Bodenökologie: Organismen, Stoffwechsel und Tonminerale

Bodenökologie: Organismen und ihre Aktivitäten

Bodenökologie beschreibt die Aktivitäten der Organismen in der Natur, ihre Rolle im Stoffwechsel und bei der Energieumwandlung sowie die Umwelt-Beziehungen zwischen mikrobieller Aktivität und Bodenparametern. Ein wichtiger Messwert ist die Atmungsaktivität des Bodens (CO₂-Flux).

Microfauna

Zur Microfauna gehören Protozoen und Nematoden. Die Microflora umfasst Actinomyceten, Pilze und Algen.

Boden-Monera (Prokaryonten)

• Bakterien: Streptomyces, Pseudomonas, Nitrobacter, Nitrosomonas
• Anaerobe: Clostridium
• Aerobe Actinomyceten: Streptomyces, Nocardia (Hyphenbakterien), die Huminstoffe abbauen
• Cyanobakterien (Nostoc, Anabaena), die Vitamine synthetisieren

Protisten

• Protozoen, vor allem Mikrophagen und Saprophyten (Bakterienfresser)
• Amöben: Lignin-Abbau bei einigen aeroben Arten
• Flagellaten: Bodo, Oikomonas
• Ciliaten: Colpoda, Vorticella

Pilze

Pilze sind heterotrophe Lebewesen. Beispiele sind Penicillium und Aspergillus (Ascomyceten), Morchella (Morcheln) und Basidiomyceten.

Pflanzen und Algen

Im Boden kommen Chlorophyten (grüne Algen) vor.

Tiere

Nematoden (Fadenwürmer)

Nematoden sind Pseudocoelomaten mit einer Länge von 0,5 bis 1,5 mm, zylindrischer Gestalt und einer Kutikula. Sie können pflanzenparasitisch (z. B. Meloidogyne), pilzfressend (fungivor), bakterienfressend (bacterivor) oder Allesfresser sein. Sie besitzen einen Verdauungstrakt.

Würmer und Ringelwürmer

Würmer besitzen eine echte Leibeshöhle (Coelom) und ein geschlossenes Kreislaufsystem. Viele sind Zwitter (hermaphroditisch). Zu den Anneliden gehören die Süßwasser- und Regenwürmer, die Drüsenzellen besitzen, Bodenmasse aufnehmen, CaCO₃ in der Speiseröhre ausscheiden und Ammoniak sowie Harnstoff (N-NH₄) abgeben. Ein Beispiel ist Eisenia foetida.

Redoxpotenzial

Der Eh-Wert liegt im Bereich von -180 bis 460 mV.

Organismenklassen nach Ernährung (Klasse 1)

• A: Autotrophe: Gewinnen Energie aus dem Sonnenlicht und fixieren CO₂ durch Photosynthese (Algen, Bakterien, höhere Pflanzen).
• B: Chemolithotrophe (festgesetzt): Gewinnen Energie aus chemischen Reaktionen und fixieren CO₂ (z. B. Nitrosomonas, Nitrobacter, Desulfovibrio desulfuricans).
• C: Heterotrophe: Nutzen organische Verbindungen als Energie- und C-Quelle und recyceln sie (Pilze, Bakterien, Tiere).
• D: Symbionten: Beziehen Energie und Nährstoffe von Pflanzen, z. B. N-fixierende Bakterien und Mykorrhizapilze.

Körpergrößenklassen (Klasse 2)

• Makrofauna (6 bis 200 mm): Wirbeltiere
• Mesofauna (200 bis 6000 µm): Arthropoden, Ringelwürmer, Weichtiere, Nematoden
• Mikroorganismen (< 200 µm)

Kolloide und Tonminerale

Kolloide sind organisch (Fraktion der humifizierten organischen Substanz) oder anorganisch (Silikat-Tone, kristalline Gele von Al und SiO₂, Oxide und Hydroxide von Fe und Al).

Tonfraktion: Partikel kleiner als 2 µm, die aus primären Mineralien oder größeren Teilchen wie Kaolinit entstehen.

Aufbau kristalliner Tone

Die Kristalle bestehen aus übereinanderliegenden Schichten. Es gibt zwei grundlegende Struktureinheiten: das Tetraeder (Siliciumatom in der Mitte) und das Oktaeder (Aluminiumatome). Der Ton muss immer elektrisch neutral sein.

Isomorphe Substitution verändert die Struktur durch den Austausch von Ionen, die während der Tonbildung auftreten (Rc/Ro).

Gruppen der Tonminerale

• Gruppe 1: Kaolinit (Tontyp 1:1): niedrige CIC, schwach entwickelte kolloidale Eigenschaften, wenig oder keine isomorphe Substitution.
• Gruppe 2: Montmorillonit (Tontyp 2:1): hohe CIC, stark entwickelte kolloidale Eigenschaften, hohe isomorphe Substitution.
• Gruppe 3: Glimmer-Hydrate (Illit) (Tontyp 2:1): Zwischeneigenschaften, geringere isomorphe Substitution.
• Gruppe 4: Chlorit (Tontyp 2:2): Zwischenschichtstruktur mit Aluminium, geringe Bodenkapazität.
• Gruppe 5: Vermiculit (Tontyp 2:1): hohe Kapazität zur Speicherung von K⁺.

Herkunft der Tone

Vererbung: Tone sind Teil des übergeordneten Ausgangsmaterials. Typisch sind sedimentäre Böden.

Transformation und Neubildung

• Transformation: begrenzte Veränderungen primärer Mineralien, bei denen Bestandteile durch Abbau verloren gehen.
• Neubildung: tiefgreifende Veränderung mit Bruch primärer Mineralien und Auflösung anderer Minerale, bis ein neuer Gleichgewichtszustand entsteht.

Bedingungen für die Bildung der Tonminerale

Montmorillonit, Vermiculit, Illit, Kaolinit, Halloysit, Allophan und Hydrargillit.