Mikroorganismen sind sehr kleine Lebensformen, die manchmal als einzelne Zellen leben können, obwohl viele auch Zellkolonien bilden. Um einzelne Zellen dieser Organismen zu sehen, braucht man normalerweise ein Mikroskop. Im Oberboden, wo es reichlich Nahrungsquellen gibt, leben viel mehr Mikroorganismen als im Unterboden. Besonders zahlreich sind sie in der unmittelbaren Umgebung der Pflanzenwurzeln (der so genannten Rhizosphäre), wo abgeschleuderte Zellen und von den Wurzeln freigesetzte Chemikalien eine gute Nahrungsquelle darstellen. Diese Organismen sind in erster Linie Zersetzer von organischem Material, aber sie erfüllen auch andere Aufgaben, wie z. B. die Bereitstellung von Stickstoff durch Fixierung zur Unterstützung wachsender Pflanzen, die Entgiftung schädlicher Chemikalien (Toxine), die Unterdrückung von Krankheitsorganismen und die Herstellung von Produkten, die das Pflanzenwachstum fördern können. Bodenmikroorganismen haben eine weitere direkte Bedeutung für den Menschen – sie sind die Quelle der meisten antibiotischen Medikamente, die wir zur Bekämpfung von Krankheiten verwenden.
Bakterien
Bakterien leben in fast jedem Lebensraum. Man findet sie im Verdauungstrakt von Tieren, im Meer und im Süßwasser, in Komposthaufen (sogar bei Temperaturen über 130°F) und in Böden. Obwohl einige Bakterienarten in überschwemmten Böden ohne Sauerstoff leben, benötigen die meisten gut belüftete Böden. Im Allgemeinen fühlen sich Bakterien in Böden mit neutralem pH-Wert wohler als in sauren Böden.
Bakterien gehören nicht nur zu den ersten Organismen, die mit der Zersetzung von Rückständen im Boden beginnen, sondern sie nützen den Pflanzen auch, indem sie die Verfügbarkeit von Nährstoffen erhöhen. Viele Bakterien lösen zum Beispiel Phosphor auf und machen ihn für die Pflanzen besser verfügbar. Bakterien sind auch sehr hilfreich bei der Versorgung der Pflanzen mit Stickstoff, den sie in großen Mengen benötigen, der aber in landwirtschaftlich genutzten Böden oft nicht ausreichend vorhanden ist. Sie fragen sich vielleicht, wie es in Böden zu Stickstoffmangel kommen kann, wo wir doch von Stickstoff umgeben sind – 78 % der Luft, die wir atmen, besteht aus Stickstoffgas. Doch sowohl Pflanzen als auch Tiere stehen vor einem ähnlichen Dilemma wie der alte Seefahrer, der ohne frisches Wasser auf dem Meer trieb: „Wasser, Wasser, überall und kein Tropfen zu trinken.“ Leider können weder Tiere noch Pflanzen Stickstoffgas (N2) für ihre Ernährung nutzen. Einige Bakterienarten sind jedoch in der Lage, Stickstoffgas aus der Atmosphäre aufzunehmen und in eine Form umzuwandeln, die Pflanzen zur Herstellung von Aminosäuren und Proteinen nutzen können. Dieser Umwandlungsprozess ist als Stickstofffixierung bekannt.
Einige stickstofffixierende Bakterien bilden gegenseitig vorteilhafte Verbindungen mit Pflanzen. Eine solche symbiotische Beziehung, die für die Landwirtschaft sehr wichtig ist, betrifft die stickstofffixierende Bakteriengruppe der Rhizobien, die in den Knöllchen leben, die sich an den Wurzeln von Hülsenfrüchten bilden. Diese Bakterien liefern Stickstoff in einer Form, die von den Hülsenfrüchten verwertet werden kann, während die Hülsenfrucht die Bakterien mit Zucker als Energiequelle versorgt.
Der Mensch isst einige Hülsenfrüchte oder deren Produkte, wie Erbsen, Trockenbohnen und Tofu aus Sojabohnen. Sojabohnen, Alfalfa und Klee werden als Tierfutter verwendet. Klee und Wicke werden als Deckfrüchte angebaut, um den Boden mit organischen Stoffen und Stickstoff für die nachfolgende Kultur anzureichern. In einem Luzernefeld können die Bakterien jedes Jahr Hunderte von Pfund Stickstoff pro Acker binden. Bei Erbsen ist die Menge des gebundenen Stickstoffs viel geringer, etwa 30 bis 50 Pfund pro Acre.
Die Actinomyceten, eine andere Bakteriengruppe, spalten große Ligninmoleküle in kleinere Größen. Lignin ist ein großes und komplexes Molekül, das in Pflanzengewebe, insbesondere in Stängeln, vorkommt und für die meisten Organismen nur schwer abbaubar ist. Lignin schützt häufig auch andere Moleküle wie Zellulose vor der Zersetzung. Actinomyceten haben einige Merkmale, die denen von Pilzen ähneln, aber sie werden manchmal in einer eigenen Gruppe zusammengefasst und gleichberechtigt mit Bakterien und Pilzen behandelt.
RELATIVE ANTEILE VON BACTERIEN UND FUNGI
Alle Böden enthalten sowohl Bakterien als auch Pilze, aber sie können je nach Bodenbedingungen unterschiedliche relative Anteile haben. Die allgemeine Art und Weise, wie Sie Ihren Boden bewirtschaften – das Ausmaß der Störung, der zulässige Säuregrad und die Art der zugeführten Rückstände – bestimmt die relative Häufigkeit dieser beiden Hauptgruppen von Bodenorganismen. Böden, die regelmäßig durch intensive Bodenbearbeitung gestört werden, weisen tendenziell einen höheren Anteil an Bakterien als an Pilzen auf. Das gilt auch für überschwemmte Reisböden, da Pilze nicht ohne Sauerstoff leben können, viele Bakterienarten dagegen schon. Böden, die nicht bearbeitet werden, haben in der Regel einen größeren Anteil an frischer organischer Substanz an der Oberfläche und weisen einen höheren Anteil an Pilzen als an Bakterien auf. Da Pilze weniger säureempfindlich sind, können in sehr sauren Böden höhere Pilz- als Bakterienkonzentrationen auftreten. Trotz vieler Behauptungen ist wenig über die landwirtschaftliche Bedeutung von bakterien- und pilzdominierten mikrobiellen Bodengemeinschaften bekannt, außer dass bakterienreiche Böden eher für intensiver bearbeitete Böden charakteristisch sind, die in der Regel auch eine hohe Nährstoffverfügbarkeit und einen erhöhten Nährstoffgehalt als Ergebnis einer schnelleren Zersetzung organischer Stoffe aufweisen.
Pilze
Pilze sind eine weitere Art von Bodenmikroorganismen. Hefe ist ein Pilz, der beim Backen und bei der Herstellung von Alkohol verwendet wird. Andere Pilze produzieren eine Reihe von Antibiotika. Wahrscheinlich haben wir alle schon einmal ein Brot zu lange liegen lassen, um dann festzustellen, dass ein Pilz darauf wächst. Wir haben auch schon Pilze gesehen oder gegessen, die Fruchtstände einiger Pilze. Landwirte wissen, dass Pilze viele Pflanzenkrankheiten verursachen, wie z. B. Falschen Mehltau, Dämpfungserreger, verschiedene Arten von Wurzelfäule und Apfelschorf. Pilze leiten auch die Zersetzung von frischen organischen Rückständen ein. Sie bringen die Zersetzung in Gang, indem sie organische Rückstände aufweichen und es anderen Organismen erleichtern, sich am Zersetzungsprozess zu beteiligen. Pilze sind auch die wichtigsten Zersetzer von Lignin und reagieren weniger empfindlich auf saure Bodenverhältnisse als Bakterien. Keiner von ihnen ist in der Lage, ohne Sauerstoff zu funktionieren. Geringe Bodenstörungen durch reduzierte Bodenbearbeitung begünstigen die Anhäufung von organischen Rückständen an und nahe der Oberfläche. Dies begünstigt das Pilzwachstum, wie es auch in vielen natürlichen, ungestörten Ökosystemen vorkommt.
Viele Pflanzen entwickeln eine vorteilhafte Beziehung zu Pilzen, die den Kontakt der Wurzeln mit dem Boden verbessern. Pilze infizieren die Wurzeln und senden wurzelähnliche Strukturen aus, die Hyphen genannt werden (siehe Abbildung 4.2). Die Hyphen dieser Mykorrhizapilze nehmen Wasser und Nährstoffe auf, die dann die Pflanze ernähren können. Die Hyphen sind sehr dünn, etwa 1/60 des Durchmessers einer Pflanzenwurzel, und sind in der Lage, Wasser und Nährstoffe in kleinen Räumen im Boden zu nutzen, die für Wurzeln unzugänglich sein könnten. Dies ist besonders wichtig für die Phosphorversorgung von Pflanzen in phosphorarmen Böden. Die Hyphen helfen der Pflanze bei der Aufnahme von Wasser und Nährstoffen, und im Gegenzug erhalten die Pilze Energie in Form von Zuckern, die die Pflanze in ihren Blättern produziert und an die Wurzeln weitergibt. Diese symbiotische Interdependenz zwischen Pilzen und Wurzeln wird als Mykorrhiza-Beziehung bezeichnet. Alles in allem ist das ein ziemlich gutes Geschäft für beide, die Pflanze und den Pilz. Die Hyphen dieser Pilze tragen zur Entwicklung und Stabilisierung größerer Bodenaggregate bei, indem sie ein klebriges Gel absondern, das mineralische und organische Partikel zusammenklebt.
MYKORRHIZAPILZE
Mykorrhizapilze helfen den Pflanzen bei der Aufnahme von Wasser und Nährstoffen, verbessern die Stickstofffixierung durch Leguminosen und tragen zur Bildung und Stabilisierung von Bodenaggregaten bei. Fruchtfolgen bringen mehr und leistungsfähigere Pilzarten hervor als Monokulturen. Einige Studien deuten darauf hin, dass die Verwendung von Deckfrüchten, insbesondere Leguminosen, zwischen den Hauptkulturen dazu beiträgt, ein hohes Maß an Sporen aufrechtzuerhalten und eine gute Entwicklung der Mykorrhiza in der nächsten Kultur zu fördern. Wurzeln mit vielen Mykorrhizapilzen sind besser in der Lage, Pilzkrankheiten, parasitären Nematoden, Trockenheit, Salzgehalt und Aluminiumtoxizität zu widerstehen. Mykorrhiza-Assoziationen stimulieren nachweislich die freilebenden stickstofffixierenden Bakterien Azotobacter, die wiederum pflanzenwachstumsfördernde Chemikalien produzieren.
Algen
Algen wandeln wie Nutzpflanzen Sonnenlicht in komplexe Moleküle wie Zucker um, die sie zur Energiegewinnung und zum Aufbau anderer benötigter Moleküle verwenden können. Algen sind in den überschwemmten Böden von Sümpfen und Reisfeldern in großer Zahl zu finden, aber auch auf der Oberfläche von schlecht entwässerten Böden und in feuchten Senken. Algen können auch in relativ trockenen Böden vorkommen und gehen mit anderen Organismen eine für beide Seiten vorteilhafte Beziehung ein. Flechten auf Felsen sind eine Verbindung zwischen einem Pilz und einer Alge.
Protozoen
Protozoen sind einzellige Tiere, die sich mit verschiedenen Mitteln im Boden fortbewegen. Wie Bakterien und viele Pilze kann man sie nur mit Hilfe eines Mikroskops sehen. Sie sind hauptsächlich Sekundärkonsumenten von organischem Material und ernähren sich von Bakterien, Pilzen, anderen Protozoen und im Bodenwasser gelösten organischen Molekülen. Man geht davon aus, dass Protozoen durch das Abweiden von stickstoffreichen Organismen und die Ausscheidung von Abfällen für die Mineralisierung (Freisetzung von Nährstoffen aus organischen Molekülen) eines Großteils des Stickstoffs in landwirtschaftlichen Böden verantwortlich sind.