Die Interaktion zwischen Bodenorganismen und Pflanzenkohle am Beispiel von Mykorrhiza und Regenwürmern


Bachelorarbeit, 2016
40 Seiten, Note: 2,0

Leseprobe

II Inhaltsverzeichnis

I DANKSAGUNG

II INHALTSVERZEICHNIS

III ABBILDUNGSVERZEICHNIS

IV TABELLENVERZEICHNIS

V ZUSAMMENFASSUNG

VI ABSTRACT

1 EINLEITUNG
1.1 HINTERGRUND
1.2 INTENTION DER ARBEIT
1.3 PFLANZENKOHLE
1.3.1 Definition
1.3.2 Beständigkeit von Pflanzenkohle im Boden
1.3.3 Beständigkeitsfaktoren
1.3.4 Auswirkungen von Pflanzenkohle im Boden
1.4 MIKROFLORA
1.4.1 Definition
1.4.2 Mykorrhiza
1.4.3 Mykorrhizosphäre
1.5 MAKROFAUNA
1.5.1 Definition
1.5.2 Regenwürmer
1.6 FAKTOREN, DIE ABUNDANZ UND AKTIVITÄT VON BODENFLORA UND - FAUNA BEEINFLUSSEN

2 PFLANZENKOHLE - BODENBIOTA - INTERAKTIONEN
2.1 MYKORRHIZA UND MYKORRHIZOSPHÄRE
2.2 REGENWÜRMER

3 SCHLUSSFOLGERUNGEN UND AUSBLICK

4 REFERENZEN

I Danksagung

„Die Leute sind auch dumm! In der Schule lernen sie eine Menge Plutimikationen, aber was Lustiges ausdenken, das können sie nicht.“

Pippi Langstrumpf

Diesen Teil der „lustigen“ Arbeit möchte ich nutzen, um mich bei den Personen recht herzlich zu bedanken, die bei der Erstellung dieser Arbeit mitgewirkt und mich in verschiedenen Bereichen unterstützt haben.

Mein besonderer Dank gilt Herrn Prof. Dr. Bruno Glaser. Engagiert und voller Tatendrang stand er an meiner Seite und begleitete mich durch mein gesamtes Studium. Weiter bin ich froh ihn als Wegbegleiter gewählt zu haben, denn ohne ihn wäre die Idee für das Thema dieser Arbeit nicht entstanden und die konstruktive Kritik, sowie die Erstellung der Hypothesen wären nicht in dieser Form entwickelt worden.

Einen zweiten herzlichen Danke möchte ich Herrn PD Dr. Mika Tarkka aussprechen. Die aufgebrachte Zeit in Gesprächen, seine inspirierenden Denkanstöße, sein Engagement mir sein Fachwissen mitzuteilen, um dies in die Arbeit einfließen zu lassen, haben mich immer wieder positiv gefördert.

Des Weiteren gilt es, einen liebevollen Dank meinem Mann Daniel entgegen zu bringen. Er musste nicht nur während der Bachelorarbeit, sondern auch in meiner Studienzeit, die teilweise mit vielen Tränen und Wut gepflastert war, viel erdulden. Vielen Dank für dein Verständnis, deine aufbauenden Worte und deine Unterstützung.

Auch danke ich meiner Mamuschki, ohne die ich nicht da wäre, um diese Arbeit schreiben zu können.

Zuletzt möchte ich mich bei all jenen bedanken, die auf ihre Art und Weise etwas zu der Arbeit beigetragen haben, die ich jedoch nicht alle namentlich erwähnen kann (sonst wäre die Danksagung länger als die Arbeit).

III Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Anzahl von Individuen und Biomasse der verschiedenen Bodenorganismen
unter einer Bodenfläche von einem Quadratmeter

Abbildung 2: Schematische Übersicht über die Faktoren, die die Stabilität der Pflanzenkohle negativ oder positiv beeinflussen

Abbildung 3: Rotklee links ohne AM-Pilze und rechts mit AM-Pilze versetzt

Abbildung 4: Mengenanteile der Bodenfauna am Edaphon und Gewichtsanteile der verschiedenen Bodentiergruppen

Abbildung 5: Allgemeiner mikrobieller Nährstoffkreislauf des Bodens

Abbildung 6: Mykorrhizakolonisierung am Pflanzenkohlerpartikel

IV Tabellenverzeichnis

Tab. 1: Eigenschaften von Regenwurmkot in Böden unterschiedlicher Tiefe

Tab. 2: Effekte von Biokohle auf den Mykorrhiza-Typ Arbuskuläre Mykorrhizapilze. Aufgelistet nach abnehmendem Effekt auf die Mykorrhiza-Population

Tab. 3: Effekte unterschiedlicher Pflanzenkohle auf diverse Regenwurmarten

V Zusammenfassung

Die rapide Zunahme von nährstoffarmen Böden hat sich zu einem gravierenden Problem unserer Zeit entwickelt. Konventionelle Düngemittel schaffen hier ausschließlich eine temporäre Lösung. Häufig folgt auf die regelmäßige Düngung eine Ansammlung von Schadstoffen. Durch diese sind nicht nur das Grundwasser, sondern auch die Bodenorganismen gefährdet sind. In Abwesenheit von Bodenorganismen können Nährstoffe nicht mehr umgesetzt werden. Folglich verarmt der Boden und wird unbrauchbar. Pflanzenkohle wird als Strategie zur Lösung des Problems angepriesen.

Ziel dieser Bachelorarbeit ist es, den Stand der Forschung zu Pflanzenkohle und deren Interaktion mit Bodenorganismen zusammenzufassen. Die Auswahl der Publikationen wurde wie folgt selektiert: Im Fokus stehen die arbuskuläre Mykorrhiza, sowie die Regenwürmer und deren Reaktionen auf die diversen Pflanzenkohlearten. Geachtet wurde insbesondere auf unterschiedliche Herstellungsverfahren der Pflanzenkohle und eine Vielfalt an Ausgangssubstanzen, um Ergebnisse möglichst repräsentativ darzustellen.

Zunächst befasse ich mich näher mit der Herstellung, der Verweildauer und den Auswirkungen von Pflanzenkohle auf den Boden. Übergreifend werden weiter in der Einleitung die Lebensräume der Mykorrhiza und dem des Regenwurmes definiert. Der zweite Teil befasst sich mit dem Stand der Forschung bzgl. der Interaktion zwischen Mykorrhiza und Pflanzenkohle und der Interaktion zwischen Regenwurm und Pflanzenkohle. Zum Schluss werden die Bedeutungen der Interaktionen analysiert und ein Ausblick gegeben.

Das Ergebnis der Literaturrecherche ergab, dass Pflanzenkohle einen durchaus positiven Einfluss auf Mykorrhiza und die Mykorrhizosphäre hat. Denn durch die erhöhte Verfügbarkeit von organischen Stoffen, gibt es einen Anstieg der Stoffwechselprodukte von Bakterien. Die Mykorrhiza erlangt somit einen Vorteil, wodurch sie ihr Wachstum der Pilzhypen steigern kann.

Regenwürmer werden nicht direkt durch Pflanzenkohle beeinflusst. Jedoch sind die durch die Pflanzenkohle positiven Auswirkungen auf den Boden bedeutend für die Regenwürmer. Die Gründe für die bevorzugte Abundanz der Regenwürmer könnten am vermehrten Nahrungsangebot oder der toxinreduzierenden Wirkung von Pflanzenkohle liegen. Doch kann man über die Gründe nur spekulieren, denn es besteht im Bereich der Regenwürmer noch viel Forschungsbedarf und oft werden in den Studien nicht alle Aspekte, sei es Herstellungstemperatur oder Zutatenzusammensetzung der Pflanzenkohle, bestimmt.

Perspektivisch sollte stärker untersucht werden, wie der hauptsätzlich positive Einfluss von Pflanzenkohle auf Mikroorganismen und Regenwürmer, zu einer verbesserten Ressourceneffizienz in nachhaltiger Landwirtschaft genutzt werden kann.

VI Abstract

The rapid increase of nutrient-poor soils has become a serious problem of our time. Conventional fertilizers only provide a temporary solution. The regular fertilization is often followed by an accumulation of pollutants and/or soil degradation. This is a risk for both groundwater and soil organisms. If soil organisms diminish, the nutrients cannot be properly turned over. To counteract this problem, soil must be improved. Recently, biochar has been proposed as a tool for soil improvement.

The aim of this thesis is a review of selected publications dealing with the state of kowledge on soil organisms and their interactions with active biochar. The selection of publications was based on the following factors:

i. arbuscular mycorrhiza and
ii. earthworms and their reactions to the various types of biochar
iii. different manufacturing processes of biochar and feedstocks in order to obtain a comprehensive result.

VI Abstract Bachelorarbeit Denise Andrea Lenders

The production, residence time and impact of biochar on the soil are introduced and mycorrhizal types and habitats are described, as well as the biology of earthworms.. The second part concerns the state of research in. Relation to biochar interactions with mycorrhiza and earthworms.. Finally, the impact of these interactions are summarized and an outlook is given.

The results show that biochar has a positive influence on mycorrhiza and mycorrhizosphere, the area with fungal mycelium which is responsible for nutrient uptake. Because of the increased availability of organic substances, an increase in metabolic products of carbon starved microorganisms has been described, with corresponding positive impact on the growth of fungal hyphae.

Earthworms are not directly affected by biochar. However, indirect positive effects of biochar on soil are important for earthworms, probably due to the increased food supply and toxin reducing effect of biochar.

Future work should target how the activation of soil microorganisms and positive influence on mycorrhizae and earthworms could be used to increase resource efficiency in sustainable agriculture.

1 Einleitung

1.1 Hintergrund

„In der Natur ist alles mit allem verbunden, alles durchkreuzt sich, alles wechselt mit allem, alles verändert sich eines in das andere.“

Gotthold Ephraim Lessing - Dichter der deutschen Aufklärung

Ein Teilbereich der Natur ist der Kreislauf des Bodens. Hier sind die physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften aufeinander aufbauend und stehen in einer Abhängigkeit zueinander.

Ein Beispiel für dieses sensible System ist die Bodenversauerung. Natürliche Faktoren der Versauerung sind das Ausgangsgestein, Zersetzung der organischen Substanz und die Atmung der Pflanzenwurzeln. Überdies begünstigen anthropogene Beeinflussungen wie Bewirtschaftungsfehler des Bodens mittels Überdüngung oder eine zu geringe Pflugtiefe die Versauerung (LINGNER UND BORG, 2000). Fällt der pH-Wert unter 5, werden viele Bodenorganismen in ihrer Aktivität gehemmt. Betroffen sind vor allem die Bodentiere, welche feuchthäutig sind und in direktem Kontakt mit der Bodenlösung stehen. Auch der Regenwurm bewegt sich in diesen Räumlichkeiten. Fühlt er sich nicht mehr wohl, flüchtet er. Die Folgen sind eine geringere Bodendurchlüftung sowie eine mangelnde Wasserspeicherkapazität des Bodens (GRAEFE ET AL., 2002).

Wichtige Bodenfunktionen wie z.B. Nährstoff-, Wasser- und Luftspeicherung werden durch die Bodenflora, unter anderem Bakterien, Pilze und Algen, sowie der Bodenfauna, welche den Bereich der Bodentiere abdeckt, sichergestellt. Durch Zersetzungs- und Umwandlungsprozesse der jeweiligen Bodenlebewesen werden die nötigen Nährstoffe und Spurenelemente freigesetzt, welche für Tierund Pflanzenwelt essentiell sind.

Betrachtet man die Gesamtheit des Bodens, fällt auf, dass die organische Substanz einen verhältnismäßig geringen Anteil (< 10%) darstellt. Diesbezüglich machen die Bodenlebewesen < 10% der organischen Masse aus. Trotzdem enthält 1 kg gesunder Boden mehr Lebewesen, als es Menschen auf der Erde gibt (LERNORT BODEN, 2006). In Abbildung 1 wird veranschaulicht, wie die Anzahl der Bodenorganismen im Boden verteilt ist und wie viel Biomasse das ausmacht. Ausgegangen wird hier von einem Quadratmeter und 30 cm Tiefe.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Anzahl von Individuen und Biomasse der verschiedenen Bodenorganismen unter einer Bodenfläche von einem Quadratmeter ( Zusammenstellung nach BRAUNS 1968, S.63 auf der grundlage von DUNGER 1964).

Durch Düngung kann man - lediglich temporär - den Boden mit Nährstoffen anreichern, welche dieser benötigt um fruchtbar zu bleiben. Dabei läuft man allerdings Gefahr, dass der Boden überdüngt wird und damit die Bodenfauna nachteilig verändert wird.

Trotzdem scheint es eine Möglichkeit zu geben, wie man „gesunden“ nährstoffreichen Boden wiederherstellen kann, ohne Bodenfauna, Bodenflora oder Natur nachteilig zu schädigen. Das „Medikament“ ist aktivierte Pflanzenkohle, welche in den Boden eingearbeitet wird. Man spricht von „aktivierter Pflanzenkohle“, wenn zum Rohstoff „reine Pflanzenkohle“ zusätzlich noch Kompost beigemischt wird.

Ein beeindruckendes und nachhaltiges Bespiel für einen fruchtbaren und nachhaltig genutzten Boden ist die Terra Preta de Indio in den Tropischen Regenwäldern.

Der anthropogene Boden aus dem Amazonasbecken Terra Preta de Indio (Horitic Anthrosol) besteht aus einer Mischung von Pflanzenkohle, Stallmist, Fäkalien und Kompost (GLASER UND BIRK, 2012).

Mit diesem nachhaltigen Produkt ist der Grundstein für die Wiederherstellung der Fruchtbarkeit des Bodens gelegt. Die aktivierte Pflanzenkohle schafft den Grundbaustein für die Ansiedlung der für den gesunden Boden wichtigen und notwendigen Bodenorganismen.

Die Poren der Pflanzenkohle schaffen einen Lebensraum für viele Bakterien, Mist und Fäkalien sind Energie- und Nahrungslieferanten. Mit dem Abbau können im Boden wieder Nährstoffe nachgeliefert werden.

Ein bedeutender Unterschied zu künstlichen Düngern ist, dass die aktivierte Pflanzenkohle im Boden stabil ist und diesen auf lange Zeit nachhaltig verbessert. Sie beeinflusst positiv die chemischen und physikalischen Eigenschaften des Bodens. Der natürliche Lebensraum für die Bodenorganismen kann somit verbessert werden.

1.2 Intention der Arbeit

Ziel dieser Arbeit ist es, anhand einer Literaturrecherche zu untersuchen, wie aktivierte Pflanzenkohle nach Einarbeitung in den Boden dessen Eigenschaften verändert und welche Änderungen das Leben der Bodenorganismen diesbezüglich nach sich zieht. Der Fokus wird auf die arbuskuläre Mykorrhiza, sowie deren unmittelbaren Lebensraum, die Mykorrhizosphäre und auf Regenwürmer gelegt.

Hypothese 1:

- Die Abundanz von arbuskulärer Mykorrhiza wird durch die Einarbeitung von aktiver Pflanzenkohle erhöht.

Hypothese 2:

- Die Abundanz der Regenwürmer wird durch die Einarbeitung von aktiver Pflanzenkohle erhöht.

1.3 Pflanzenkohle.

1.3.1 Definition.

Der Begriff Pflanzenkohle ist heute verhältnismäßig neu, die Substanz dagegen ist „alt“ (HUNT ET AL., 2010). Gegenwärtig wird Pflanzenkohle künstlich und gezielt herstellet zum Zweck der Bodenverbesserung. Ein Herstellungsverfahren ist die Pyrolyse, bei der Temperaturen < 700 °C erreicht werden. Unter eingeschränkter Zufuhr von Sauerstoff werden organische Materialen thermisch zersetzt. Das Endprodukt ist durch einen hohen Anteil an pyrogenem Kohlenstoff (Black Carbon) gekennzeichnet (LEHMANN UND JOSEPH, 2009).

Die Kohlenstoff-Konzentration liegt dabei in einem Bereich von 400 bis 800 g kg-1 (LEHMANN UND RONDON, 2006). Wesentliche Faktoren bei der Herstellung sind das Ausgangsmaterial, die Pyrolysebedingungen und die Pyrolysetemperatur. Beispielsweise kann eine Temperaturdifferenz physikalische Eigenschaften der Pflanzenkohle verändern (ZIMMERMAN ET AL., 2011).

MUKHERJEE UND LAL (2013) bemerkten eine temperaturabhängige Oberflächenbeeinflussung der Pflanzenkohle. Sie konnten erkennen, dass die größte Oberfläche bei ca. 400 m2 g-1 liegt und mit einer Temperatur zwischen 650-850 °C zu erreichen ist. Temperaturen unter oder über diesem Bereich wiesen geringere Oberflächen, mit lediglich ca. 10 m2 g-1, auf.

Die entscheidenden Eigenschaften der Pflanzenkohle sind die Oberfläche und der Porendurchmesser und die daraus resultierende Mikroorganismenansammlung (CHINTALA ET AL., 2014).

Pflanzenkohle ist ein Mittel, um eine Verbesserung des Bodens zu erzielen, wie Bodenfruchtbarkeit und Förderung der Ökosystemfunktionen. Einen nützlichen Nebeneffekt erzielt die Pflanzenkohle zusätzlich, indem sie als Kohlenstoffsenke fungiert (LEHMANN ET AL., 2006; LEHMANN, 2007A).

Die Kohlenstoffsenke ist heutzutage, im „Zeitalter“ der globalen Erwärmung, bedeutsam, denn sie stellt zusätzlich ein Reservoir für die dauerhafte oder zeitlich begrenzte Speicherung des Kohlenstoffes dar. Die größte und wichtigste Kohlenstoffsenke ist der Boden.

1.3.2 Beständigkeit von Pflanzenkohle im Boden

NEVES ET AL. (2003) bestimmten das Alter von Pflanzenkohle, in den Terra-Preta- Böden des Amazonas, auf 5000-7000 Jahre. Die Altersangabe wird mittels der Radiokohlenstoffverweildauer im Boden gemessen. Einzelne Kompartimente können davon weit abweichen (SCHEFFER/SCHACHTSCHABEL, 2002).

Gemeint sind die C-Verbindungen, die durch unvollständige Verbrennung entstehen und aufgrund ihrer polycyclischen aromatischen Struktur chemisch und mikrobiell stabil sind und deshalb Jahrhunderte in der Umwelt überstehen können (GLASER ET AL., 1998).

1.3.3 Beständigkeitsfaktoren

LEHMANN (2009) beschreibt eine signifikante Erhöhung der chemischen Rekalzitranz des Kohlenstoffes in Pflanzenkohle. Geschuldet wird diese Eigenschaft dem Pyrolyse-Prozess. Dabei verändert sich die Zusammensetzung der Biomasse durch die komplette Zerstörung von Cellulose und Lignin und der Bildung von aromatischen Strukturen.

Die unverwechselbare Struktur der Pflanzenkohle weist eine amorphe und turbostratische Strucktur auf. Das bedeutet, dass die chemischen Strukturen ungeordnet und dicht übereinanderliegen. Effektiv kann der mikrobielle Abbau als Resistenz bezeichnet werden (PARIS ET AL. 2005).

Weitere Schutzmechanismen der Pflanzenkohle gegenüber dem mikrobiellen Abbau bestehen in der Interaktion zwischen Pflanzenkohleoberfläche und organischer

Bodensubstanz und der Oberfläche von Mineralien. Bei Interaktionen mit Mineralen geht die teilweise negativ geladene Pflanzenkohleoberfläche mit positiv oder variabel geladenen Oxiden durch Liganden oder mit positiv geladenen Schichtsilikaten durch Kationenbrückenbildung Verbindungen ein (LEHMANN, 2009). Ebenfalls spielt die Aggregatbildung des Bodens eine entscheidende Rolle für den Verbleib der Pflanzenkohle im Boden. Die Pflanzenkohlepartikel kommen vermehrt in Mikroaggregaten des Bodens vor und dienen somit dem Schutz vor Destruenten (LIANG ET AL., 2008).

Die Langzeitstabilität der Pflanzenkohle wird unter anderem auch durch die hohe Reaktivität mit den Mineralpartikeln im Boden gefördert (BRODOWSKI ET AL., 2006). LIANG ET AL. (2008) schreibt dem Oxidationsprozess der Pflanzenkohleoberfläche eine hohe Bedeutung zu. Demnach gehen „alte“ Pflanzenkohlepartikel mit einer höheren Verweildauer im Boden eher Interaktionen mit organischen Substanzen ein. Durch Oxidationsprozesse werden mehr negativ geladene funktionelle Gruppen gebildet. Anders ist es bei junger und frischer Pflanzenkohle, bei der die Oxidation noch nicht so weit voran geschritten ist. Diese veränderte Pflanzenkohleoberfläche und - struktur führen dazu, dass die hoch resistenten polyaromatischen Ringstrukturen zugänglich für den mikrobiellen Abbau sind (LEHMANN, 2009). Eine schematische Übersicht der Faktoren, welche die Stabilität von Pflanzenkohle negativ oder positiv beeinflussen, wird in Abbildung 2 illustriert. Die Interaktionen mit Mineralien und organischer Bodensubstanz beginnen unmittelbar mit der Applikation der Pflanzenkohle und nehmen im Laufe der Zeit zu. Der Hauptfaktor, welcher die Stabilität von Pflanzenkohle beeinträchtigt ist die Zersetzung durch Mikroorganismen und Destruenten. Deutlich ist in Abbildung 2 zu erkennen, dass die labilen Fraktionen der Pflanzenkohle, in einem Zeitraum von fünf Wochen bis fünf Monaten, bevorzugt zersetzt werden. Darauf folgt die Zersetzungsrate der stabilen Pflanzenkohlebestandteile (LEHMANN, 2009).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Schematische Übersicht über die Faktoren, die die Stabilität der Pflanzenkohle negativ oder positiv beeinflussen. Die Bedeutung des einzelnen Faktors mit fortlaufender Zeit ist durch die Dicke des jeweiligen Balkens gekennzeichnet. (verändert nach Lehmann, 2009 und übersetzt von M.Sc. Alicia Müller, 2013)

1.3.4 Auswirkungen von Pflanzenkohle im Boden

Pflanzenkohle lässt sich mit einem Schwamm im Boden vergleichen, welcher die Nährstoffe aus dem Bodenwasser absorbiert.

Diese Wirksamkeit wird durch die vergrößerte Oberfläche sichergestellt (MUKHERJEE ET AL., 2011; CHINTALA ET AL., 2014) sowie Porengrößenverteilung und Wasserhaltekapazität (LIANG ET AL., 2006). Dem geschuldet wird die Verfügbarkeit des Bodenwassers erhöht (GLASER ET AL., 2002). Überdies werden Bodenlebensgemeinschaften, beispielsweise die Mikrolora wie auch die Makrofauna, in ihrer Abundanz und Zusammensetzung stark beeinflusst (KIM ET AL., 2006). VENTURA ET AL. (2013) hat bewiesen, dass durch die Pflanzenkohle die Makro- Nährstoffkreisläufe verbessert werden. Kongruent der mikrobiellen Veränderung im Boden, sei es Zusammensetzung, Aktivität oder Abundanz der Bodenorganismen, folgt eine Wirkung auf die Nährstoffkreisläufe, sowie auf eine Beeinflussung auf die Bodenstruktur (KUZYAKOV ET AL., 2009; LIANG ET AL., 2010). Nach WARNOCK ET AL. (2007), ergibt sich daraus ein indirekter Einfluss auf das Pflanzenwachstum. In Bezug auf Abschnitt 1.3.3 gibt der Oxidationsprozess Aufschluss über das Alter der Pflanzenkohle und der höheren Interaktionen mit Nährstoffen. GLASER (2000) entdeckte, dass während der Oxidation Carboxylgruppen an den Rändern des polyaromatischen Gerüsts der Pflanzenkohle gebildet werden, wodurch das Nährstoffspeichervermögen erhöht wird.

Weiter beschreibt GLASER ET AL. (2001), dass die Pflanzenkohle in der Lage ist, hohe Nährstoffmengen zu speichern. In einem Ferralsol liegen die Stickstoffvorräte bei 8,5 t/ha und bei Phosphor 3,2 t/ha. Terra Preta besitzt mehr als das Zweifache an Stickstoff, also 17 t/ha und bei Phosphor ist es sogar Vierfach mehr, hier werden Werte bei 13 t/ha dokumentiert. Zustätzlich zeichnet sich die Schwarze Erde durch ihren dreimal höheren organischen Kohlenstoffanteil, welcher durchschnittlich bei 250 t/ha liegt, und den bis zu 70-mal höheren Pflanzenkohleanteil mit 50 t/ha, aus.

1.4 Mikroflora

1.4.1 Definition

Die Mikroflora umfasst Bakterien, Pilze und Algen.

WARCUP (1951) konstatierte schon sehr früh, dass die Bakterien und Pilze das Fundament der Bodenökosystemfunktionen sind. Die Organismen sind in jedem Boden unabdingbar und nehmen eine entscheidene Schlüsselrolle in landwirtschaftlichen Böden ein.

Zu deren Leistung gehören beispielsweise die Zersetzung von organischen Materialien, die Freisetzung und Umformung von Stoffen und Aggregatenbildung. Die Rhizosphäre nimmt im Zusammenleben mit der Mikroflora eine besondere Stellung ein. Durch die gegenseitige positive Förderung erhöht sich kontemporär die Bakterienflora in der unmittelbaren Wurzelumgebung. Die dadurch enge Synergie zwischen den stickstofffixierenden Bakterien in den Wurzelknöllchen wird unter anderem positiv beeinflusst (UNIVERSAL-LEXIKON 2012).

Die Mikroflora wird auch als Immunsystem des terrestrischen Ökosystems gesehen. Als Inokulum werden die Pilze der Mykorrhiza in die Verantwortung gezogen, um Infektionen mit Fremdkeimen an Pflanzen zu verhindern (SCHWARTZ ET AL., 2006).

1.4.2 Mykorrhiza

Die Pilze gehören zu den ältesten und größten Lebewesen auf der Welt. Ihre Artenzahl wird weltweit auf über eine Million geschätzt, wovon ca. 70.000 Pilzarten bestimmt wurden (SCHÖN, 2005). Die Pilze bilden eine eigene Artengruppe, da sie weder Tieren noch Pflanzen zugeordnet werden können. Trotzdem gibt es einige parallelen, wie beispielweise ihre Ernährung. So müssen auch Pilze, wie die Menschen und Tiere, auf externe organische Nahrungsquellen zurückgreifen, um zu überleben.

MASCHNER (1992) gelang zu der Erkenntnis, dass der Mykorrhiza Pilz eine Symbiose, häufig eine mutualistische Bindung, mit einer höheren Pflanze eingeht. Die Mykorrhiza bildet sich in und an der Pflanzenwurzel.

Grundsätzlich werden die Mykorrhizapilze in vier unterschiedliche Typen definiert:

- Arbuskuläre Mykorrhiza: der am häufigsten vorkommende Typ. Die typische Vergesellschaftung zwischen dem Pilz und der Pflanze sind neben den krautartigen Gewächsen auch einige Bäume eingeschlossen (FIEDLER, 2001). Der Pilz verändert die Wurzel außerhalb morphologisch, mittels eines feinen und weit verzweigten extraradikalen Myzels. Die Hyphen dringen in die Wurzelzellen ein und bildet Arbuskel/Visikel aus (STRACK ET AL., 2001). Zuzuordnen ist der Mykobiont zu den Endomykorrhizen, da er sowohl interzellulär, als auch intrazellulär in den Wurzelzellen wächst (SCHWANTES 1996).
- Ektomykorrhiza: 90% der Waldbäume stehen in einer Wurzelsymbiose zueinander. Die Wurzel wird von einem Hyphengeflecht umhüllt. SCHULZE ET AL. (2002) schrieb der Ektomykorrzia nicht nur die Verwertung von anorganischen Stickstoffquellen zu, sondern auch die Aufnahme von Stickstoff aus organischen Quellen, in Form von Aminosäuren.
- Erikoide Mykorrhiza: spezialisiert auf nährstoffarme Böden. Die Pilze sind in der Lage, ein breites Nährstoffspektrum aus schwer abbaubaren organischen Substraten verfügbar zu machen (KAPPEN ET AL., 1998). Durch das Besiedeln der äußeren Wurzelzelle können sie bis zu 80% Wurzelbiomasse stellen (READ 1993). Weiter schreiben SMITH UND READ (1997), der Erokoide Mykorrhiza Ähnlichkeiten mit der Ekto -, sowie der arbuskulären Mykorrhiza, beim Besiedeln der Wurzel, zu.
- Orchideenmykorrhiza: geben meist mehr Nährstoffe an ihren Partner ab, als sie zurückbekommen. Hier dringen die Pilzhyphen in die Wurzelzelle ein. Im Gegensatz zu der arbuskulären Mykorrhiza ist der Mechanismus anders (KAPPEN ET AL., 1998).

Die Ausbreitung der Arbuskulären Mykorrhiza ist Standort -, sowie Pflanzenart abhängig. Höhere Mykorrhizierungsraten sind an nährstoffärmeren Böden oder in Böden mit Belastungen, wie Trockenheit oder Schadstoffbelastungen, vorzufinden. Die Funktion dieser Lebensgemeinschaft gilt dem Nährstoffaustausch, wobei beide Partner gleich voneinander profitieren. Der Pilz erhält primär das Photosyntheseprodukt Kohlenhydrat (Zucker) und die Pflanze wird mit unterschiedlichen Nährstoffen wie stickstoff - und phosphorhaltigen Mineralien, sowie Wasser versorgt. Für die Bildung, Funktion und Aufrechterhaltung des Pilzes muss die Pflanze 10 - 30% ihrer Assimilate investieren (JAKOBSEN UND ROSENDAHL, 1990).

Im Gegenzug wird die Wurzelhaaroberfläche der Pflanze durch das Pilzmycel vergrößert. Dies gewährleistet eine größere Reichweite von mehr als 10 cm der Wurzeloberfläche (LI ET AL., 1991A), um Wasser aus den Bodenporen mit den enthaltenen Stoffen aufzunehmen. Dabei wird für die Pflanze das erfasste Bodenvolumen um ein vielfaches ausgedehnt (STRACK ET AL., 2001). MARSCHNER UND DELL (1994) zeigten dass die arbuskuläre Mykorrhiza 80% pflanzlichen Phosphor, 25% pflanzlichen Stickstoff, 10% pflanzliches Kalium, 25 % pflanzliches Zink und 60% pflanzliches Kupfer freigesetzt hat.

[...]

Ende der Leseprobe aus 40 Seiten

Details

Titel
Die Interaktion zwischen Bodenorganismen und Pflanzenkohle am Beispiel von Mykorrhiza und Regenwürmern
Hochschule
Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
Note
2,0
Autor
Jahr
2016
Seiten
40
Katalognummer
V373634
ISBN (eBook)
9783668517912
ISBN (Buch)
9783668517929
Dateigröße
1094 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Pflanzenkohle - Terra Preta, Bodenorganismen, Mykorrhiza, Regenwurm
Arbeit zitieren
Denise Lenders (Autor), 2016, Die Interaktion zwischen Bodenorganismen und Pflanzenkohle am Beispiel von Mykorrhiza und Regenwürmern, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/373634

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