bodenmikroorganismen für den N-Kreislauf! ● Definieren Sie folgende Begriffe: N-Immobilisierung, Ammoniumfixierung, Denitrifizierung, Ammonifizierung! ● Vergleichen Sie die Standortansprüche von Bakterien und Pilzen! ● Welche Vertreter der Bodenflora machen den typischen Bodengeruch aus? Actinomyceten (Strahlenpilze, Prokaryonten) ● In welcher Zahl und Menge treten Pilze bzw. Bakterien in Böden auf? ● Inwiefern unterscheiden sich die Standortansprüche von Pilzen und Bakterien? SOM: Soil organic matter DOC: Dissolved organic carbon (gelöster org. Kohlenstoff, kleiner 0,45 um) DOM: dissolved organic matter (gelöste org. Substanz, kleiner 0,45 um) POC: Particualte organic carbon (Partikel größer 0,45 um) DIC: Dissolved inorganic carbon (CO2, HCO3- und CO32-)

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Bodenfauna Differenzierung nach Größe

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Mikrofauna 0,002 - 0,2 mm 108 Individuen pro m2 ○ Protozoen (Einzeller) ■ Wurzelfüßer Rhizopoda mit Amöben ■ Wimpertierchen Ciliata ■ Geißeltierchen Flaggelata ○ Nematoden ■ leben in wassergefüllten Bodenporen, ernähren sich z.T. von Bakterien und Pilzen, z.T. von DOC und Detritus Mesofauna 0,2 - 2 mm 104 - 105 Individuen pro m2 ○ Rädertierchen Rotatorien ○ Bärtierchen Tardigrade ○ Milben Acarinen ○ Springschwänze Collembolen ○ Parasiten auf pflanzlichen und tierischen Organismen ○ Verwerter abgestorbener organischer Substanz ○ Lebensraum häufig Moder- und Rohhumusauflagen (lufterfüllte Hohlräume)

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Makrofauna 2 - 20 mm 10 - 104 Individuen pro m2 ○ Ringelwürmer (Annelida) u.a. kleine Borstenwürmer (Enchytraeiden) ○ Schnecken, Spinnen, Asseln ○ Käfer, Larven ○ Vielfüßer ○ verwerten lebende und abgstorbene organische Substanz ○ schaffen Wohnhöhlen selbst ○ Streuauflage- Tiefgräber ● Megafauna 20 - 200 mm ○ Wirbeltiere ■ Mäuse, Maulwürfe, Hamster, Blindmull/Blindmaus, Ziesel (Steppenbewohner → Krotowinen) ○ Regenwürmer (Lumbriciden) Lebensformen: ■ Streubewohner epigäisch ■ Mineralbodenbewohner endogäisch ■ Tiefengräber anözisch je größer die Tiere, desto weniger Individuen ●

Regenwürmer - besonders endogäische und anözische ● mischen, wühlen, fressen organisches und anorganisches Material, ● bilden Schleimstoffe, Ton-Humus-Komplexe, ● bilden Krümelgefüge (Lebendverbau), Humusform Mull; ● Vertikalbohrer ● Wohnröhren bilden Wasserleitbahnen Ansprüche endogäischer und anözischer Lebensformen ● pH (CaCl2) > 4,5 ● ausreichend Ca2+  ● Konsequenz: ○ Lumbriciden in sauren Waldböden kaum noch vorhanden Versauern wegen fehlender Kalkung → Auflagehumus ● Zahl und Masse: ○ häufig 20 - 80 /m2 , max. 5000 kg/ha Wie holt man Regenwürmer aus dem Boden? ● Wasser mit scharfem Senf auf Boden ● Autobatterie auf feuchten Boden

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Von Laubstreu zum Humus Laubstreu

Dauerhumus und anorganische Närstoffe Testfragen zum Stoff von Kap. 7, Teil 2 ● Nennen Sie typische Vertreter der Mikro-, Meso-, Makro-und Megafauna! ● Wie werden diese Gruppen differenziert? ● Zählen Nematoden sinnvollerweise zur Mikro- oder Mesofauna? Warum? ihr Durchmesser ist < 0,2 mm → Mikrofauna ● Welche wichtigen Funktionen haben die Vertreter der Bodenfauna? ● Ist eine Einteilung der Bodenfauna nach ihrer Größe sinnvoll? ● Welche besondere Bedeutung haben Regenwürmer (oder: Wirbeltiere) für die Bodenfruchtbarkeit? ● Welche Lebensformen von Regenwürmern kennen Sie? ● Welche Standortansprüche haben Regenwürmer? ● Was bedeutet die Transformatorfunktion von Böden? Welche Bedeutung haben dabei Bodenflora und –fauna? Kleinstlebewesen bauen pflanzliche und tierische Reste ab und überführen die darin enthaltenen Nährstoffe in eine pflanzenverfügbare Form. Sie können außerdem eine Reihe von Schadstoffen zu unschädlichen Verbindungen abbauen.

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