08.05.2024 | Biodiversität verstehen – von Grund auf

Warum Böden eine Datenschatzkammer für das Verständnis von Ökosystemgesundheit sind

Von Dr. Hannah Schragmann , 08.05.2024

Seit der Verabschiedung des Kunming-Montreal Global Biodiversity Frameworks im Jahr 2022 erhält das Thema Biodiversität und Gesundheit der Ökosysteme endlich die Aufmerksamkeit, die es verdient. Wenn es jedoch darum geht, hier Fortschritt zu messen, basieren die verwendeten Methoden oft hauptsächlich auf Fernerkundung: Das bedeutet, dass wir Ökosysteme von oben betrachten und ihre Gesundheit anhand der Parameter beurteilen, die wir aus dem Weltraum sehen können. Wir betrachten die Kronendichte, räumliche Parameter, Veränderungen in der Landnutzung – und wenn es um den Boden geht, vielleicht Farbe oder Struktur.

Auf diese Weise übersehen wir jedoch zwei Punkte: Erstens bilden unsere Böden die Grundlage für die gesamte oberirdische Biodiversität und sind somit eine integrale Säule jeder Biodiversitätsanalyse. Viele Biodiversitätsmethodologien berücksichtigen derzeit jedoch keine Bodenindikatoren zur Messung der Biodiversität – oder wenn doch, machen sie die Analyse optional. Dies ist ein großes Problem, da gesunde Böden, die sich durch ihre Fähigkeit auszeichnen, wichtige Ökosystemfunktionen wie den Nährstoff- und Kohlenstoffkreislauf bereitzustellen, die Basis für gesunde Ökosysteme bilden. Sie müssen verstanden werden, um Erkenntnisse über die Auswirkungen von Veränderungen in der Landnutzung und den Fortschritt der Biodiversität abzuleiten. Zweitens, wenn Böden als wichtige Säule einbezogen werden, können sie nicht nur durch Fernerkundung analysiert werden. Der Boden ist eine lebendige, komplexe Substanz, die wir erst jetzt dank neuer Analysetools wie Umwelt-DNA (eDNA) und Fortschritten in der Wissenschaft zu verstehen beginnen.

Bodendaten als Frühindikator für Kohlenstofftrends und Entwicklung der oberirdischen Biodiversität

Bodengesundheit ist also wichtig – aber warum sollten wir anfangen, sie zu messen? Ganz einfach: Der Boden bildet die Grundlage für die gesamte oberirdische Biodiversität – und damit eine unglaubliche Datenschatzkammer. Veränderungen in der oberirdischen Biodiversität (wie eine Zunahme einer bestimmten Spezies, z.B. Kaninchen) können oft weit im Voraus vorhergesagt werden, indem man Veränderungen im Bodennahrungsnetz betrachtet. Während Bioakustik und Kamerafallen uns helfen können zu verstehen, wie viele Kaninchen wir gerade in einem Ökosystem finden, können sie nur bei der Quantifizierung des Status quo helfen. Aber für eine Zunahme von Kaninchen müssen neue Nahrungsquellen vorhanden sein, die Kaninchen fressen können. Und wovon sich Vögel und Tiere ernähren, z.B. Würmer oder Pflanzen, wird alles vom Boden bereitgestellt – und kann durch eine Untersuchung des Bodenmikrobioms frühzeitig erkannt werden.

Alles beginnt im Boden und alles hinterlässt Spuren im Boden. Das bedeutet, dass das Verständnis von Veränderungen im Bodennahrungsnetz es uns ermöglicht, frühzeitig Veränderungen vorherzusagen und den Erfolg von z.B. veränderten Landnutzungspraktiken schon nach kurzer Zeit zu bewerten. Was unter der Erde passiert, beeinflusst direkt das oberirdische Ökosystem – es kann nur einige Zeit dauern, bis sich die Veränderungen in einer veränderten Vielfalt von Pflanzen, Bäumen, Tieren oder Vögeln zeigen.

Die Entschlüsselung des Bodenlebens ist jedoch keine einfache Aufgabe: Boden ist die komplexeste Substanz auf der Erde – und Veränderungen seiner Funktionalität können nicht von oben verfolgt werden. Daher muss man in den Boden hineinzoomen und seine organische Schicht betrachten – den Teil des Bodens, der lebt, kommuniziert und sich ständig weiterentwickelt. Wir tun dies, indem wir eDNA aus Bodenproben extrahieren und die gefundenen Organismen mit einer breiten Palette von Bibliotheken vergleichen, um genau zu verstehen, was im Boden passiert, wie er funktioniert und sich entwickelt. Dies ermöglicht es uns nicht nur zu verstehen, was im Boden lebt, sondern auch, wie das Bodenleben funktioniert.

Aber was ist eDNA genau und wie analysieren wir sie? Genau wie Menschen ihre eigene genetische Fußspur haben, ihre einzigartige DNA, so hinterlässt auch unsere Umwelt ihre Spuren. Lebewesen hinterlassen ihre Spuren überall dort, wo sie sind, durch verschiedene Sekrete, Haut oder Haare, die alle DNA enthalten – environmental DNA (eDNA) ist nichts anderes als DNA, die von Organismen in die Umwelt abgegeben wird. eDNA, die im Boden, Wasser oder sogar in der Luft abgelagert wird, kann extrahiert und als Barcode für den Organismus verwendet werden, um seine Identifikation mit molekularbiologischen Werkzeugen zu ermöglichen. Bei Soilytix sind wir Experten für die Extraktion und Analyse von eDNA aus Bodenproben und machen so den biologischen Fingerabdruck von Böden sichtbar.

Die Verwendung von eDNA hilft uns, das Bodenmikrobiom zu entschlüsseln – und ermöglicht es uns, seine Gesundheit und seine Fähigkeit zur Bereitstellung grundlegender Ökosystemfunktionen zu verstehen. Ein gesunder Boden ist voller Leben – und eine wichtige Kohlensoffsenke. Mit der eDNA-Analyse können wir verstehen, wie die mikrobielle Verarbeitungseinheit im Boden funktioniert, und dadurch wichtige Erkenntnisse über das zukünftige Kohlenstoffspeicherpotenzial des Bodens gewinnen: Wir helfen nicht nur zu verstehen, wie viel Kohlenstoff im Boden gespeichert ist (was derzeit die Standardmethode zur Untersuchung des organischen Kohlenstoffs im Boden ist), sondern wir können auch die Fähigkeit des Bodens analysieren, Kohlenstoff kontinuierlich und effektiv in der Zukunft zu speichern. Durch die Bewertung der Kohlenstoffnutzungseffizienz des Bodens (CUE) haben wir einen völlig neuen Frühindikator entwickelt, der es uns ermöglicht, zukünftige Vorhersagen zu treffen – und unsere Landnutzungspraktiken entsprechend den Ergebnissen frühzeitig anzupassen.

Alles beginnt im Boden. Alles endet im Boden. Aber unsere Böden werden weltweit zunehmend erschöpft: Derzeit sind mehr als 40% der globalen Böden degradiert. Der Hauptgrund dafür ist die intensive landwirtschaftliche Nutzung.

Glücklicherweise beginnt die Gesellschaft endlich zu erkennen, dass wir unsere Art der Landwirtschaft ändern müssen, dass im Interesse der Ernährungssicherheit und der Klimaregulierung die regenerative Landwirtschaft die Bodengesundheit aktiv fördern, wiederherstellen und verbessern muss. Wenn es jedoch darum geht, die regenerative Landwirtschaft zu fördern, wird der Boden oft als Standardorganismus behandelt, der mit Einheitslösungen behandelt werden kann. So wird der Boden allerdings nicht als die lebendige Substanz betrachtet, die er ist, die je nach spezifischer Geografie und Geologie immer anders aussieht und funktioniert. Selbst auf einem einzigen Feld können Sie viele verschiedene Bodentypen und viele verschiedene Zustände der funktionalen Bodenbiodiversität finden.

Außerdem leben wir in einer Zeit, in der wir nur das schätzen, was quantifiziert werden kann. Das bedeutet: Um etwas zu schützen, müssen wir in der Lage sein, Veränderungen und Fortschritte angemessen zu verfolgen. Derzeit wird auf nationaler und europäischer Ebene der Boden oft nur anhand seiner chemischen Parameter analysiert, während die Bodenbiologie übersehen wird. Aber wir müssen seine Fähigkeit zur Bereitstellung grundlegender Ökosystemfunktionen und seine Gesundheit betrachten, um fundierte Entscheidungen im Hinblick auf eine bessere Landnutzungspraxis treffen zu können. Die Quantifizierung der Vorteile gesunder Böden und die Auswirkungen ihrer Degradation werden auch helfen zu verstehen, welche enormen Kosten auf uns zukommen, wenn wir nicht jetzt Maßnahmen zum Schutz unserer Böden ergreifen.

Ausgehend von der Präzisionsmedizin und Biochemie sind wir bei Soilytix überzeugt, dass wir den Boden verstehen müssen, wie wir jetzt das menschliche Blut verstehen können – nur so können wir ihn schützen, seine Gesundheit verbessern, den Einsatz von Pestiziden reduzieren und nachhaltig die Erträge steigern, können wir zukünftige Entwicklungen auf Ökosystemebene und Effekte auf die Nahrungskette vorhersagen.

Wir müssen dringend handeln und unsere Böden schützen – aber dafür müssen wir sie verstehen. Unsere Böden sind kein Schmutz und auch nicht nur eine Schicht, die man vom Weltraum aus beurteilen kann. Unsere Böden leben – und wir müssen sie kennenlernen.

Mit freundlichen Grüßen aus dem Boden,

Ihr Soilytix-Team

 

Quellen:

 

Weiterführende Informationen:

22.04.2024 | Warum der Earth Day auch Weltbodentag ist

Lasst uns den fruchtbaren Boden feiern, der die Grundlage allen terrestrischen Lebens bildet

Von Dr. Hannah Schragmann und Berenice Di Biase, 22.04.2024

Heute ist Earth Day. Und unsere Erde, wie wir sie kennen, besteht aus üppigen grünen Landschaften, blühendem Leben und um dies alles zu erhalten, jede Menge Boden. Doch das war nicht immer so. In der 4,5 Milliarden Jahre alten Geschichte unseres Planeten sind Böden sehr jung – ihr Aufbau begann erst vor 450 Millionen Jahren. Um die Bedeutung von Böden zu verstehen, reisen wir zurück in der Zeit und stellen uns vor, wie der Planet Erde aussah, bevor sich Böden entwickelten: steinig, staubig und lebensfeindlich. Klingt wie der Mars, oder? Als Pflanzen ihr Leben an Land begannen, fingen auch die Böden an, sich zu entwickeln, und zusammen mit ihnen Pilze, Nematoden und Milben, welche die Grundlage unserer Nahrungsnetze bilden. In nur 20 Millionen Jahren wurde unser gesamtes Ökosystem transformiert: Die Bildung von meterdicken Böden ermöglichte die Entwicklung von Wäldern, die heute global 80% der Amphibienarten, 75% der Vogelarten und 68% der Säugetierarten beherbergen. Der Prozess der Bodenbildung verdeutlicht die vernetzte und zyklische Natur allen Lebens: Wenn die Lebensphase von Pflanzen und Tieren endet, beginnt eine neue Phase, da ihre Überreste dem Boden zurückgeführt werden. Bakterien und Pilze zerlegen die dem Boden zurückgeführte Materie in kleinere, wiederverwendbare Komponenten, die vom Bodenbiom und wachsenden Pflanzen konsumiert werden können. Der von Mikroorganismen angetriebene Zersetzungsprozess ist entscheidend, da er zur Bildung von organischem Bodenmaterial und Humus führt und gleichzeitig Nährstoffe zur Unterstützung neuer Lebensformen freisetzt. Das bedeutet auch, dass Boden eine lebenswichtige nicht erneuerbare Ressource ist: Es dauert mindestens 500 Jahre, um 1 cm Oberboden wiederherzustellen.

Warum Bodengesundheit so wichtig ist

Der Boden ist die fruchtbare Schicht, die unseren Planeten umgibt, er ist die Haut unserer Erde – und eine lebendige, sehr komplexe Substanz. Und genauso wie unsere Haut uns schützt, für uns atmet, wir nicht ohne sie leben könnten, könnten wir nicht ohne gesunde Böden leben. Paul Valéry sagte einmal: Haut ist das Tiefste im Menschen. Und dasselbe gilt auch für den Boden: Der Boden ist das Tiefste auf der Erde. Es gibt einen Grund, warum unser Planet Erde heißt. Also lasst uns an diesem Tag der Erde die Erde unter unseren Füßen, lasst uns den Boden feiern! Denn der Boden beherbergt nicht nur eine große Menge an Leben – er bildet die Grundlage allen terrestrischen Lebens. Beginnen wir mit dem ersten Punkt: Unsere Böden sind ein wahrer Hotspot der Biodiversität, wobei 25% der globalen Biodiversität von Böden beherbergt wird. In nur einer Tasse dieses “Schmutzes” haben Forscher bis zu 100 Millionen Organismen aus mehr als 5.000 Arten gezählt und damit das rege Leben im Boden hervorgehoben. Aber dieses Leben ist nicht nur wegen seiner Reichhaltigkeit und Schönheit schützenswert – unser lebendiger Boden erfüllt wichtige Ökosystemfunktionen:

  • Nährstoffmineralisierung: Mikroben wandeln Nährstoffe in für Pflanzen aufnehmbare Formen um
  • Bioremediation: Mikrobielle Aktivität kann Schwermetalle entgiften und so die Kontamination von Wasserquellen verhindern
  • Basis der Nahrungskette: Kleine Wirbellose ernähren sich von Bodenmikroben und werden wiederum von Vögeln usw. konsumiert
  • Aufbau von organischem Bodenkohlenstoff: Kohlenstoff muss durch das Mikrobiom verarbeitet werden, um den Bestand an organischem Bodenkohlenstoff aufzubauen

Gesunde Böden zeichnen sich durch ihre Fähigkeit aus, diese wichtigen Ökosystemfunktionen zu erfüllen – und wurden durch einen langen biochemischen Prozess aufgebaut. Böden sind der größte Kohlenstoffspeicher an Land und stellen direkt oder indirekt 95% unserer Nahrung bereit. Um das Leben auf der Erde, so wie wir es kennen, einschließlich unseres eigenen, zu erhalten, müssen Böden geschützt werden.

Sich verschlechternde Bodengesundheit erfordert dringende Aufmerksamkeit

Alles beginnt im Boden. Alles endet im Boden. Aber unsere Böden, die Haut unserer Erde und die Grundlage für alle oberirdischen Ökosysteme, werden weltweit ausgebeutet: Derzeit sind mehr als 40% der globalen Böden degradiert. Der Hauptgrund dafür sind Landnutzungsänderungen und schädliche Bewirtschaftungspraktiken, insbesondere im Zusammenhang mit der Landwirtschaft. Glücklicherweise beginnt die Gesellschaft zu erkennen, dass wir unsere Herangehensweise an den Boden ändern müssen, dass wir im Interesse der Ernährungssicherheit und der Klimaregulierung die Bodengesundheit aktiv fördern, wiederherstellen und verbessern müssen. Das Bodenmikrobiom bietet uns ein Fenster, um unsere Böden zu verstehen. Ausgehend von unserer Expertise in Präzisionsmedizin und Biochemie sind wir bei Soilytix davon überzeugt, dass das Verständnis und die Entschlüsselung der komplexen biologischen Schicht des Bodens der Schlüssel zur erfolgreichen Umsetzung von Lösungen zur Wiederherstellung, Verbesserung und Förderung der Bodengesundheit ist. Unsere Böden sind kein Schmutz, und sie sind nicht nur eine Schicht, die man aus dem Weltraum über Satellitenbilder beurteilen kann – wie es derzeit oft der Fall ist (bitte lest unseren nächsten Blogbeitrag für eine detaillierte Betrachtung dieser Thematik). Unsere Böden leben – und wir müssen sie kennenlernen. Von der Erde mit Respekt, Euer Soilytix Team

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Quellen: 

    • https://www.fao.org/fileadmin/user_upload/world_soil_day/infographic/GSP_WSD20_Infographic_A3_004b.pdf 
    • https://www.nature.com/scitable/knowledge/library/soil-carbon-storage-84223790/#:~:text=Soil%20organic%20carbon%20(SOC)%20levels,respiration%2C%20and%20decomposition%20are%20key.

Weiterführende Informationen: 

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