Böden erbringen viele wichtige Funktionen: Sie lassen Lebensmittel gedeihen, filtern Wasser und speichern Kohlenstoff aus der Luft. Und je mehr verschiedene Bakterien- und Pilzarten in der Erde vorkommen, desto mehr Ökosystem-Funktionen können Böden erfüllen. Das belegt eine Studie der Schweizer landwirtschaftlichen Forschungsanstalt Agroscope und der Universität Zürich, die Ende Oktober im Fachblatt „Nature Communications“ erschien. Ihr Fazit: Wenn artenreiche mikrobielle Gemeinschaften vorhanden sind, können die Böden eine besonders fruchtbare Grundlage für die Landwirtschaft bilden. Wenn die Zahl der Mikroorganismen hingegen schwindet, gehen auch wertvolle Ökosystem-Leistungen verloren. „Ohne Bakterien und Pilze sähe es auf der Erde aus wie auf dem Mars“, erläutert Cameron Wagg, Erstautor der Studie.

Für die Studie nahmen die Wissenschaftler Bodenproben eines Ackers bei Zürich und verringerten die Artenvielfalt stufenweise, indem sie die Erde mit immer feiner werdenden Sieben filterten. Die Bodenproben mit ihrer unterschiedlichen Vielfalt an Bakterien und Pilzen wurden mit sterilisierter Erde in abgeschlossene röhrenförmige Gefäße gegeben, in denen eine Gras-Klee-Kräutermischung ausgesät wurde. Die Forscher untersuchten 10 Bodenfunktionen, die mit dem Funktionieren des Mikrobioms im Boden in Verbindung gebracht werden. Sie erfassten z.B. den Gasaustausch, wie viel Lachgas die verschiedenen Böden produzierten und ob die mikrobiellen Netzwerke im Boden die Auswaschung von wichtigen Nährstoffen wie Stickstoff und Phosphaten beeinflussten. Dann führten sie eine „Systemanalyse“ durch und schauten sich mehrere Funktionen gleichzeitig an.

Die Ergebnisse der Analyse zeigten: Je komplexer und artenreicher die mikrobielle Gemeinschaft des Bodens in der Röhrenkammer, desto mehr Ökosystem-Funktionen blieben intakt. „Je verflochtener das Netzwerk ist, desto mehr können unsere Böden für die Landwirtschaft leisten“, sagte Mitautor Marcel van der Heijden, Agrarökologe bei Agroscope und der Universität Zürich. Tummelte sich eine Vielzahl an Bakterien- und Pilzarten in den Versuchsböden, konnten die Pflanzen etwa auch mehr Nährstoffe aufnehmen und es wuchsen insgesamt mehr Pflanzenarten. Waren in den Versuchsböden hingegen nur wenige oder gar keine Mikroorganismen vorhanden, wuchsen lediglich Gräser und die Nährstoffaufnahme war eingeschränkt. Aber auch andere wichtige Bodenfunktionen litten unter einer geringeren Bakterien- und Pilzvielfalt. Dazu gehörte die Nährstoffeffizienz, der Abbau von totem Pflanzenmaterial oder die Speicherung von Kohlenstoff aus der Atmosphäre.

Den Autoren zufolge gibt es zahlreiche Studien, welche die Zusammensetzung und Komplexität der mikrobiellen Gemeinschaft in Böden beschreiben. Es sei jedoch wichtig, genauer zu untersuchen, wie sich die Zusammensetzung und Veränderung mikrobieller Netzwerke auswirkt. „Es ist vermutlich die erste Studie, die zeigt, dass Bakterien und Pilze in unseren Böden in riesigen Netzwerken organisiert sind und dass diese Netzwerke sehr wichtige Funktionen erfüllen“, sagt van der Heijden. In einer Agroscope-Pressemitteilung erläutert er anschaulich, wie Pilz- und Bakterienarten im Boden wie die Räder eines Uhrwerks zusammenwirken und vergleicht die Arbeitsprozesse mit einer riesigen Fabrik. Eine Art sei zuständig für die ‚Warenannahme‘, eine für die ‚Lagerung‘, andere Pilze und Bakterien wiederum bestücken Förderbänder oder putzen die Halle. „Nur wenn alle Posten besetzt sind, kommt etwas Nützliches dabei heraus“, erklärt van der Heijden. „Je weniger ‚Angestellte‘ die ‚Fabrik‘ hat, desto weniger kann sie leisten.“ Und die Bodengemeinschaft verlässt sich offensichtlich nicht auf einen allein: Jeder Posten wird mehrfach besetzt. Der Vorteil ist: „Wenn eine Art ausfällt, kann einfach die nächste übernehmen“, erklärt van der Heijden. So können Böden auch bei längeren Hitzeperioden, Trockenstress oder anderen Umwelteinwirkungen funktionieren. Aber eben nur, wenn die artenreiche Bakterien- und Pilzgemeinschaft intakt zusammenwirken kann. (ab)