Bodenbiodiversität - AGRITECHNICA 2027

Highlights zu diesem Themenschwerpunkt finden Sie am DLG-Spotlight Soil Health (Halle 24, Stand A15).

Hier erhalten Sie einen Einblick in den Standbereich, der sich mit dem Thema "Bodenbiodiversität" beschäftigt.

Bodenbiodiversität - unsere Böden sind lebendig!

Bereitgestellt durch: Fachhochschule Südwestfalen, Fachbereich Agrarwirtschaft, Soest

Abbildung 1: Was leistet die Bodenbiologie? (nach Turbé et al. 2010 und NRCS o. J.)

Bodenbiodiversität in Zahlen:

Tabelle 1: Wie viele (verschiedene) Organismen leben in einem Quadratmeter Boden? (nach Weil und Brady 2017) à Hinweis: 10¹⁵ = 1 Billiarde, 10¹² = 1 Billionen, 10⁹ = 1 Milliarde, 10⁶ = 1 Million

Organismen	Abundanz [Anzahl/m²]	Lebendmasse [g/m²]	Biodiversität [Taxa/g oder m²]
Bakterien und Archaeen	10¹⁴ – 10¹⁵	40 – 500	1 – 9000 g^-1
Actinomyceten	10¹² – 10¹³	40 – 500	n. a.
Pilze (Hyphenlänge)	10⁶ m – 10⁸ m	100 – 1500	1 – 300 g^-1
Algen	10⁹ – 10¹⁰	1 – 50	n. a.
Protozoen	10⁷ – 10¹¹	2 – 30	1 – 5000 g^-1
Nematoden	10⁵ – 10⁷	1 – 30	10 – 1000 m^-2
Milben	10³ – 10⁶	0,2 – 5	100 – 500 m^-2
Springschwänze	10³ – 10⁶	0,2 – 5	10 – 100 m^-2
Regenwürmer	10 – 10³	10 – 400	2 – 10 m^-2
Andere Fauna	10² – 10⁴	1 - 10	30 – 3000 m^-2

Was leistet die Bodenbiologie? - Ein vereinfachter Überblick über funktionelle Gruppen von Bodenlebewesen:

Biodiversität in Böden ist komplex. Viele Faktoren stehen dabei in Wechselbeziehungen und finden in der Praxis bisher wenig Beachtung. Ausgewählte Einflussfaktoren und Zusammenhänge werden fortfolgend exemplarisch dargestellt.

Humus:

Böden sind mit 3.100 GtC, nach den Ozeanen, der zweitgrößte Kohlenstoffspeicher der Erde. 60 % davon liegen in Form von Humus vor, wobei auch Permafrostböden hier einen bedeutenden Anteil ausmachen. Die restlichen 40 % macht inorganischer Kohlenstoff in Form von Carbonaten aus (Friedlingstein et al. 2015, Weil und Brady 2017).
Der A-Horizont enthält in der Regel den überwiegenden Anteil des organischen Kohlenstoffs (Humus) im Boden.
- Bei reduzierter Bodenbearbeitung weisen Böden einen vertikal abnehmenden Humusgradienten durch Akkumulation an der Oberfläche auf. Dieser entspricht einem natürlichen Bodenaufbau und fördert Aggregierung und Wasserinfiltration, was besonders auch Erosionsereignissen vorbeugt (Priori et al. 2024, Wulanningtyas et al. 2021).
- Trotzdem erfolgt ein Eintrag in den Unterboden durch Bioturbation und Durchwurzelung des Unterbodens.

Abbildung 3: Eine Untersuchung verschiedener ackerbaulicher Bewirtschaftungssysteme in Deutschland zeigt, dass Ackerflächen in Folge reduzierter Bodenbearbeitungsintensität und unter Anwendung bodengesundheitsfördernder Praktiken höhere Humusgehalte aufwiesen (Kellner et al. 2025).

Pflanzen geben bis zu 40 % ihres durch Photosynthese assimilierten Kohlenstoffs als Wurzelexsudate (div. kohlenstoffhaltige Verbindungen) in die Rhizosphäre ab. Damit füttern sie Mikroben im symbiotischen Austausch für Nährstoffe, welche diese besser aufschließen können als die Pflanze selber (Jones 2008, Brüggemann et al. 2011).
Dieser Kohlenstoffeintrag aus lebendigen Wurzeln (Exsudate) ist um den Faktor 2 bis 13 effektiver beim Aufbau von Humus als abgestorbenes org. Material (Sokol et al. 2018). Dies ist die wesentliche Erkenntnis der „neuen Humustheorie“, welche besagt, dass es nicht die schwer abbaubaren organischen Verbindungen mit weitem C/N-Verhältnis sind, die langfristig Humus aufbauen, sondern überwiegend leicht abbaubare Verbindungen, wie Zucker, etc. mit engem C/N-Verhältnis, die von Mikroben verstoffwechselt werden.
- Kohlenstoff aus Wurzeln wird zu 46 % in Humus eingebaut, Kohlenstoff aus dem oberirdischen Spross nur zu 8% (Jackson et al. 2017)
- > 50 % des organischen Kohlenstoffs sind mikrobiellen Ursprungs, Mikroben metabolisieren Wurzelexsudate, die abgestorbene mikrobielle Nekromasse dieser Mikroben wird an Mineraloberflächen stabilisiert (Liang et al. 2019) > Materialien mit einem C/N-Verhältnis um 10/1 sind „Mikrobenfutter“ und wichtigster Eintragspfad des Humusaufbaus!
- Eine Stabilisierung der organischen Kohlenstoffverbindungen im Boden kann auf drei verschiedenen Wegen erfolgen. Keiner davon ist jedoch wirklich dauerhaft. Der Humusgehalt ist ein Fließgleichgewicht aus Kohlenstoffzufuhr und –abbau und wird damit stark durch die Bewirtschaftung beeinflusst!

Aufgabe: Zufuhr von Organik vor allem durch Eintrag lebender Wurzeln steigern – Abbau durch Priming (Bodenbearbeitung, exzessive N-Düngung, Überhitzung durch fehlende Bedeckung, etc.) reduzieren!

Die Assimilation von Kohlenstoff aus Kohlenstoffdioxid geschieht im Wesentlichen durch pflanzliche Photosynthese. Sie ist der Eintragspfad von Kohlenstoff in den Boden, wo dieser als Grundelement aller Biomoleküle einen der Grundbausteine des Lebens im Boden bildet. Kohlenstoffdioxid ist ein wichtiger limitierender Faktor des Pflanzenwachstums, weshalb erhöhte atmosphärische CO₂-Konzentrationen die Photosyntheserate fördern. Dies steigert auch den Kohlenstoffeintrag in den Boden und wirkt einer möglichen erhöhten Abbaurate durch steigende Temperaturen entgegen (Muchhadiya et al. 2022).

Bodenbedeckung:

Das Belassen von Ernterückständen auf der Bodenoberfläche leistet, gegenüber dem mechanischen Einarbeiten von Mulch, einen essenziellen Beitrag zur Bodengesundheit. Die Bodenbedeckung bietet einerseits einen Schutz vor Erosion und Verschlämmung durch Abmilderung der physikalischen Einwirkung von Regen und Wind. Andererseits dient sie auch als Schutz vor Hitze. Unbedeckte Böden erreichen bei hoher Sonneneinstrahlung teilweise Temperaturen von weit über 50°C. Einige Eiweißstruktur denaturieren bereits bei knapp über 40°C, womit diese Temperaturen nachhaltige Schädigungen des Bodenmikrobioms hervorrufen. Des Weiteren fördert oberflächliches organisches Material die Aktivität tiefgrabender Regenwurmarten, was die biologische Einarbeitung fördert und dabei Wasser- und Luftleitfähigkeit sowie Durchwurzelbarkeit verbessert (Turmel et al. 2015).

Aggregierung:

Die Bodenbiologie ist wesentlicher Treiber der Aggregierung. Neben physikalischer und chemischer Gefügebildung sind Exopolysaccharide und Glycoproteine (besonsers Glomalin –abgegeben von Mykorrhizapilzen) von wesentlicher Bedeutung. Größere Makroaggregate werden ausschließlich durch bodenbiologische Vorgänge gebildet, insbesondere durch Wurzelhaare und Pilzhyphen (Weil und Brady 2017).

Mykorrhiza:

> 80 % der Gefäßpflanzen leben in Symbiose mit Mykorrhiza-Pilzen (Bonfante und Genre 2010). Diese verbessern im Austausch für die Bereitstellung von kohlenstoffhaltigen Verbindungen (Wurzelexsudaten) als Energiequelle durch ihren geringen Hyphendurchmesser, ihre weitreichenden Mycelien und ihre Mykorhizosphäre die Wasser- und Nährstoffaufnahme der Pflanzen (Amelung et al. 2018). Mykorrhiza sind für bis zu 80 % der Phosphoraufnahme ihrer Wirtspflanzen verantwortlich. Auch bei vielen Spurennährstoffen leisten sie einen bedeutenden Beitrag (van der Heijden et al. 2008).

Abbildung 5: Eine Untersuchung verschiedener ackerbaulicher Bewirtschaftungssysteme in Deutschland zeigt eine höhere Regenwurmabundanz mit abnehmender Bodenbearbeitungsintensität und Anwendung bodengesundheitsfördernder Praktiken (Kellner et al. 2025).

Regenwürmer:

In Deutschland kommen über 40 der weltweit ca. 7.000 Regenwurmarten vor (Peigné et al. 2017, Weil und Brady 2017).
Es gilt 3 funktionelle Gruppen zu unterscheiden:
- Epigäische Arten: kleine Würmer, leben in der Streuschicht oder in humosen Böden unmittelbar unter der Bodenoberfläche, wesentliche Streuzersetzer, betreiben keine Bioturbation
- Endogäische Arten: überwiegend blass gefärbte Würmer, erzeugen flache, überwiegend horizontale Gänge in den oberen 10 bis 30 cm, Bioturbation im A-Horizont
- Anecische Arten: größere Würmer, auch als „Tiefengräber“ bezeichnet, erzeugen vertikale, kontinuierliche Poren bis in mehrere Meter Tiefe, bekanntester Vertreter ist der große Tauwurm (Lumbricus terrestris L.
Regenwurmröhren sind physikalisch und durch Mucilage biochemisch stabilisiert, vertikale Poren sind wesentlich für Wasserinfiltration, Durchlüftung und Wurzeltiefgang verantwortlich (Kemper et al. 2011). à Studie in Wisconsin zeigte eine Steigerung der Durchwurzelungstiefe von Mais und Weizen in Direktsaat gegenüber Bewirtschaftung mit Bodenbearbeitung durch kontinuierliche Makroporen um durchschnittlich 93 %.
Ein schwach saurer bis neutraler pH-Wert und eine hohe Calciumverfügbarkeit bieten förderliche Bedingungen für die Etablierung einer hohen Regenwurmabundanz (Weil und Brady 2017).
Neben Direktsaat und der Etablierung von möglichst ganzjährig lebenden Wurzeln kann auch die Zufuhr organischer Dünger und neusten Studien zufolge besonders auch die Anwendung von Mob-Grazing die Regenwurmabundanz steigern (Trickett und Warner 2022).