Von landwirtschaftlichen Böden benötigte Bakterien

Der Boden ist einer der grundlegenden Bestandteile des Agrarsystems, da er als Medium für das Pflanzenwachstum sowie als Ökosystem fungiert, das verschiedene biologische Prozesse unterstützt. Die Produktivität des Bodens wird nicht nur durch den Nährstoffgehalt bestimmt, sondern auch durch die Aktivität der darin lebenden Organismen. Eine Gruppe von Organismen, die eine wichtige Rolle spielen, sind Bodenbakterien. Bakterien tragen zum Nährstoffkreislauf, zum Abbau organischer Stoffe, zur Bildung der Bodenstruktur und zu biologischen Wechselwirkungen bei, die das Pflanzenwachstum und die Pflanzengesundheit unterstützen. Daher ist das Vorhandensein einer vielfältigen und ausgewogenen Bakteriengemeinschaft ein wichtiger Indikator für eine nachhaltige landwirtschaftliche Bodenbewirtschaftung.

Bodenbakterien kommen in sehr unterschiedlicher Anzahl und Art vor. Der größte Teil davon befindet sich in der Rhizosphärenzone, also dem Landbereich, der direkt von der Wurzelaktivität der Pflanzen beeinflusst wird. Pflanzenwurzeln produzieren Ausscheidungen in Form organischer Verbindungen, die als Energiequelle für Mikroorganismen dienen können. Dadurch wird die Rhizosphäre zu einer Umgebung mit relativ hoher mikrobiologischer Aktivität. Die Interaktion zwischen Wurzeln und Bakterien kann einen positiven Einfluss auf die Nährstoffverfügbarkeit und die Entwicklung des Wurzelsystems haben.

Eine für landwirtschaftlich genutzte Böden wichtige Bakteriengruppe sind stickstofffixierende Bakterien. Stickstoff ist ein wesentliches Element, das Pflanzen für die Bildung von Proteinen, Nukleinsäuren, Chlorophyll und verschiedenen Stoffwechselverbindungen benötigen. Obwohl Stickstoff in großen Mengen in der Atmosphäre vorhanden ist, können die meisten Pflanzen ihn in dieser Form nicht direkt nutzen. Bestimmte Bakterien haben die Fähigkeit, Luftstickstoff in eine Form von Stickstoff zu binden, die in den biologischen Kreislauf gelangen kann. Ein weithin bekanntes Beispiel ist die Rhizobium-Gruppe, die durch die Bildung von Wurzelknollen eine symbiotische Beziehung mit Hülsenfrüchten eingeht. Darüber hinaus gibt es nicht-symbiotische und assoziierte stickstofffixierende Bakterien wie Azotobacter und Azospirillum.

Die nächste Gruppe sind phosphatlöslich machende Bakterien. Phosphor ist ein wichtiges Element im Energiestoffwechsel, bei der Bildung von Zellmembranen, bei der Wurzelentwicklung und bei Pflanzenreproduktionsprozessen. Das Problem, das in landwirtschaftlich genutzten Böden häufig auftritt, besteht darin, dass ein Teil des Phosphors in gebundener Form vorliegt und daher nicht leicht von den Wurzeln aufgenommen werden kann. Phosphatlöslich machende Bakterien können organische Säuren und andere Verbindungen produzieren, die dazu beitragen, die Löslichkeit bestimmter Phosphate zu erhöhen. Mehrere Gattungen, wie Bacillus und Pseudomonas, wurden aufgrund ihres Potenzials, die Phosphorverfügbarkeit für Pflanzen zu erhöhen, umfassend untersucht.

Zersetzerbakterien spielen auch eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Bodenfruchtbarkeit. Pflanzenreste, Stroh, Blätter, Mist und verschiedene andere organische Materialien enthalten komplexe Verbindungen, die abgebaut werden müssen, bevor die darin enthaltenen Nährstoffe im Bodenökosystem wieder verfügbar werden können. Am Zersetzungsprozess sind Bakterien und andere Mikroorganismen beteiligt. Die Zersetzungsaktivität unterstützt den Kohlenstoff- und Stickstoffkreislauf und trägt zur Bildung organischer Bodensubstanz bei. Daher kann das Vorhandensein ausreichender organischer Substanz ein wichtiger Faktor für die Aufrechterhaltung der mikrobiologischen Aktivität des Bodens sein.

Abgesehen von ihrer Rolle bei der Bereitstellung von Nährstoffen werden einige Bakterien auch als Plant Growth-Promoting Rhizobacteria (PGPR) bezeichnet. Bei dieser Gruppe handelt es sich um Bakterien, die mit Pflanzenwurzeln assoziiert sind und durch verschiedene Mechanismen das Pflanzenwachstum positiv beeinflussen können. PGPR-Bakterien können dazu beitragen, die Nährstoffverfügbarkeit zu erhöhen, Verbindungen zu produzieren, die die Wurzelentwicklung beeinflussen, und mit anderen Mikroorganismen in der Rhizosphärenumgebung interagieren. Mehrere Gruppen von Bacillus, Pseudomonas und Azospirillum sind Beispiele für Bakterien, die in diesem Zusammenhang ausführlich untersucht wurden.

Aus Sicht der Bodengesundheit kann das Vorhandensein von Bakterien nicht vom Gleichgewicht der Gesamtgemeinschaft der Mikroorganismen getrennt werden. Gesunder Boden bedeutet nicht, dass es nur eine bestimmte Art von Mikroorganismen gibt, sondern dass es eine biologische Gemeinschaft mit relativ ausgewogener Vielfalt und Funktion gibt. Einige Bakterien können mit pathogenen Mikroorganismen um Platz und Nahrungsquellen konkurrieren. Bestimmte Bakterien sind auch in der Lage, Stoffwechselprodukte zu produzieren, die die Entwicklung bestimmter, für Pflanzen schädlicher Organismen hemmen können. Dieser Mechanismus zeigt, dass Bakterien Teil eines komplexen biologischen Systems sind, das die Stabilität landwirtschaftlicher Ökosysteme aufrechterhält.

Dennoch erfordert die Verwendung von Bakterien als biologische Wirkstoffe oder Biodünger die Berücksichtigung der Umweltbedingungen des Bodens. Die Wirksamkeit eines Bakteriums wird stark vom pH-Wert, der Luftfeuchtigkeit, der Temperatur, der Verfügbarkeit von organischem Material, der Belüftung und den chemischen Bedingungen des Bodens beeinflusst. Bakterien, die an einem Standort wirksam sind, liefern unter verschiedenen Bedingungen des Agrarökosystems möglicherweise nicht unbedingt die gleichen Ergebnisse. Daher sollte das Management von Bodenmikroorganismen auf der Grundlage von Bodeneigenschaften, Pflanzenarten und lokalen Umweltbedingungen erfolgen.

Basierend auf dieser Beschreibung haben Bakterien eine strategische Funktion bei der Aufrechterhaltung der Produktivität und Gesundheit landwirtschaftlicher Böden. Stickstofffixierende Bakterien, Phosphatlösungsvermittler, Zersetzer organischer Stoffe und pflanzenwachstumsfördernde Bakterien sind mehrere Gruppen, die in landwirtschaftlichen Systemen von großem Wert sind. Der Ansatz der Bodenbewirtschaftung sollte jedoch nicht nur auf die Zugabe bestimmter Mikroorganismen ausgerichtet sein, sondern auch auf die Schaffung von Bedingungen, die die Entwicklung natürlicher Mikroorganismengemeinschaften unterstützen. Die Verwendung organischer Materialien, eine ordnungsgemäße Bodenbewirtschaftung und die Umsetzung nachhaltiger landwirtschaftlicher Praktiken sind wichtige Bestandteile des Aufbaus biologischer, produktiver und nachhaltiger Bodenökosysteme.

Literatur

1. Vessey, J. K. (2003). Pflanzenwachstum fördernde Rhizobakterien als Biodünger. Pflanze und Boden, 255, 571–586.
2. Bhattacharyya, P. N., & Jha, DK (2012). Pflanzenwachstumsfördernde Rhizobakterien (PGPR): Entstehung in der Landwirtschaft. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 28, 1327–1350.