Biodiversität im Boden: Modell-Versuch

In einer Hand voll Feldboden lassen sich Milliarden Bakterien, viele hundert Meter an Pilzfäden und eine Vielfalt an Milben, Fadenwürmern, Regenwürmern und Gliedertieren finden. Deren Einfluss auf verschiedene kosystemfunktionen untersuchten Agroscope und die Universität Zürich in kontrollierten Modell-Ökosystemen.

In einer Hand voll Feldboden lassen sich Milliarden Bakterien, viele hundert Meter an Pilzfäden und eine Vielfalt an Milben, Fadenwürmern, Regenwürmern und Gliedertieren finden. Deren Einfluss auf verschiedene Ökosystemfunktionen untersuchten Agroscope und die Universität Zürich in kontrollierten Modell-Ökosystemen. Die Ergebnisse, die im Wissenschaftsmagazin „Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA“ veröffentlicht wurden, zeigen, dass die Menge und Vielfalt an Organismen im Boden wichtige Ökosystemfunktionen beeinflussen.

Der weltweit fortschreitende Artenverlust wird mit Sorge beobachtet. Die meisten Studien zur Entwicklung der Artenvielfalt konzentrierten sich bisher auf die oberirdische Biodiversität. Ein Großteil der Biodiversität befindet sich jedoch unter unseren Füssen. „Wir haben eine Vorstellung von der enormen Vielfalt an Lebewesen die sich im Boden verbirgt, jedoch ist noch kaum bekannt, welche Rolle diese Vielfalt für ganze Ökosysteme und deren Funktionen spielen“, sagt Marcel van der Heijden, Leiter der Forschungsgruppe Pflanzen-Boden-Interaktionen am Institut für Nachhaltigkeitswissenschaften INH von Agroscope. In der vorliegenden Studie wurden mit einer erhöhten Boden-Biodiversität positive Effekte wie größere Pflanzenvielfalt oder bessere Aufnahme von Nährstoffen in den untersuchten Modell-Ökosystemen verstärkt. Gleichzeitig wurden negative

Effekte wie die Lachgas-Produktion oder Nährstoffauswaschung durch eine erhöhte Boden-Biodiversität vermindert. Verschiedene Studien zeigen zudem, dass zum Beispiel durch übermässige Düngung oder Bodenbearbeitung das reichhaltige Bodenleben verringert und seine Vielfalt reduziert werden kann.

Index für die Reaktion des Ökosystems
Die neuartige Versuchsanlage mittels Modell-Ökosystemen erlaubt es, die Boden-Biodiversität und die Zusammensetzung der Bodengemeinschaften gezielt zu beeinflussen und zu erforschen. "Damit konnten wir nachweisen, dass eine reduzierte Menge und weniger Arten von Bodenlebewesen zu einer Beeinträchtigung vieler wichtiger Ökosystemfunktionen führen", sagt Hauptautor Cameron Wagg, Postdoc am Institut für Evolutionsbiologie und Umweltwissenschaften der Universität Zürich. Mit zunehmendem Rückgang der Boden-Biodiversität waren die Pflanzenvielfalt und die Freisetzung von Nährstoffen aus organischem Material im Boden reduziert. Dagegen wurde mehr klimawirksames Lachgas (N2O) emittiert und mehr Nährstoffe wurden ausgewaschen.

Aus den acht gemessenen Ökosystemfunktionen Pflanzendiversität und Pflanzenproduktivität, Stickstoff- und Phosphorauswaschung, Lachgas-Emissionen und Speicherung von Kohlenstoff sowie Aufnahme von Nährstoffen (Stickstoff) aus und der Abbau von organischem Material wurde ein Gesamtindex zur Multifunktionalität errechnet. Dieser zeigt die gesamte Reaktion des Ökosystems an, ohne die verschiedenen Funktionen zu gewichten. Der Index macht den grossen Einfluss der Boden- Biodiversität deutlich: je höher diese war, desto ausgeprägter waren die erwünschten Ökosystemfunktionen wie beispielsweise die Aufnahme von Nährstoffen oder die Förderung der pflanzlichen Biodiversität und desto geringer waren die unerwünschten Effekte wie die Produktion von Lachgas oder die Nährstoffauswaschung. „Die Boden-Biodiversität spielt eine zentrale Rolle, um die Produktivität von AgrarÖkosystemen nachhaltig zu fördern und zu erhalten“, zeigt sich van der Heijden überzeugt. Bereits laufen im Rahmen von zwei Dissertationen weitere Versuche mittels Modell-Ökosystemen: So wird beispielsweise die Stabilität einer Pflanzengesellschaft über eine längere Zeitspanne untersucht. Zudem wird das „Ökosystem Acker“ im Modell getestet: Statt der Pflanzenmischung wird im Plexiglas-Zylinder des Modell- Ökosystems Weizen angebaut. In einem weiteren Schritt sollen die Ergebnisse aus den Modell-Versuchen in natürlichen Agrarökosystemen überprüft werden. (ACW) 

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