Wie oben, so unten

Jenaer Forscher entdecken Zusammenhänge zwischen einer artenreichen Flora und gesundem Bodenleben.

Boden ist die wichtigste Lebensgrundlage für Pflanzen und damit auch für Menschen und Tiere, die sich direkt oder indirekt von Pflanzen ernähren. Die Entstehung eines fruchtbaren Bodens dauert mehrere Tausend Jahre. Im Gegensatz dazu kann ein Boden innerhalb weniger Jahrzehnte zerstört werden. Etwa durch die Versiegelung von Flächen durch Städte- oder Straßenbau, durch Erosion oder einen zu intensiven Ackerbau mit  Überdüngung oder fehlenden Erholungszeiten einer nicht angepassten oder gänzlich fehlenden Fruchtfolge. Einen weiteren wichtigen Einflussfaktor auf den Boden, so die bisherigen Vermutungen, könnte die Vielfalt des Bewuchses, also die Biodiversität haben. Wissenschaftler der Universität Jena um den Ökologen Prof. Nico Eisenhauer nahmen diesen Einflussfaktor genauer unter die Lupe. Sie haben jetzt festgestellt, dass bereits eine verarmte Pflanzenschicht das Leben im Boden empfindlich stören und aus dem Gleichgewicht bringen kann.

Untersuchungen in der Prärie

Der Boden ist dicht bevölkert mit Lebewesen. In einem gesunden Boden können auf einen Kubikmeter mehrere Billionen Bakterien, mehrere Milliarden Pilze, über eine Million Algen und hunderttausende Gliederfüßer (Käfer, Asseln, Spinnentiere) und Würmer vorkommen. Diese Lebensgemeinschaft zersetzt organisches Material und stellt so den Pflanzen wichtige Nährstoffe zur Verfügung und baut Schadstoffe ab.
Bisher war die These, dass eine abnehmende Artenvielfalt in der Pflanzenwelt auch eine abnehmende Artenvielfalt im Boden bewirken könnte umstritten. Daher richteten die Forscher in der aktuellen Studie ihre Aufmerksamkeit auf den Einfluss der Vegetation auf Anzahl und Artenreichtum der im Boden lebenden Organismen. Für ihre Studien untersuchten sie Bodenproben von über 200 Versuchsflächen im Rahmen des BioCON-Experiments in Minnesota/USA. Hier werden seit den 90er Jahren des letzten Jahrhunderts zwei Meter große Parzellen erforscht, die mit einer unterschiedlichen Anzahl von einheimischen Kräutern und Gräsern bepflanzt wurden. Einige von ihnen wurden zusätzlich regelmäßig mit CO2 und Stickstoff behandelt. Die für die aktuelle Studie ausgewählten Flächen hatten eine sandigen Boden und umfassten renaturiertes, ehemals landwirtschaftlich genutztes Grasland bis hin zu ungestörter Prärie. Diese Flächen wurden mit jeweils einer, vier und neun verschiedenen, in der Gegend auch natürlich vorkommenden Arten bepflanzt. Die zufällig ausgewählten Pflanzenarten bestanden aus C3- und C4-Gräsern, Hülsenfrüchten und Hochstauden.

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Vielfalt bewirkt Vielfalt

Dabei zeigte sich deutlich: Bei hoher Pflanzenvielfalt (neun Arten) erhöhte sich die Bakterienmenge im Boden signifikant. Zusätzlich stiegen sowohl Anzahl als auch Artenzahl der Mikrofauna (zum Beispiel verschiedene Nematodenarten) sowie der Mesofauna (zum Beispiel Springschwänze (Collembola), Milben (Astigmata und Prostigmata), Thripse (Thysanoptera) im Boden an.

Zudem untersuchten die Wissenschaftler den metabolischen Quotienten, eine Kenngröße, die Aufschluss über die Lebenssituation der mikrobiellen Bodenlebewesen gibt. Ein hoher Quotient deutet auf Störungen der Vorgänge im Boden, ein niedriger Quotient weist auf intaktes Bodenleben hin. In den Versuchen war er bei geringer Artenvielfalt (eine Pflanzenart) am höchsten, bei vier vorhandenen Pflanzenarten sank er ab, bei höchster Diversität (neun Pflanzenarten) lag er am tiefsten und die Bodenorganismen fanden hier gute Lebensbedingungen vor.

Bei der Untersuchung der mit CO2 und Stickstoff behandelten Flächen stellten die Forscher hingegen fest, dass diese keinen großen Effekt auf die Bodenlebewesen hatten. Lediglich bei den Mikroorganismen konnte unter erhöhten CO2-Konzentrationen ein Zuwachs beobachtet werden, während die Anzahl der Thripse sogar um 35 Prozent sank.

Belastbare Ergebnisse erst nach Jahren

Die Ergebnisse widersprechen älteren Untersuchungen, bei denen bisher nur geringe Effekte der pflanzlichen Artenvielfalt auf das Bodenleben nachgewiesen werden konnten. Der Grund liegt nach Meinung der Wissenschaftler in der Dauer der Experimente. Bisherige Untersuchungen dauerten maximal drei Jahre. Erste Effekte seien aber erst nach vier bis sechs Jahren zu erkennen, weil die Bodenlebewesen einige Zeit brauchen, um sich an die veränderten Bedingungen anzupassen. Die Versuchsflächen für die aktuelle Studie bestehen bereits seit 15 Jahren.

Allerdings konnten die Forscher noch keine Antwort darauf geben, welche Prozesse zu diesen Ergebnissen führen. Vergleiche mit anderen Langzeitexperimenten wie dem Jena-Experiment sollen darüber Aufschluss geben, wie sich das Bodenleben bei Artenverarmung verändert und ob die gewonnenen Ergebnisse aus Minnesota auch auf andere Gegenden übertragbar sind.

Aber die Experimente zeigen schon jetzt, dass eine zunehmende Artenverarmung, wie sie durch die Bevölkerungsentwicklung überall auf der Welt auftritt, einen deutlich negativeren Effekt auf die Vitalität und damit auch auf die Produktivität von Böden hat als bisher angenommen wurde. Im Zuge des Klimawandels , könnte sich, so die Vermutung von Forschern, dieser Trend noch verschärfen. Ein Verlust der Biodiversität könnte somit gravierende Auswirkungen auf die zukünftige Bodennutzung und Versorgung mit Nahrungsmitteln haben. Daher muss die Erhaltung der Artenvielfalt besonders für einen nachhaltigen Schutz der Ressource Boden an erster Stelle stehen. Nur so ließe sich eine ausreichende Produktion von Nahrungsmitteln für die wachsende Weltbevölkerung langfristig und somit nachhaltig sicher stellen.