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Böden bestehen nicht nur aus Mineralien (45%), Gasen (25%) und Wasser (23%), sondern auch aus einem kleinen Teil an organischer Substanz (7%). Ein Großteil davon wiederum besteht aus abgestorbenem, pflanzlichen und tierischen Material. Knapp 10% der organischen Substanz der Wurzelmasse wird lebenden Pflanzen zugerechnet während die restlichen wenigen Prozent das sogenannte “Edaphon”, des Bodenlebens ausmachen. Trotz seines sehr geringen Anteils ist das Bodenleben für die Erde als Ökosystem ein unerlässlicher Faktor. Besonders in den verschiedenen Nährstoffzyklen stellen das Bodenleben und seine zahlreichen Prozesse eine Schlüsselfunktion dar. Im folgenden Artikel werden einige wichtige Bakterienarten des Bodens aufgelistet und deren Funktionen in den jeweiligen Nährstoffkreisläufen erläutert.
Bakterien sind winzige Einzeller, die im Boden hauptsächlich organisches Material konsumieren und so für Pflanzen und andere Bodenlebewesen verwendbar machen. In einem Teelöffel Erde befinden sich durchschnittlich 100.000- 1 Millionen Bakterien. Um es sich besser vorstellen zu können: Sie haben pro Hektar die Masse von zwei ausgewachsenen Kühen. Bei Bakterien im Boden wird zwischen vier verschiedenen Gruppen unterschieden, welche einen Einfluss auf den Wasser- und Nährstoffhaushalt des Bodens sowie die Anfälligkeit von Krankheiten haben. Die erste und größte Gruppe sind, wie zuvor bereits erwähnt, die Zersetzer. Neben organischem Material können sie auch Schadstoffe konsumieren und unschädlich machen. Ihre Hauptaufgabe ist es Nährstoffe wie Stickstoff zu immobilisieren oder in ihren Zellen zurückzuhalten, um Stickstoffversickerungen zu verhindern.
Die Mutualisten machen die zweite Gruppe aus. Sie gehen Partnerschaften mit Pflanzen ein und viele von ihnen sind besser bekannt als N-Fixierende Bakterien. Pathogene fallen in die dritte Gruppe. Darin eingeschlossen sind Erwinia oder das Agrobacterium, die in der Landwirtschaft bekannt sind.
Die Symbiose mit Knöllchenbakterien ist in der Landwirtschaft ein Vorteil, der es einigen Pflanzenarten ermöglicht Stickstoff besser zu verwenden, als anderen. Hülsenfrüchte wie Erbsen, Linsen und Bohnen, aber auch bestimmte Getreidearten können mit hilfe von dieser Bakterienart Stickstoff (N2) ganz einfach aus der Atmosphäre entziehen und sind damit nicht so sehr auf N-Düngung angewiesen.
Möglich gemacht wurde dies vor hunderten von Jahren von seltenen Mutationen, die es den Pflanzen erlaubte sich mit den Bakterien zusammenzuschließen. Doch keine Symbiose funktioniert einseitig. Während die Pflanze Stickstoff erhält, empfangen die Bakterien Kohlenhydrate und andere organische Stoffe über die Wurzeln.
Knöllchenbakterien werden die stickstoffsammelnden Bakterien (Rhizobien) genannt, da sie als Gruppe die Schleimhülle in den Wurzelhaaren besiedeln, wo sich diese krümmen und sich zu einem knöllchenartigen Gewächs entwickeln.
Phosphor ist ein Makronährstoff mit vielen wichtigen Aufgaben für das Pflanzenwachstum. P-Dünger sind teuer und schädigen bei übermäßigem Auftragen Boden, Wasser und Umwelt. Zusätzlich zum extrem begrenzten Vorkommen, können die Wurzeln der Pflanzen es auch nur in bestimmten Formen aufnehmen. Aus diesen Gründen ist es wichtig, dass der Phosphor, welcher im Boden bereits vorhanden ist, von den Pflanzen so effektiv wie möglich aufgenommen werden kann. Dabei helfen Phosphor-solubilisierende Bakterien (PSB). Diese haben, wie der Name schon vorgibt, die Fähigkeit Phosphor aufzulösen, um ihn so für Pflanzen verwendbar zu machen. Für eine nachhaltige Landwirtschaft ist das Management dieser Art von Bakterien besonders wichtig, da gelöster Phosphor ein mangelndes Element in Böden ist.
Stickstoff ist ein wichtiges Element in der Landwirtschaft. Bei regulären N-Düngerapplikationen können bis zu 50% des aufgetragenen Stickstoffs durch Versickerung oder Verflüchtigung verloren gehen. Daher ist es empfehlenswert sich noch mit weiteren Bakterien im Stickstoffkreislauf zu beschäftigen.
Im Boden gibt es Stickstoff fixierende Bakterien, welche keine Symbiosen mit Pflanzen eingehen. Freilebende Bakterienarten wie Azotobacter oder Clostridium können elementaren Stickstoff aus der Atmosphäre konsumieren, ohne sich zwangsläufig an Wurzeln binden zu müssen. Sicherzustellen, dass genügend dieser Bakterien im Boden vorhanden sind und unter optimalen Bedingungen arbeiten können, kann die Abhängigkeit von Stickstoffdüngern reduzieren.
Bakterien aus der Gattung der Azospirillum binden sich, ähnlich wie Rhizobien, an die Wurzeln von Pflanzen und gehen eine Symbiose mit diesen ein. Dort fixieren sie atmosphärischen Stickstoff und erhöhen die Wurzelhaarbildung, was ausschlaggebend für die Wasseraufnahme der Pflanze ist. In vielen biologischen Düngern sind Azospirillumbakterien dank ihrer Fähigkeiten ein Grundstoff.
Diese Art von Bakterien im Boden ähneln in ihrer Wachstumsstruktur den Hyphen von Pilzen. Sie sind für den charakteristischen Geruch von frisch umgegrabener Erde zuständig, da sie schwer zersetzbare Verbindungen wie Zellulose und Chitin zerlegen und dem Boden zur Verfügung stellen. Zusätzlich produzieren Streptomyces, eine Unterart der Actinomycetes, Antibiotika, welche in der Human- Tier sowie Pflanzenmedizin Verwendung finden, da sie Pathogene abwehren. 60% der neuartigen Pestizide haben ihren Ursprung in diesen Mikroorganismen und sind demnach wenig giftig und umweltfreundlich.
Der Stickstoffkreislauf in der Landwirtschaft ist oft von N-Düngung geprägt. Jedoch befinden sich im Boden eine Vielzahl an Stickstofffixierenden Bakterien, welche den Pflanzen dabei helfen können elementaren, atmosphärischen Stickstoff (N2) in verwendbare Formen umzuwandeln. Diese Fähigkeit hat das Potential die Landwirte von der Abhängigkeit nach Düngung zu befreien. Auch der Phosphorkreislauf wird durch PSB nachhaltig gestaltet und kann bei einem guten Management die Menge an verwertbaren, löslichen P im Boden deutlich erhöhen.
Für die Nachhaltigkeit von Betrieben sowie dem Umwelt- und Gewässerschutz sind diese Bakterien von großer Wichtigkeit, da zu häufiges Düngen schädlich für diese Bereiche sein kann.