Mit Hilfe dieser Arbeit steht primär die weiterführende didaktische Ausarbeitung eines Bodenkurses im Fokus, welcher nicht nur innerhalb eines universitären Fachkurses angeboten werden soll, sondern ebenso für Lehrer*innen ergänzende Methoden, Material und Versuchsanleitungen bereitstellt. Dieses Material soll dazu dienen, verschiedenes Wissen und Experimente bereitzustellen, welche die Thematik der Bodenbeurteilung vertieft.
Damit dieses Vorgehen gelingt, wird in einem ersten fachtheoretischen Teil die Methode der Bioindikation erläutert, Abgrenzungen zu anderen Begriffen wie Zeigerorganismen und das Biomonitoring vorgenommen und verschiedene pedogenetische Bioindikatoren vorgestellt. Ebenso werden vier ausgewählte Standorte im Raum Wuppertal beschrieben, in denen weiterhin die für diese Arbeit ausgewählten Zeigerorganismen lokalisiert und festgehalten werden. Die Auswahl der Zeigerorganismen wurde für das angestrebte Vorhaben nicht nur auf tierische Organismen, sondern ebenso auf Flechten und Pflanzen getroffen.
Die einzelnen Organismen werden zuerst fachtheoretisch vorgestellt und in den Kontext der Pedogenese eingebunden, um somit ihre besondere Bedeutung für diesen Prozess herauszustellen.
Mittels unterschiedlicher Methoden werden zudem die zu bestimmenden Organismen festgehalten. Hierfür erfolgt neben der Vorstellung der verwendeten Methoden ebenso eine Beurteilung der Bodengüte. Da die Thematik der Bioindikation zentraler Ausgangspunkt für die Erweiterung und Ergänzung des vorausgegangenen Bodenkurses darstellt, wird anknüpfend der didaktische Teil dieser Arbeit vorgestellt und im Hinblick auf die Eignung und Durchführbarkeit in unterrichtlichen Geschehen überprüft. Inbegriffen ist innerhalb dieser Einordnung eine Einbettung der Themenbereiche des Ökosystems der Böden sowie die Bioindikation in die verschiedenen Inhalts- und Kompetenzfelder der Sekundarstufe I & II von Gymnasien des Bundeslandes NRW. Anschließend werden die erweiterten Versuche und die grundsätzliche Planung vorgestellt und hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit kritisch betrachtet.
Abgeschlossen wird die Arbeit mit einer übergreifenden Diskussion im Hinblick auf Entwicklungsmöglichkeiten, Erweiterungen sowie einer Einordnung der Arbeit für weiterführende Kurse.
Inhaltsverzeichnis
Vorwort
1. Einleitung
1.1 Zielsetzung dieser Arbeit
2. Theoretischer Hintergrund
2.1 Die Pedogenese im Überblick zur Einordnung innerhalb der Bioindikation
2.1.1 Auswirkungen von abiotischen Faktoren auf Bioindikatoren
2.1.2 Auswirkungen von biotischen Faktoren auf die Bioindikation
2.1.3 Pflanzen und Tiere als Faktoren der Pedogenese
2.2 Einleitung in die Bioindikation
2.2.1 Bioindikatoren, Biomonitoring und weitere Begrifflichkeiten
2.3 Verschiedene Organismengruppen der Bioindikation
2.3.1 Tierische Bioindikatoren
2.3.2 Regenwürmer als Zeigerorganismus
2.3.3 Fadenwürmer (Nematoda)
2.3.4 Laufkäfer (Carabidae) als Zeigerorganismus
2.3.5 Pflanzen und Flechten als Bioindikatoren
2.3.6 Flechten als Bioindikatoren
2.3.7 Zeigerpflanzen als Bioindikatoren und Parameter für die Bodengüte
2.4 Hinleitung zum Forschungsteil
3. Forschungsteil
3.1 Einleitung
3.2 Standortbeschreibungen der Bioindikationsorte
3.2.1 Standort 1: Uni-Pfad
3.2.2 Standort 2: Gebäude K
3.2.3 Standort 3: Eskesberg
3.2.4 Standort 4: Falkenberg / Hasenberg
3.3 Materialien & Methoden für die Datenerhebung
3.3.1 Verwendete Materialien
3.3.2 Verwendete Methoden: Die Bestimmung der Regenwürmer (Lumbricidae) mit Hilfe der Senfpulver-Austreibung
3.3.2 Insektenfalle Barber Falle
3.3.3 Der Berlese-Tullgren-Extraktor
3.3.4 Dokumentation der Pflanzen, Flechten und Zeigerwerte
3.4 Datenpräsentation und Auswertung
3.5 Diskussion der Ergebnisse
3.6 Diskussion der angewendeten Methoden
3.7 Fazit und Ausblick für weitere Forschungsvorhaben
4. Didaktischer Teil: Vorstellung & Legitimation eines erweiterten Bodenkurses mit dem Schwerpunkt der Bioindikation
4.1 Hinführung der Gestaltung eines erweiterten Bodenkurses
4.2 Legitimation eines Bodenkurses angesichts der nachhaltigen Entwicklungsziele
4.3 Kompetenzbereiche
4.3.1 Erwerbsmöglichkeiten an Kompetenzen für die Sekundarstufe I
4.3.2 Kompetenzerwerb Sekundarstufe II
4.4 Gestaltung des Kurses bedingt durch neue Kursthemen
4.4 Erläuterung der Referatshemen
4.5 Erläuterungen der ergänzten Feldversuche der Exkursionstage
4.5.1 Regenwurmaustreibung mit Hilfe der Senfmehl-Methode
4.5.2 Barber-Falle
4.5.3 Artenbestimmung mit Hilfe von Bestimmungsliteratur zur Ergänzung der Bodengüte
4.5.4 Bodentemperatur
4.5.5 Bodenprobeentnahme mit Hilfe des Bodenbohrstocks
4.6 Ergänzte Versuche während der Labortage
4.6.1 Die Nematodenfalle
4.6.2 Die quantitative Erfassung der Katalase-Aktivität von Mikroorganismen
4.6.3 Filtereigenschaft des Bodens
5. Diskussion
5.1 Diskussion zur grundsätzlichen Gestaltung des erweiterten Kurses
5.2 Diskussion zur Eignung der erweiterten Feldversuche
5.3 Diskussion zur Eignung der erweiterten Laborversuche
5.3.1 Die Nematodenfalle
5.3.2 Experiment zum quantitativen Nachweis der Katalase-Aktivität von Mikroorganismen
5.3.3 Die Filtereigenschaft von Böden
5.4 Ausblick und Möglichkeiten für weitere Kurse
6. Literatur und Quellenverzeichnis
6.1 Primärliteratur
6.2 Internetquellen
6.3 Abbildungsverzeichnis
6.4 Tabellenverzeichnis
7. Anhang
8. Eigenständigkeitserklärung
Vorwort
Die hier vorliegende Abschlussarbeit zur Erlangung des Abschlusses für den Master of Education stellt eine vertiefende und anknüpfende Arbeit an die bereits im Bachelor-Studium angefertigte Abschlussarbeit dar und befasst sich weitreichender mit den Lebewesen, welche die Pedosphäre bevölkern. Ebenso wird deren besondere Stellung im Ökosystem des Bodens dargestellt. Im Vorfeld der Bachelorarbeit wurden in einem fachtheoretischen Teil verschiedene pedogenetische Prozesse aufgezeigt und erklärt sowie eine Forschung mit Regenwürmern bezüglich deren Wachstumsverhalten an unterschiedlichen Standorten vorgenommen, um somit die Bedeutung verschiedener abiotischer Faktoren für den Wachstumsprozess von Regenwürmern zu kennzeichnen. Innerhalb eines Seminars der Bergischen Universität Wuppertals im Fachbereich der Biologie wurde die didaktische Aufarbeitung der Thematik der Pedogenese und deren Einbindung in verschiedene Versuchsvorhaben sowie die Kontextualisierung in das Themenfeld der Schule zum Ziel.
Die Bachelorarbeit umrahmte dabei eine intensive Auseinandersetzung mit den Vorgängen der Bodenentstehung und fokussierte im Rahmen des Seminars verschiedene Bestimmungsverfahren zur Kennzeichnung ausgewählter Böden. Die dort von Studierenden angewandten Versuche sollen angehenden Lehramtsanwärter*Innen verschiedene experimentelle Anleitungen an die Hand geben, welche sie für zukünftige Unterrichtsverläufe nutzen können. Während des Zeitraums der Durchführung des Kurses wurde jedoch angemerkt, dass sowohl die Auseinandersetzung mit pflanzlichen als auch mit tierischen Organismen für das Biologiestudium nur ungenügend angesprochen und vertieft wurde. Ebenso mussten einige Versuche bezüglich ihrer Durchführbarkeit bzw. deren Verständlichkeit für Schüler*Innen überprüft werden, weswegen eine Überarbeitung sowie eine erneute Auseinandersetzung für die didaktische Aufarbeitung nötig wurde.
Die hier angefertigte Arbeit soll somit nicht nur die Bedeutung von verschiedenen Organismen für die qualitative Einordnung des Bodens in den Fokus stellen, sondern auch neue experimentelle Durchführungen vorstellen. Zudem sollen die bereits vorgestellten Experimente erweitert und für eine Diskussion zur Verfügung gestellt werden, sodass ein Sammelsurium an verschiedenen Experimenten entsteht und das Repertoire an Experimenten für den Fachunterricht der Biologie erweitert werden kann.
1. Einleitung
Luft- und Bodenverschmutzungen stellen aktuelle Phänomene dar, welche ebenso signifikante Faktoren für den sich abzeichnenden Klimawandel sind. Dass die humose Schicht eines Bodens dabei in der Lage ist, diverse Luftgase wie das Kohlenstoffdioxid (CO2) zu binden, wird oft verkannt oder ist selten bewusst (Schwinn 2019). Ferner erfüllen Böden noch weitere vielfältigere Funktionen, sodass sich das in den Böden vorkommende Leben als äußerst komplex beschreiben lässt. Dabei kann davon ausgegangen werden, dass in einer handvoll gesunder Erde mehr als sieben Milliarden Bodenorganismen leben, welche in der Lage sind, Pflanzenteile zu wertvollem Humus durch unterschiedlichste Prozesse umzuwandeln (Gisi et al. 1997). Zudem dienen Böden in Verbindung mit Quarz, Sand und Luft als natürliche Filter- und Speichereinheiten des lebenswichtigen Wassers (ebd.). Gegenwärtige Überdüngungen, Bodenerosionen und Bodenverdichtungen sowie Folgen des Klimawandels beeinflussen global die Böden, sodass ein Großteil des natürlichen Kohlenstoffdioxidspeichers aufgebraucht wird. Der natürliche Neuaufbau von nährstoffreichem humosem Boden, welcher das Kohlenstoffdioxid binden kann, verläuft jedoch äußert langsam. In den mittleren Breitengraden, in denen sich Deutschland als Fläche lokalisieren lässt, dauert es schätzungsweise 100 bis 300 Jahre bis sich eine Bodenschicht von einem Zentimeter bildet (Schroeder 1992). In anderen Regionen der Welt kann der Prozess der Bodenbildung bedingt durch standortgebundene Faktoren unterschiedlich beeinflusst sein, sodass etwa 1000 Jahre vergehen bis ein Centimeter neuer Boden gebildet wurde (ebd.). Insgesamt kann der derzeitige Zustand der Böden weltweit allerdings als äußerst negativ eingestuft werden (Scheub & Schwarzer 2017). Humus als Bodenform geht verloren, die Fruchtbarkeit des Bodens sinkt und der gebundene Kohlenstoff wird weitreichender als Klimagas Kohlenstoffdioxid (CO2) freigesetzt. Nach Angaben der Deutschen Gesellschaft für internationale Zusammenarbeit (GIZ) sind in den vergangenen 25 Jahren etwa 24 Prozent der weltweiten Landoberfläche degradiert (Rueter 2017). Nach weiteren Angaben der Vereinten Nationen ist der Verlust von Ackerland heute 30 bis 35-mal schneller als in der Vergangenheit (Umweltbundesamt 2015). Auch innerhalb Deutschlands werden Böden regelmäßig belastet und festgelegte Sollwerte des Einsatzes von Nitrat überschritten. Besonders betroffen ist das Bundesland Niedersachsen, welches auf nationaler Ebene mit einer Fläche von 2,6 Millionen Hektar den größten Anteil an Agrarflächen aufweist. Derzeit werden diese Flächen zu stark mit Nitrat angereichert, welches überwiegend durch Wirtschafts- und Mineraldünger auf den Nutzflächen ausgetragen wird (Niedersächsisches Ministerium für Umwelt 2020). Eine derartige Überdüngung hat zur Folge, dass gegenwärtig die Hälfte aller in Niedersachsen aufgestellten Grundwassermessstellen den zulässigen Nitratgehalt von 50 Milligramm pro Liter überschreiten (Abb. 1). Gemäß der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie befindet sich das Grundwasser somit in einem schlechten Zustand (BUND Landesverband Niedersachsen 2019). Bedingt durch den zu hohen Anteil an Nitrat kann das Grundwasser gesundheitsschädlich werden, sofern es nicht aufbereitet wird. Einhergehend mit der zu hohen Austragung an Wirtschafts- und Mineraldünger, welcher oft in Form von Gülle, Festmist oder Gärresten auf die Agrarflächen ausgetragen wird, erhöht sich ebenso der im Boden vorkommende Anteil an Schwermetallen wie Blei oder Cadmium. Dies beeinflusst nicht nur den menschlichen, sondern auch tierische und pflanzliche Organismen. Überdüngte und zu intensiv bewirtschaftete Böden stellen sich stark verändernde Lebensräume für verschiedenste Tierarten dar, wodurch Organismen wie im Boden lebende Wurm- und Insektenarten aus ihren natürlichen Lebensräumen verdrängt werden. Ebenso scheint die Überdüngung unter Anbetracht des rückläufigen Anteils an humosen Boden paradox, da besonders Wurm-, Nematoden- und Insektenarten als positive Faktoren der Pedogenese durch die Humifizierung, Bioturbation und Bodendurchmischung genannt werden (Schroeder 1992). Unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit sollte diese Thematik somit als Anlass dienen, das Thema der Bodenbelastung stärker in den schulischen Kontext einzubinden, welches bedingt durch das Themenfeld der Ökosysteme einen didaktischen Rahmen umfasst. Der aktuelle Anlass der Bodenbelastungen, die Artverdrängungen sowie eine nicht ausreichende didaktische Bearbeitung der Thematik wurde zum persönlichen Anlass, sich weiterführend mit der didaktischen Ausarbeitung eines Bodenkurses sowie der Pedogenese und den inbegriffenen pedogenetischen Zeigerorganismen auseinanderzusetzen.
1.1 Zielsetzung dieser Arbeit
Mit Hilfe dieser Arbeit steht primär die weiterführende didaktische Ausarbeitung eines Bodenkurses im Fokus, welcher nicht nur innerhalb eines universitären Fachkurses angeboten werden soll, sondern ebenso für Lehrer*Innen ergänzende Methoden, Material und Versuchsanleitungen bereitstellt. Dieses Material soll dazu dienen, verschiedenes Wissen und Experimente bereitzustellen, welche die Thematik der Bodenbeurteilung vertieft. Damit dieses Vorgehen gelingt, wird in einem ersten fachtheoretischen Teil die Methode der Bioindikation erläutert, Abgrenzungen zu anderen Begriffen wie Zeigerorganismen und das Biomonitoring vorgenommen und verschiedene pedogenetische Bioindikatoren vorgestellt. Ebenso werden vier ausgewählte Standorte im Raum Wuppertal beschrieben, in denen weiterhin die für diese Arbeit ausgewählten Zeigerorganismen lokalisiert und festgehalten werden. Die Auswahl der Zeigerorganismen wurde für das angestrebte Vorhaben nicht nur auf tierische Organismen, sondern ebenso auf Flechten und Pflanzen getroffen. Tierische Zeigerorganismen werden durch Regenwürmer (Lumbricidae) sowie Laufkäfer (Carabidae) und Fadenwürmer (Nematoda) festgehalten und bestimmt. Flechten werden auf Grund ihrer zuverlässigen Beschreibung für Luftverschmutzungen mit Hilfe ausgewählter Bestimmungsliteratur festgehalten und in didaktisch anwendbare Kartierungen eingeordnet, um so auf mögliche Boden- und Luftbelastungen zu verweisen.
Die einzelnen Organismen werden zuerst fachtheoretisch vorgestellt und in den Kontext der Pedogenese eingebunden, um somit ihre besondere Bedeutung für diesen Prozess herauszustellen. In diesem Zusammenhang wird auch auf gefährdete Arten eingegangen, damit eine Sensibilisierung für das Artgefüge sowie die Auswirkungen von Umweltbelastungen erfolgt. Als pflanzliche Indikatoren werden verschiedene Pflanzenarten an den zu überprüfenden Standorten bestimmt, welche es ermöglichen, weitere Standortbedingungen aufzuzeigen und diese innerhalb der Pedogenese einzuordnen. Durch die Auswahl der Standorte mit ihren unterschiedlichen Standortbedingungen und der Hilfe der Zeigerorganismen soll es gelingen, diese genauer zu beschreiben, mögliche Hinweise auf Umweltbelastungen zu identifizieren und die auffindbaren Böden genauer in ihrer Bodengüte einzuordnen. Hierfür werden die in dem Forschungsteil ausgewählten Bioindikatoren erhoben und hinsichtlich ihrer Zuordnung zu verschiedenen Standortfaktoren eingeordnet. Mittels unterschiedlicher Methoden werden zudem die zu bestimmenden Organismen festgehalten. Hierfür erfolgt neben der Vorstellung der verwendeten Methoden ebenso eine Beurteilung der Bodengüte. Da die Thematik der Bioindikation zentraler Ausgangspunkt für die Erweiterung und Ergänzung des vorausgegangenen Bodenkurses darstellt, wird anknüpfend der didaktische Teil dieser Arbeit vorgestellt und im Hinblick auf die Eignung und Durchführbarkeit in unterrichtlichen Geschehen überprüft. Inbegriffen ist innerhalb dieser Einordnung eine Einbettung der Themenbereiche des Ökosystems der Böden sowie die Bioindikation in die verschiedenen Inhalts- und Kompetenzfelder der Sekundarstufe I & II von Gymnasien des Bundeslandes NRW. Anschließend werden die erweiterten Versuche und die grundsätzliche Planung vorgestellt und hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit kritisch betrachtet. Abgeschlossen wird die Arbeit mit einer übergreifenden Diskussion im Hinblick auf Entwicklungsmöglichkeiten, Erweiterungen sowie einer Einordnung der Arbeit für weiterführende Kurse.
2. Theoretischer Hintergrund
Der erste Teil dieser Arbeit umfasst den theoretischen Hintergrund, auf welchem die nachfolgenden Abschnitte des forschungs- sowie fachdidaktischen Teils dieser Arbeit aufbauen. Dieser theoretische Hintergrund dient dazu, die in der vorausgegangenen Abschlussarbeit verwendeten Begriffe der Pedogenese in den Kontext der Bioindikation einzubetten. Hierfür werden noch einmal zusammenfassend die pedogenetischen Vorgänge mit Hilfe der Gleichung nach Ganssen (1972) herausgestellt, wobei der tierische und pflanzliche Einfluss auf die Pedogenese genauer in den Fokus gerückt wird. Zudem werden die biotischen und abiotischen Faktoren betrachtet, da diese die Ausprägung von bestimmten Organismen und das Erscheinungsbild verschiedener Böden beeinflussen. Daran anknüpfend wird in die Thematik der Bioindikation eingeführt. Hierfür wird eine Differenzierung der Begriffe der Bioindikatoren, des Biomonitoring und der Zeigerorganismen vorgenommen. Im Anschluss daran werden drei tierische Organismen zur Bioindikation vorgestellt, welche weiterführend in dem Forschungsteil untersucht werden. Ebenso wird die Bedeutung der Flechten innerhalb der Thematik der Bioindikation angeführt und botanische Arten vorgestellt, mit denen die Bodengüte genauer zugeordnet werden kann.
2.1 Die Pedogenese im Überblick zur Einordnung innerhalb der Bioindikation
Bevor im weiteren Verlauf vertiefend auf die einzelnen Bioindikatoren eingegangen wird, werden noch einmal die zentralen pedogenetischen Prozesse vorgestellt, um die Verknüpfung der Organismen für das Vorhaben der Bioindikation sowie der Bodengüte erschließen zu können.
Pedogenetische Prozesse stellen konstant ablaufende Prozesse zur Generierung neuen Erdmaterials dar, wobei unterschiedliche Faktoren mit unterschiedlichen Wirkungsgradienten auf diesen Prozess einwirken. Die Pedogenese (Pedos = Boden; Genese: Entstehung) kann dabei mit Hilfe einer von Ganssen (1972) aufgestellten Formel beschrieben werden:
B = f (K, G, R, W, T, V, Wi, Z)
Die angeführte Formel zeigt einen Ausschnitt der Faktoren, die auf die Entstehung von neuem Bodenmaterial einwirken. Neben den Faktoren der Wirtschaftsweise des Menschen (Wi), des Klimas (R) oder der Zeit (Z) haben ebenso Pflanzen (P) und Tiere (T) einen Anteil an der Entstehung neuen Bodenmaterials, da sie beispielsweise Bodenumlagerungsprozesse bedingen. Gleichermaßen wirken aber auch biologische, physikalische und chemische Prozesse und Faktoren auf die Entstehung neuen Bodenmaterials ein. Hierbei wird größeres und festeres Gestein in kleinere Einheiten umgewandelt (Fuchs 2018). Als Beispiel können Prozesse wie die Wurzelsprengung, Gesteinsverwitterung oder Hydrolyse angeführt werden, die größere Gesteinsformen zersetzen oder umwandeln und somit feineres Material zur Bodenbeschreibung entstehen lassen. Die angeführten Prozesse stellen allerdings nur einen kurzen Ausschnitt von Bodenentstehungsfaktoren und Bodenentstehungsprozessen dar und können vertiefend in Fuchs (2018) nachgelesen werden.
Der Fokus, welcher in dieser Arbeit mit dem Hintergrund der Bodenentstehung sowie der Einordnung der Bodengüte vorgenommen wird, erfolgt vielmehr mit Hinblick auf die Zusammensetzung von biotischen und abiotischen Faktoren sowie den Faktoren des tierischen sowie pflanzlichen Einflusses. Pflanzen und Tiere stellen wichtige Erkennungsmerkmale zur Beschreibung einer Bodengüte dar, da sie nicht nur in unmittelbarem Austausch mit den Bodenhorizonten stehen, sondern ebenso auf ihnen leben, Nährstoffe erhalten und diese durch Prozesse wie die Bioturbation, Bodenumlagerung oder Remineralisierung umgestalten. Je nachdem, wie sich bestimmte Umwelteinflüsse für einen Standort identifizieren lassen, so lassen sich auch bestimmte Organismen vorfinden. Diese standortgebundenen Organismen zur Beschreibung der Bodengüte stellen den Ausgangspunkt des weiteren Verlaufs dieser Arbeit dar.
2.1.1 Auswirkungen von abiotischen Faktoren auf Bioindikatoren
Um Böden und Organismen als Bioindikatoren hinsichtlich der standorttypischen Faktoren bestimmen und bewerten zu können, müssen gleichermaßen die abiotischen Faktoren eines Ortes als Rahmenbedingungen erfasst und berücksichtigt werden, da diese das Vorkommen von bestimmten Arten maßgeblich beeinflussen. Hierfür stellen abiotische Faktoren solche Umweltfaktoren dar, auf die Lebewesen keinen direkten Einfluss nehmen. Typische Faktoren für abiotische Umwelteinflüsse umfassen dabei Parameter wie der pH-Wert, die Temperatur, das Klima, Licht, Relief, die Strömung, die Konzentration von Nährsalzen und anderen Stoffen, wozu auch bodenbelastende Faktoren genannt werden können (Nabors & Scheibe 2007).
Die Parameter Klima, Relief, Temperatur lassen sich auch in der aufgestellten Formel zur Beschreibung der Pedogenese wiederfinden und verdeutlichen, wie eng Organismen, Standortfaktoren und Vorgänge der Bodenentstehung miteinander verbunden sind. Mit Hilfe der Beschreibung des Klimas werden die Luftfeuchtigkeit, Lufttemperatur, Sonneneinstrahlungsverhältnisse und Wettererscheinungen erfasst (ebd.). Diese Parameter können mit Hilfe verschiedener Messinstrumente erfasst werden und repräsentieren erste Hinweise auf das Vorhandensein bestimmter Tier- und Pflanzenarten, da sie sich an die Gegebenheiten der abiotischen Faktoren angepasst haben. Tiere, die beispielsweise hohen Temperaturen ausgesetzt sind, haben hierfür Strategien entwickelt, um diesen Temperaturen zu trotzen. Ebenso können nur bestimmte Pflanzenarten eine geringe Sonneneinstrahlung tolerieren und alle lebenswichtigen Funktionen aufrechterhalten. Organismen müssen gleichermaßen auf bestimmte im Boden vorkommende Nährsalze zurückgreifen können, um so lebenswichtige Nährstoffe, wie bestimmte Salze (Natrium oder Kalium) zu sich nehmen zu können (ebd.). Auch der Zugang zu Wasser ist von entscheidender Bedeutung für das Vorkommen bestimmter Arten, da manche Arten besser an eine Wasserknappheit angepasst sind als andere Arten. Die Verbindung von standortgebundenen abiotischen Faktoren und vorkommenden pflanzlichen und tierischen Organismen ist somit unmittelbar (Fiedler 2001). Neben diesen abiotischen Faktoren, an die dort vorkommenden Organismen angepasst sein müssen, ist eine Anpassung an biotische Faktoren ebenso wichtig. Worin unterscheiden sich nun die abiotischen von den biotischen Faktoren und welche Bedeutung erfahren sie für die Thematik der Bioindikation und Bestimmung der Bodengüte?
2.1.2 Auswirkungen von biotischen Faktoren auf die Bioindikation
Im Gegensatz zu den abiotischen Faktoren stellen die biotischen Faktoren solche Faktoren dar, welche unmittelbar von der lebenden Umwelt aufgestellt werden. Dies umfasst nicht nur ein weitreichendes Netz an Konkurrenzverhältnissen, sondern auch das Vorkommen von Parasitismus, Krankheitserregern, Feinden und die Auswahl des Nahrungsangebotes (Nabors & Scheibe 2007). Ein bestimmter Organismus befindet sich demnach stetig in einer Auseinandersetzung mit anderen Organismen, welche konkurrierender oder auch symbiontischer Art sein können (ebd.). Das Nahrungsangebot als biotischer Faktor kann dabei ein Konkurrenzverhalten verstärken oder bei einer fehlenden Existenz den Organismus dazu anleiten, sich entweder anzupassen oder einen Standort zu suchen, welcher dem Organismus eine Nahrungsquelle bietet. In Bezug auf die bodenentstehenden Prozesse stellen biotische Faktoren nur bedingt einen Anteil dar. Zwar finden sich Organismen in der aufgestellten Gleichung nach Ganssen (1972) innerhalb der Variablen „T“ wieder, jedoch werden diese dort nur als Faktor gesehen, welcher neues Bodenmaterial durch beispielhafte Prozesse wie der Humifizierung und Bioturbation entstehen lässt. Diese Prozesse werden insbesondere durch die Arten der Lumbricidae umgesetzt, sodass neues mineralreicheres Bodenmaterial durch sie angereichert wird (Schroeder 1992). Biotische Faktoren bedingen die Pedogenese sofern nur, wenn bedingt durch das Konkurrenzverhalten ein Organismus zersetzt wird. Der dadurch entstandene Kohlenstoff bietet den Ausgangspunkt einer Nahrungsquelle, der weiterverarbeitet und innerhalb des Bodenmaterials eingefügt wird (ebd.). Dieser Vorgang der Zersetzung eines abgestorbenen Organismus stellt den einzigen Punkt hinsichtlich der Prozesse der Pedogenese dar. Im Vergleich zu den abiotischen Faktoren lässt sich somit herausstellen, dass biotische Prozesse auf der Ebene der lebenden Organismen untereinander betrachtet werden müssen.
Als Ausgangspunkt für Bodenentstehungsprozesse dienen diese nur, sobald ein Organismus in Kohlenstoff umgewandelt wird. Abiotische Faktoren hingegen wirken permanent auf den Boden ein, da sie bedingt durch ihre chemischen und physikalischen Eigenschaften stetig vorhanden sind (Gisi et al. 1997). Dementsprechend ist es für ein Forschungsanliegen auch von besonderer Bedeutung diese zu erfassen und zu dokumentieren, um somit die Zustandsparameter für Zeigerorganismen beschreiben zu können. Je nachdem, wie intensiv diese Faktoren auf einen Boden einwirken, so repräsentiert sich die Zusammensetzung der Böden mit deren standortgebundenen Organismen unterschiedlich. Das Gefüge der Organismen, welche innerhalb der Böden vorkommen, äußert sich bei einer genaueren Analyse als sehr belebt und es können unterschiedliche Organismen erkannt werden. Wie hoch das Repertoire an diversen Organismen innerhalb verschiedener Böden sein kann und welche Bedeutung diese innerhalb der Pedogenese erfahren, wird weiterführend erklärt. Folgend wird ein Überblick über die Verteilung von vorhandenen Organismen innerhalb des Bodens aufgezeigt, welcher es auch ermöglicht, bestimmte Tiergruppen herauszustellen, die für ein Forschungsvorhaben bezüglich der Bioindikation herangezogen werden können. Ebenso werden die genannten Prozesse der Humifizierung und Mineralisierung erklärt und verdeutlicht.
2.1.3 Pflanzen und Tiere als Faktoren der Pedogenese
Die organische Substanz, die sich im Boden befindet und diesen zusammensetzt und beeinflusst, lässt sich unter Einbezug der nach Brauns (1968) aufgestellten Grafik veranschaulichen (Abb. 2). Hierbei ist zu erkennen, dass sich der Boden mit Hilfe des Anteils an Humus, Pflanzen und Wurzeln sowie des Edaphons beschreiben lässt. Das Edaphon, welches sich aus Bakterien, Actinomyceten, Algen und Pilzen sowie Bodentieren zusammensetzt, ist in der Lage, das für einen Boden typische Klima, den Temperaturverlauf sowie die Durchlüftung von Böden zu regulieren (Brauns 1968). Ebenso werden einzelne Bodenschichten durch den Einfluss des Edaphons sowie der Pflanzen umgelagert, neugestaltet und durchmischt (ebd.). Der Wurzelsystemverbund, welcher tief in den Boden reichen kann, hält die Vegetation und die Bodenmasse zusammen, wodurch Bodenerosionen vermieden werden können. Ebenso entzieht die Vegetation eines Standortes die in einem Bodenmaterial enthaltenen Mineral- und Nährstoffe, welche als abgestorbene organische Substanzen abgestoßen werden (ebd.). Da die unterschiedlichsten Pflanzenarten auch unterschiedlich auf Mineral- und Nährstoffe sowie andere Standortfaktoren, wie die Lichteinstrahlung oder den im Boden vorfindbaren pH-Gehalt angewiesen sind, können sie durch das Vorhandensein bestimmter Parameter für die Beschreibung eines Standortes eingesetzt werden (Ellenberg et al. 2001). Dies gilt ebenso für die Tiere und Flechten, da alle Organismen nur unter einem artspezifischen Setting anzufinden sind. Je nachdem, wie ein Boden strukturiert ist und wie sich bestimmte Parameter definieren, kann das Edaphon in seinen unterschiedlichsten Erscheinungsformen, die oberste Bodenschicht (die Streu) und die sich darunter befindende Bodenschicht ab- oder umwandeln, wodurch sich die Güte eines Bodens ebenfalls beschreiben lässt. Die Prozesse, welche hauptsächlich durch das Aufnehmen und Ausscheiden von Bodenmaterial betitelt werden können, sind die der Remineralisierung oder Humifizierung. Nicht nur Regenwürmer haben einen Anteil an dieser Zersetzung und Umgrabung, sondern auch andere im Boden vorkommende Tiere, wie Laufkäfer, die sich in kleineren Höhlen des Bodens befinden. Auch Nematoden, die nur unter Zuhilfenahme eines Mikroskops erkennbar sind, zersetzen weitere organische Substanzen und können durch deren Vorhandensein dazu verwendet werden, Böden zu beschreiben und deren Güte einzuordnen. Die nachfolgende Tabelle repräsentiert nicht nur, wie hoch der Anteil verschiedener Organismen in der durchschnittlichen Biomasse ist, sondern ermöglicht es auch, weitere Indikatoren herauszustellen, welche einen Anteil an pedogenetischen Prozessen haben (Tab. 1). Demnach kann angenommen werden, dass unabhängig von den unterirdischen Pflanzenorgangen sowie Pilzen und Bakterien, Regenwürmer mit 10 Prozent den höchsten Anteil der tierischen Biomasse ohne Pflanzen eines Bodens haben (Tab.1). Daran anknüpfend ist zu verzeichnen, dass Nematoden und Fluginsekten als weitere Organismen genannt werden, die einen Anteil an der Biomasse des Bodens darstellen (ebd.). Mit Hilfe der Aufstellung einer solchen Verteilung ist es möglich, einzelne Organismen als Standortparameter herauszustellen und mit Hilfe der vorkommenden Arten, die Güte der ausgewählten Böden zu bestimmen. Mit dem Verweis auf eine höhere Rate und Diversität an vorhandenen Organismen und der Verortung der Bedeutung von Organismen für Böden, können diese die Güte von Böden beeinflussen. Die angenommene Gewichtsverteilung der Biomasse nach Gisi et al. (1997) unterstreicht eine solche Diversität von Böden, ohne dabei auf die spezifischen Arten eines Standortes einzugehen. Die aufgestellte Massenverteilung der verschiedenen Organismengruppen ermöglicht es zudem, Indikatoren für die Standortcharakterisierung und Beurteilung der Bodengüte auszuwählen. Obwohl die Tabelle lediglich eine Übersicht der vorhandenen Organismen darstellt und einen idealtypischen Boden repräsentiert, der nicht weiter durch bestimmte Kriterien, wie die Bodentiefe, Standortsfaktoren und Bewirtschaftungsformen beschrieben wird, können diese Organismen als Orientierungspunkt herangezogen werden (Gisi et al. 1997).
2.2 Einleitung in die Bioindikation
Damit eine spezifischere Beschreibung der Bodengüte, abgeleitet aus der Durchsetzung der Biomasse eines Bodens mit Hilfe verschiedener Organismen erfolgen kann, müssen ausgewählte Organismengruppen, welche nur an bestimmten Standorten auffindbar sind, dokumentiert werden. Hierfür ist es sinnvoll, ausgewählte Standorte hinsichtlich der benannten Organismen nach Gisi et al. (1997) auf das Vorkommen und die Häufigkeit zu überprüfen. Dieses Vorgehen soll im weiteren Teil dieser Arbeit im Raum Wuppertal an verschiedenen Orten durchgeführt werden. Doch bevor eine solche Dokumentation verschiedener Arten an ausgewählten Standorten erfolgt, muss die Thematik der Bioindikation genauer definiert, beschrieben und von anderen Begrifflichkeiten differenziert werden, sodass der Begriff der Bioindikation sicher verwendet werden kann. Hierfür werden im folgenden Teil die Begrifflichkeiten der Bioindikatoren, das Biomonitoring und der Bioindikation vorgestellt. Daran anknüpfend werden die einzelnen Organismen vorgestellt, welche für die Bioindikation in dieser Arbeit überprüft werden. Ebenso wird erläutert, warum sich die einzelnen Arten besonders für den Einsatz der Bioindikation eignen. Fortführend wird der Forschungsteil der eigens durchgeführten Bioindikation präsentiert, welcher an vier verschiedenen Standorten im Raum Wuppertal durchgeführt wurden, um so die vorausgegangene Optimierung eines Bodenkurses an der Bergischen Universität Wuppertal zu optimieren.
2.2.1 Bioindikatoren, Biomonitoring und weitere Begrifflichkeiten
Das Sammelsurium an Begriffen für die Beschreibung einzelner Bioindikatoren erfährt seit den 1990er Jahren einen regelrechten Zuwachs (Spang 1992; Schlumprecht & Völkl 1992; Reck 1990). Somit wird es unausweichlich, eine bestimmte Begriffsdefinition zu erfassen, um Indikatoren zu definieren, diese präzise voneinander abzugrenzen und bestimmen zu können. Hierfür wird in einem ersten Teil eine begriffliche Differenzierung vorgenommen, um im Anschluss die Bedeutung der einzelnen Indikatoren und den dort inbegriffenen Organismen für die Pedogenese zu kennzeichnen. Um präzisere Kenntnisse über Strukturen, Funktionen sowie den einzelnen historischen Bedingungen eines Systems erschließen zu können, dienen Pflanzen und Tiere mit ihrem Auftreten an bestimmten Orten für die Beschreibung eines lebendigen Ökosystems. Somit können sie als Indikatoren eingesetzt werden, wobei sich das Wort „Indikator“ hierfür aus dem lateinischen Wort „indicare“ ableiten lässt und so viel bedeutet wie „anzeigen“ (Duden 2020). Diese in einem Ökosystem vorkommenden Pflanzen und Tiere kennzeichnen standortgebundene Biozönosen sowie biotische und abiotische Faktoren (Spang 1996). Damit das Gefüge der einzelnen Faktoren erschlossen werden kann und bestimmte Räume für die Bewertung anhand von Bioindikatoren genutzt werden können, bedarf es einer genauen Analyse des Aufbaus, der Struktur sowie des Verhaltens der einwirkenden Faktoren (Müller 1980).
Bioindikatoren stellen folglich unterschiedliche Indikatoren dar, die für die Erkennung und der mengenmäßigen Erfassung von Umweltfaktoren bestimmt sind (Frahm 1998). Unterteilen lassen sich die Bioindikatoren in Zeigerorganismen, Monitororganismen und Testorganismen. Als Bioindikator kann jede Tier- oder Pflanzenart herangezogen werden, da jede dieser Arten bestimmte Lebensansprüche aufweist (Frahm 1998). Ein spezifisches Artvorkommen beschreibt eine Stelle, welche deren Standortsfaktoren wie beispielsweise die Lichtintensität, Feuchtigkeit und Temperatur kennzeichnet. Jeder Organismus ist somit ein Indikator für einen bestimmten Standort (ebd.). Der Indikationswert eines Organismus ist dabei von der Standortamplitude abhängig, sodass euryöke und stenöke Arten für Beschreibungen hilfreich sind und zu spezifischen Indikationswerten zugeordnet werden können (Ellenberg et al. 2001). Dies kann sich besonders bei Pflanzen äußern, welche als Schwermetall-, Salzpflanzen oder Stickstoffzeiger betitelt werden können (ebd.). Die Begrifflichkeit des Bioindikators ist jedoch nicht immer präzise und wird oftmals im Zusammenhang mit Schadstoffen betrachtet oder in anderen Zusammenhängen diskutiert (Frahm 1998). Ein ausschließlicher Rückbezug auf Schadstoffe muss nicht immer der Fall sein, da mit Hilfe der Bioindikatoren auch Aussagen über biotische oder abiotische Faktoren getroffen werden können. Obwohl es sich bei Bioindikatoren um lebende Indikatoren und nicht um Messinstrumente handelt, können auch diese Rückschlüsse über andere umweltbezogene Einflüsse zulassen. Festhalten lässt sich somit für die Begrifflichkeit der Bioindikatoren:
„Bioindikatoren sind Organismen oder Organismengemeinschaften, die auf anthropogene Einflüsse mit Veränderungen ihrer Lebensfunktionen oder ihres Vorkommens reagieren oder vom Menschen in die Umwelt eingebrachte Stoffe anreichern.“ (Frahm 1998, S. 2)
Begriffe wie Indikator oder Zeigerorganismus können somit gleichbedeutend verwendet werden, da deren Übergang als ineinander übergreifend angesehen werden kann (ebd.). Je nachdem wie sich die Reaktionen der Veränderungen äußern, können diese physiologisch durch ein Absterben oder sogar Aussterben beschrieben werden. Von Organismen aufgenommene Schadstoffe können weiterhin dazu führen, dass betroffene Organismen von Störungen oder irreparable Schäden betroffen sind (ebd.). Wird eine derartige Beobachtung wahrgenommen, so können neben der Veränderung einer betroffenen Art auch weitere Arten betroffen sein, sodass ganze Gemeinschaften verändert werden. Wird nicht von der Einwirkung oder dem Einfluss von Schadstoffen ausgegangen, sondern durch die Veränderung anderer Parameter wie die Veränderung des pH-Wertes eines Bodens oder eine unregelmäßige Lichteinstrahlung, so können unterschiedliche Rückschlüsse auf die jeweiligen betreffenden abiotischen und biotischen Standortbedingungen vorgenommen werden.
Das Biomonitoring wird als ein Verfahren betrachtet, wobei bestimmte Monitororganismen explizit zur Indikation von Schadstoffen eingesetzt und überwacht werden (Frahm 1998). Die herkömmlichen Verfahrensweisen dieser ständigen Beobachtungsform kann entweder qualitativ oder quantitativ erfolgen. Die Bioindikation hingegen ist zeitlich begrenzt und stellt im Vergleich zum Verfahren der Überwachung (Biomonitoring) eine Art des Festhaltens und Dokumentierens dar (ebd.). Nach Müller (1980) stellt das Verfahren der Bioindikation zudem eine Aufschlüsselung des Informationsgehaltes eines bestimmten Biosystems dar, welche für die Bewertung von Räumen genutzt wird. Hierbei ist darauf zu achten, dass zwischen einer Sach- und Werteebene unterschieden werden muss, da Bioindikatoren spezifische Informationen eines Raumes auf der Sachebene darbieten (Spang 1996). Eine anschließende Bewertung auf der Wertebene kann erst dann erfolgen, wenn diese gewonnenen Informationen aufgearbeitet wurden und beispielsweise mit den Umweltqualitätszielen oder durch Konvention festgelegten Wertskalen abgeglichen wurden (Riecken 1992). Ist eine Auswahl der bestimmten Bioindikatoren erfolgt, wird noch einmal zwischen Organismen unterschieden, die entweder Akkumulationsindikatoren oder Wirkungs- und Reaktionsindikatoren anzeigen (Abb. 3). Je nachdem ob nur die Artebene oder die Artebene mit dem inbegriffenen Nahrungsnetz betrachtet wird, kann zwischen dem aktiven oder passiven Monitoring unterschieden werden (Spang 1996). Akkumulationsindikatororganismen verweisen auf Schwermetalle, Chlorkohlenwasserstoffe oder andere Stoffe, welche innerhalb ihrer Körper eingelagert werden. Besonders sind hierbei einzelne Gewebearten wie die der Verdauungsapparate zu beachten, da sich dort die beispielhaft genannten Substanzen anreichern. Dies zeigt sich insbesondere bei Vögeln und Muscheln, welche unter anderem als Beispielorganismen herangezogen werden können, da Vögel Chlorkohlenwasserstoffe und andere persistente Stoffe innerhalb ihrer Körper anreichern (ebd.). Muscheln hingegen akkumulieren Schwermetalle und organische Verbindungen. Wirkungs- oder Reaktionsindikatororganismen dienen aufgrund ihrer Reaktion mit Schadstoffen als Indikatoren (ebd.)
Bei dem Verfahren des Biomonitoring kann erneut zwischen dem aktiven und passiven Monitoring unterschieden werden (Abb. 3). Das aktive Monitoring erfolgt genau wie bei der Betrachtung der Akkumulationsindikatoren auf der Artebene. Bei dem passiven Monitoring wird hingegen die Artebene sowie die zönotische Ebene herangezogen, um eine Bioindikation durchzuführen (Spang 1996). Zu den Wirkungsindikatoren können beispielhafte Organismen wie Aale, Kieselalgen (Bacillariophyceae), Daphnien, bestimmte Grünalgen (Chlorophyceae) oder Flechten genannt werden (ebd.). Flechten werden, genauso wie Moose, besonders innerhalb der Botanik zur Erfassung von Luftverunreinigungen eingesetzt (Wirth 1995). Organische Luftschadstoffe wie polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, polychlorierte Biphenyle oder Dioxine können beispielsweise durch die Exposition von Grünkohl (Brassicaceae) erfasst werden (ebd.). Hierbei verweist die Anreicherung dieser Stoffe innerhalb der wachsreichen Blattfläche auf eine erhöhte Belastung. Als Indikator für Ozon und Fotooxidanzien werden meist ausgewählte Tabaksorten verwendet, die sehr empfindlich auf hohe Ozonkonzentrationen reagieren. Bei dem Verfahren der Flechtenexposition zur Erfassung saurer Luftverunreinigungen werden Flechten (Hypogymnia physodes) auf Brettern ausgebracht (ebd.). Als Messgröße für die Wirkung von Luftschadstoffen wird dann die Absterberate innerhalb eines Jahres erfasst.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Innerhalb dieser Arbeit wird jedoch auf Wirkungsindikatoren nach Spang (1996) zurückgegriffen und mit Hilfe ausgewählter Bestimmungsliteratur einzelne Indikatoren bedingt durch die Perspektive der Artebene herausgestellt, welche die vier Standorte und deren Indikatoren beschreiben und bestimmen sollen. Weiterhin sollen mit Hilfe der Indikatoren mögliche vorhandene Umweltschadstoffe herausgestellt werden. Hierfür ist entscheidend, dass ebenfalls auf die Bestimmung von faunistischen Bioindikatoren zurückgegriffen wird. Die meisten der vorhandenen Vorgehensweisen zur Bioindikation berufen sich auf die Charakterisierung und Bewertung von Lebensräumen auf Grundlage von vorhandenen Ansätzen der Vegetationsbestimmung, um somit bestimmte Faktoren aufzeigen zu können (Ellenberg et al. 2001). Da in dieser Arbeit jedoch auch Tiere zur Bioindikation herangezogen werden, ist es wichtig zu vermerken, dass diese im Vergleich zu Pflanzen in artspezifischer Weise an vorhandene Raumstrukturen gebunden sind und somit nicht immer eindeutig mit Pflanzengesellschaften zuzuordnen sind (Blab 1988). Dies liegt mitunter daran, dass die an einem Standort vorkommende Flora schneller und empfindlicher gegenüber Veränderungen innerhalb des Lebensraumes reagieren als die Fauna (Stroscher 1988). Auf Grundlage der Forschung von Schlumprecht & Völkl (1992) konnte ebenso bewiesen werden, dass die Lebensräume hochgradig gefährdeter Tierarten überproportional wenig in den botanisch als wertvoll ermittelten Flächen lagen. Somit ist es zur Charakterisierung und Bewertung von Lebensräumen unabdingbar, neben der Flora auch die Fauna als eigenständiges Element zu berücksichtigen (Spang 1996). Welche faunistischen Arten ausgewählt werden, wird nachfolgend erläutert.
2.3 Verschiedene Organismengruppen der Bioindikation
2.3.1 Tierische Bioindikatoren
Folgend werden die für das Biomonitoring ausgewählten tierischen Organismen vorgestellt, welche ebenfalls in dem Forschungsteil dieser Arbeit erfasst wurden. Die Darstellungen und Beschreibungen der einzelnen Tierfamilien stellen einen Überblick über deren Aufbau, das Vorkommen und die Lebensweise dar. Eine verbindende Erläuterung, warum sich die vorgestellten Familien für die Bioindikation eignen und wie diese für die Festlegung der Güte von Böden genutzt werden können, spannt den Bogen für die innerhalb dieser Arbeit aufgestellte Fragestellung. Angefangen wird zuerst mit der Beschreibung und Erklärung der Regenwürmer (Lumbricidae). Anschließend werden die Laufkäfer (Coleoptera) und die Fadenwürmer (Nematoda) vorgestellt. Folgend werden ebenso Flechten und einige Zeigerpflanzen dargestellt, die für die Bioindikation und die Einordnung der Böden hilfreich sind.
2.3.2 Regenwürmer als Zeigerorganismus
Regenwürmer (Lumbricidae) stellen mit etwa 230 verschiedenen Arten gegliederte Würmer aus der Ordnung der Wenigborster (Oligochaeta) dar, welche über die gesamte Holarktis verbreitet sind (Spang 1996). In Deutschland konnten davon bisher 35 Arten nachgewiesen werden (Hellberg-Rode 2004). Insgesamt können Regenwürmer einen Anteil von über 90% der gesamten Bodenfauna ausmachen, wobei sie als Destruenten eine zentrale Bedeutung beim Abbau organischer Substanzen sowie der Durchlüftung und Lockerung des Bodens, der Mineralstoffumlagerung (Bioturbation) und Mineralstofferzeugung (Humifizierung) des Bodens einnehmen (ebd.). Bedingt durch die von Regenwürmern fortgesetzten Durchmischungsprozesse ergeben sich fortlaufende Veränderungs- und Umstrukturierungsprozesse von Böden, wodurch sich ebenfalls Bodentypen unterschiedlich beschreiben lassen und neue Bodenarten beschrieben werden können. Einen entscheidenden Anteil an den Veränderungs- und Umstrukturierungsprozessen nehmen Regenwürmer bedingt durch ihre Fortbewegung mit Hilfe ihrer typischen Rund- und Längsmuskulatur ein. Eine abwechselnde Kontraktion der beiden Muskelgruppen sowie sich an der Körperoberfläche befindende Cilien sorgen dafür, dass sich die Würmer fortbewegen können (Spang 1996). Für die Humifizierung sind Regenwürmer und andere Bodenorganismen bedingt durch ihre Verdauungs- und Zersetzungsprozesse verantwortlich. Nach der mechanischen Zersetzung der organischen Ausgangssubstanz wie verrottetes Pflanzenmaterial der Streuauflage, erfolgen innerhalb des Verdauungsapparates der Regewürmer verschiedene biochemische Prozesse (ebd.). Liegen Aminosäuren, Monosaccharide, Peptide und Lignine als Ausgangsstoffe vor, werden sie durch den natürlichen Zersetzungsprozess der Regenwürmer (Humifizierung) zu stabilen Humussubstanzen wie Huminstoffe synthetisiert und im Oberboden angelagert, wo sie die Bodeneigenschaften wie die Bodenfruchtbarkeit sowie den Wasserhaushalt positiv verändern können (Schroeder 1992). Einhergehend mit der Humifizierung findet ebenso die Anreicherung der Mineralstoffe statt, welche ebenfalls die Güte von Böden beeinflusst und von Bodenorganismen umgesetzt wird (Abb. 4). Die Prozesse der Humifizierung und Mineralisierung sowie die damit einhergehende Erzeugung von neuem Bodenmaterial, verweist auf die besondere Bedeutung der Stellung von Tieren, wie den beispielhaft genannten Regenwürmern, innerhalb der Bodenentstehungsgleichung nach Ganssen (1972). Hierfür sind auch die weiteren Organismen von zentraler Bedeutung, welche sich anhand der aufgestellten Formel mittels des Faktors „T“ (Tiere) aufzeigen lassen können, sodass jeder Stamm, jede Gattung und jede Art von Tieren ihre Bedeutung innerhalb der Pedogenese erfährt. Die weiteren Faktoren der aufgezeigten Formel der Pedogenese (siehe Kapitel 2.1), wurden bereits in der vorherigen Bachelorarbeit herausgestellt und können dort für ein tieferes Verständnis nachgeschlagen werden (Fuchs 2018).
Während ihrer Lebzeit können Regenwürmer ein Alter von etwa einem bis zu sechs Jahren erreichen, wobei die Lebensdauer davon abhängig ist, in welcher Bodenschicht die Würmer aufzufinden sind (Bouche 1972). Hierbei wird zwischen den Würmern unterschieden, welche hauptsächlich in der Streuschicht oder in den tieferen Bodenschichten vorzufinden sind. Die Würmer der Streuschicht erreichen dabei auf Grund der geringeren Körpergröße, der höheren UV-Strahlung sowie anderen Stressfaktoren ein Alter von etwa einem Jahr, wohingegen die Würmer der tieferen Bodenschichten (Tiefgräber) bis zu sechs Jahre alt werden können (Dunger 1983). Nach Bouche (1972) können die Regenwürmer, welche in unterschiedlichen Bodengefügen leben, in drei verschiedene Kategorien eingeteilt werden. Die erste Kategorie kann als epigäische Regenwürmer beschrieben werden (ebd.). Diese sind in der obersten Bodenschicht vorzufinden, welche sich durch die Streuauflage sowie des sich zersetzendem Holz kennzeichnet. Die dort vorkommenden Regenwürmer nehmen die Nahrung direkt an der Bodenoberfläche auf und nicht erst in darunterliegenden Bodenschichten (ebd.). Stellvertretend für die epigäischen Regenwürmer können die folgenden Arten genannt werden: Lumbricus rubellus, Lumbricus castaneus, Dendrobaena rubida und Dendrobaena octaedra (Bouche 1972). Die zweite Kategorie wird als endogäische Regenwürmer betitelt (ebd.). Hierunter lassen sich jene Regenwürmer zusammenfassen, welche die humosen Mineralböden bewohnen und innerhalb dieser Bodenschicht auch mineralische und organische Nahrung zu sich nehmen. Als stellvertretende Arten lassen sich hierfür unter anderem Octolasion t. lacteum und Aporrectodea caliginosa nennen (ebd.). Die letzte Kategorie wird als Tiefgräber betitelt, worunter sich Arten wie Lumbricus terrestris und Aporrectodea longa zusammenfassen lassen (ebd.). Diese leben hauptsächlich in vertikal verlaufenden Gangsystemen, welche etwa einen Meter tief in den Boden reichen und kommen zur Nahrungsaufnahme an die Erdoberfläche (ebd.).
Ausgewählt wurden die Lumbriciden als eine von drei Bioindikatoren, da sie unmittelbar an der Pedogenese sowie der Bioturbation beteiligt sind und sehr schnell auf sich verändernde Faktoren reagieren. Die Haut der Regenwürmer, welche in einer ständigen Verbindung zum Erdmaterial steht, reagiert äußerst empfindlich auf bodenphysikalische und bodenchemische Faktoren (Spang 1996). Hierzu zählen insbesondere die Bodenfeuchte, die Qualität des Bodens bedingt durch den Humusanteil, der Carbonatgehalt sowie der pH-Wert (Dunger 1983). Hierfür konnte nachgewiesen werden, dass bedingt durch die unterschiedliche Ausprägung der Kalkdrüsen, die einzelnen pH-Toleranzbereiche von Art zu Art unterschiedlich sein können. So zeigte sich nach Piearce (1972), dass besonders Dendrobaena octaedra und Dendrobaena rubida als besonders säuretolerante Arten genannt werden können. Zu den säureintoleranten Arten gehören Aporrectodea caliginosa, Allolobophora chlorotica und Octolasion t. lecteum (Pierace 1972). Verändern sich die biochemischen und biophysikalischen Faktoren, so weichen die Regenwürmer auf andere Standorte aus. Demnach können mit Hilfe der Bestimmung der einzelnen Arten innerhalb eines Standortes verschiedene Rückschlüsse auf vorhandene Bioindikatoren gezogen werden (Spang 1996). So kann eine beispielhafte Versauerung eines Bodens negative Auswirkungen auf den Artbestand sowie die Individuenzahl haben, da epidermale Schleimzellen bei zu sauren pH-Werten vermehrt werden, wodurch wiederum die Vitalität eines Wurms stark gesenkt wird (Baltzer 1956).
[...]
-
Upload your own papers! Earn money and win an iPhone X. -
Upload your own papers! Earn money and win an iPhone X. -
Upload your own papers! Earn money and win an iPhone X. -
Upload your own papers! Earn money and win an iPhone X. -
Upload your own papers! Earn money and win an iPhone X. -
Upload your own papers! Earn money and win an iPhone X. -
Upload your own papers! Earn money and win an iPhone X. -
Upload your own papers! Earn money and win an iPhone X. -
Upload your own papers! Earn money and win an iPhone X. -
Upload your own papers! Earn money and win an iPhone X. -
Upload your own papers! Earn money and win an iPhone X. -
Upload your own papers! Earn money and win an iPhone X. -
Upload your own papers! Earn money and win an iPhone X. -
Upload your own papers! Earn money and win an iPhone X. -
Upload your own papers! Earn money and win an iPhone X. -
Upload your own papers! Earn money and win an iPhone X. -
Upload your own papers! Earn money and win an iPhone X. -
Upload your own papers! Earn money and win an iPhone X. -
Upload your own papers! Earn money and win an iPhone X. -
Upload your own papers! Earn money and win an iPhone X. -
Upload your own papers! Earn money and win an iPhone X. -
Upload your own papers! Earn money and win an iPhone X. -
Upload your own papers! Earn money and win an iPhone X. -
Upload your own papers! Earn money and win an iPhone X. -
Upload your own papers! Earn money and win an iPhone X.