Die guten Geister im Untergrund Organismen im Boden

Dr. David J. Russell Senckenberg Museum für Naturkunde Görlitz

1 m² Waldboden 1000-2000 Tierarten > 2 Millionen Individuen

1 m² Sandboden >1,5 Millionen “Mikroarthropoden“ (= Milben, Springschwänze) meist > 0,2 mm, unbeschriebene Arten

1 g Ackerboden 4.000 - 16.000 Bakterien-“Arten” >> 100 Milliarden „Individuen“

Extrem hohe Biodiversität im Boden

Mittlere Individuendichte und Biomassen der Bodentiere

Tiergruppe Laubwald Nadelwald Ind./m² kg/ha Ind./m² kg/ha

Einzeller 6.284.000.000 84 401.600.000 69,6 Fadenwürmer 11.100.000 53 1.300.000 6 Milben 102.000 14 340.000 16 Springschwänze 53.000 7 96.000 4 Kleinringelwürmer 7.000 7 15.000 21 Regenwürmer 120 140 20 7 Asseln 140 0,6 90 0,3 Spinnen 440 1,5 0 0 Tausendfüßer 90 7,3 30 0,2 Hundertfüßer 300 10 110 3,7 Käfer 50 2,6 110 7,6 Larven (Käfer, Fliegen) 660 20 1.500 19 weitere 530 <1 1.100 <1

Nach Meyer et al. (1989)

Extrem hohe Biodiversität im Boden

Mittlere Individuendichte und Biomassen der Bodentiere

Tiergruppe Laubwald Nadelwald Ind./m² kg/ha Ind./m² kg/ha

Einzeller 6.284.000.000 84 401.600.000 69,6 Fadenwürmer 11.100.000 53 1.300.000 6 Milben 102.000 14 340.000 16 Springschwänze 53.000 7 96.000 4 Kleinringelwürmer 7.000 7 15.000 21 Regenwürmer 120 140 20 7 Asseln 140 0,6 90 0,3 Spinnen 440 1,5 0 0 Tausendfüßer 90 7,3 30 0,2 Hundertfüßer 300 10 110 3,7 Käfer 50 2,6 110 7,6 Larven (Käfer, Fliegen) 660 20 1.500 19 weitere 530 <1 1.100 <1

Nach Meyer et al. (1989)

Extrem höhe Biodiversität im Boden

auf dem Boden

(epigäisch)

im Boden grabend

(endogäisch) im Porenraum

nicht-grabend

(endogäisch)

Lebensräume im Boden

luftgefüllte Poren

wassergefüllte Poren

Aus Thakur et al. (2019)

Lebensräume im Boden Skalenabhängig !

Mikro-, Meso-, Makro- und Megafauna

Nach Swift et al. (1979)

Microflora und -fauna Mesofauna Makrofauna Megafauna

Körperbreite

Bakterien Pilze

Fadenwürmer Einzeller

Rädertierchen Milben

Springschwänze Beintastler

1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1024 2 4 8 16 32 64

µm mm

20 mm 2 mm 100 µm

Doppelschwänze Zwergfüßer

Kleinringelwürmer

Weberknechte Pseudoskorpionen

Asseln Hundertfüßer Tausendfüßer

Regenwürmer Käfer

Spinnen Schnecken

Spinnen (Araneae)

Hundertfüßer (Chilopoda)

Weberknechte (Opilionida)

Pseudoskorpione (Pseudoscorpionida)

Käferlarven

Häufige Tiergruppen auf/im Boden (1) auf der Bodenoberfläche bzw. in der Streu

Tausendfüßer (Diplopoda) Asseln (Isopoda)

Käfer (Coleoptera)

Schmetterlings-larven

Häufige Tiergruppen auf/im Boden (1) auf der Bodenoberfläche bzw. in der Streu

Springschwänze (Collembola) Milben (Acari)

Häufige Tiergruppen auf/im Boden (2) „Luft“-Poren bewohnende Tiere

Beintastler (Protura)

Doppelschwänze (Diplura)

Zwergfüße (Symphyla)

weitere, z.B. Einzeller (Protozoa) Rädertierchen (Rotatoria)

Fadenwürmer (Nematoda)

Bärtierchen (Tardigrada)

Häufige Tiergruppen auf/im Boden (3) „Wasser“-Poren bewohnende Tiere

Plattwürmer (Plathelminthes)

Regenwürmer (Lumbricidae)

Häufige Tiergruppen auf/im Boden (4) im Boden grabende Tiere

Kleinringelwürmer (Enchytraeidae)

Larven von Fliegen & Mücken

Wildbienen Ameisen Käfer

Schmetterlinge Fliegen & Mücken

Aber Biomasse!

räuberische Zikaden

Insektenlarven im Boden Bodenschädigung Insektensterben ?!

% Arten mit Larven im

Boden

Angaben: Seifert & Xylander

Kiefernforst, Niederlande

Bakterien

Wurzeln

Flagellata

Omnivorous Coleoptera

Enchytraeidae

Fungivorous Nematoda

Collembola

Fungivorous Oribatida (b)

Fungivorous Oribatida (g)

Fungivorous Prostigmata

Tardigrada

Omnivorous Nematoda

Amoebae

Ciliata

Predatory Acari

Araneae

Pilze

Bacterivorous Nematoda Phytophagous

Nematoda

Detritus L F H

Nach Berg et al. (2001)

Bodenleben organisiert in komplexem Nahrungsnetz

Aus: Vogel et al. (in Vorb.)

Funktionelle Bedeutung von Bodenorganismen

Service types Goods/services Ecosystem process Soil invertebrate contribution

Production Water supply Water infiltration and storage in soil pore systems

Building and maintenance of stable porosity (bioturbation, burrowing)

Support Nutrient cycling Decomposition Comminution

Humification Selection/activation of microbial activities

Nutrient loss regulation

Soil formation Pedogenesis Bioturbation

Surface deposition

Particle selection

Primary production Stimulation of symbiotic activity

Selective microbial enhancement

production of plant-hormones Selective microbial enhancement

Pest and disease protection Control of pests through biological interactions

Regulation Flood and erosion control

Regulation of water runoff Creation of surface roughness by biogenic structures

Water Infiltration and storage

Building and maintenance of stable porosity (bioturbation, burrowing)

Climate regulation Production/consumption of greenhouse gases

Organic matter sequestration

Organic matter storage in soil Enhanced formation of resistant humic compounds nach Lavelle et al. (2006)

Funktionelle Bedeutung von Bodenorganismen

Service types Goods/services Ecosystem process Soil invertebrate contribution

Production Water supply Water infiltration and storage in soil pore systems

Building and maintenance of stable porosity (bioturbation, burrowing)

Support Nutrient cycling Decomposition Comminution

Humification Selection/activation of microbial activities

Nutrient loss regulation

Soil formation Pedogenesis Bioturbation

Surface deposition

Particle selection

Primary production Stimulation of symbiotic activity

Selective microbial enhancement

production of plant-hormones Selective microbial enhancement

Pest and disease protection Control of pests through biological interactions

Regulation Flood and erosion control

Regulation of water runoff Creation of surface roughness by biogenic structures

Water Infiltration and storage

Building and maintenance of stable porosity (bioturbation, burrowing)

Climate regulation Production/consumption of greenhouse gases

Organic matter sequestration

Organic matter storage in soil Enhanced formation of resistant humic compounds nach Lavelle et al. (2006)

Funktionelle Bedeutung von Bodenorganismen

Bodenfunktionen = biotisch !!

• Dekomposition von organischem Material Basis von Nährstoffzyklen Bodenfertilität • Bindung von atmosphärischem Stickstoff • C Sequestrierung • Filtrierung von Grundwasser • Erhaltung von Bodenstruktur • Abbau toxischer Chemikalien

€38 Milliarden / a EU-COM(2006)231

Beispiele: Bodenfauna Bodenfunktionen

Aggregat- Bildung Dekomposition

Kanäle für H2O, Luft,

Wurzelwachs-tum

Nährstoff-zyklen &

Speicherung

Biomasse- Produktion

Regenwürmer

C Speicherung

H2O Speicherung/

Filtrierung

Boden-struktur

Bioturbation (Streu)

Mikrobielle Aktivität

Lagerungs-dichte

Ökophysiologische Gruppen: epigäisch, endogäisch, anektisch

Lang (2017)

Aggregat- bildung

Regulierung Bodenmikroorg. Dekomposition Nährstoff-

Mobilisierung

Steigerung mikrobieller

Aktivität

Nährstoff-zyklen &

Speicherung

Biomasse- Produktion

C Speicherung

H2O Speicherung/

Filtrierung

Boden-struktur

Springschwänze Lebensformtypen Versch. Nahrungsgruppen

Beispiele: Bodenfauna Bodenfunktionen

Lang (2017)

Beute (inkl.

landwirtsch. Schädlinge)

Steigerung mikrobieller

Aktivität

Nährstoff- Mobilisation

Nährstoff-zyklen &

Speicherung

Biomasse- Produktion

Regulierung Bodenmikroorg.

Nematoden Versch. Nahrungsgruppen:

Herbivor, fungivor, bakterivor, Omnivor, Carnivor

Schädlings- kontrolle

Beispiele: Bodenfauna Bodenfunktionen

Lang (2017)

CO2

O2

Bla

ttfal

l

Prim

ärpr

oduk

tion

H2O und Nährstoffe

Primäre Zersetzer

Sekundäre Zersetzer

Mikroflora and -fauna

Mineralisierung Humifizierung

Funktionen von Bodenorganismen (z.B. Dekomposition /

Nährstoffzyklen)

Destruenten

CO2

O2

Bla

ttfal

l

Prim

ärpr

oduk

tion

H2O und Nährstoffe

Primäre Zersetzer

Sekundäre Zersetzer

Mikroflora and -fauna

Mineralisierung Humifizierung

Funktionen von Bodenorganismen (z.B. Dekomposition /

Nährstoffzyklen)

Destruenten

Bodenorganismen = Voraussetzung für terrestrische Systeme?

( bekannte Fossilien)

Plants

Devonian Silurian Ordovician

510-1500 Mya

Voraussetzung für terrestrische Systeme?

Plants

Animals

Devonian Silurian Ordovician

510-1500 Mya

Detritivore-Carnivore Bodennahrungsnetze!

Voraussetzung für terrestrische Systeme?

600 Mya

Fungi

Animals

Devonian Silurian Ordovician

1000 Mya

Bakterien 3,20 Bya

Protozoen 1 – 1,5

Bya

Detritivore-Carnivore (Mikrobivore) Bodennahrungsnetze!

Voraussetzung für terrestrische Systeme?

600 Mya

Fungi

Animals

Devonian Silurian Ordovician

Detritivore-Carnivore (Mikrobivore) Bodennahrungsnetze!

1000 Mya

Bakterien 3,20 Bya

Protozoen 1 – 1,5

Bya

Extrem hohe Biodiversität im Boden „The enigma of soil biodiversity“

Unterschiedliche Habitatskompartimente Größenklassen, untersch. Verteilung

Verschiedene funktionelle Gruppen Bodennahrungsnetz & Interaktionen Bodenfunktionen

Lange evolutionäre Geschichte „The little things that run the world“

Die guten Geister im Untergrund Organismen im Boden

Dr. David J. Russell Senckenberg Museum für Naturkunde Görlitz