Pflanzen ernähren das Bodenleben – mit einem erstaunlich vielfältigen Wurzel-Cocktail
Böden sind keine leblosen Substrate. Sie sind hochkomplexe Ökosysteme mit Milliarden von Mikroorganismen pro Gramm Boden. Eine zentrale Rolle dabei spielen die Pflanzen selbst: Über ihre Wurzeln geben sie ständig Substanzen an den Boden ab – die sogenannten Wurzelexsudate.
Erstaunlich ist dabei die Menge: 10–40 % der durch Photosynthese gebildeten Kohlenstoffverbindungen können von Pflanzen aktiv in den Boden abgegeben werden. Diese Stoffe dienen dazu, Mikroorganismen zu ernähren, bestimmte Mikroben gezielt anzulocken, Nährstoffe im Boden verfügbar zu machen, Krankheitserreger zu unterdrücken und wichtige Symbiosen – etwa mit Mykorrhiza-Pilzen oder Knöllchenbakterien – zu steuern.
Ein komplexer chemischer Cocktail
Dieser „Cocktail“ aus Wurzelexsudaten besteht aus vielen verschiedenen Stoffgruppen.
Zu den wichtigsten gehören Zucker, etwa Glucose, Fructose oder Saccharose. Sie liefern vielen Bodenbakterien schnelle Energie. Hinzu kommen Aminosäuren wie Glycin, Alanin oder Glutaminsäure, die Mikroorganismen als organische Stickstoffquelle dienen.
Eine weitere wichtige Gruppe sind organische Säuren, beispielsweise Zitronensäure, Oxalsäure, Apfelsäure oder Milchsäure. Sie können Mineralstoffe aus dem Boden lösen, den pH-Wert im unmittelbaren Wurzelbereich verändern und dadurch bestimmte Mikroorganismen fördern.
Darüber hinaus geben Pflanzen eine Vielzahl sekundärer Pflanzenstoffe ab, darunter Phenole, Flavonoide, Terpene oder Alkaloide. Diese wirken häufig als Signalmoleküle, antibakterielle oder antifungale Substanzen oder als Lockstoffe für Symbionten. Ein bekanntes Beispiel sind Leguminosen: Sie geben Flavonoide ab, die Rhizobien aktivieren und damit die Stickstofffixierung ermöglichen.
Auch Schleimstoffe und Polysaccharide gehören zu den Wurzelexsudaten. Sie fördern die Bildung stabiler Bodenaggregate, unterstützen die Besiedlung durch Mikroorganismen und ermöglichen die Bildung mikrobieller Biofilme.
Jede Pflanzenart hat ihr eigenes „Rezept“
Die Zusammensetzung dieser Wurzelexsudate unterscheidet sich stark zwischen verschiedenen Pflanzenarten. Unterschiede gibt es sowohl in der chemischen Zusammensetzung als auch in der Menge der abgegebenen Stoffe und im zeitlichen Muster der Abgabe.
Leguminosen produzieren beispielsweise viele Flavonoide und fördern dadurch Rhizobien.
Gräser geben besonders viele Zucker ab und unterstützen häufig bakterienreiche Bodenmilieus.
Kreuzblütler produzieren unter anderem Senföle (Glucosinolate), die teilweise antimikrobiell wirken können.
Bäume wiederum setzen viele phenolische Verbindungen frei und fördern dadurch oft eine stärkere Pilzdominanz im Boden.
Warum Pflanzenvielfalt für den Boden so wichtig ist
Wenn auf einem Acker nur eine einzige Pflanzenart wächst, gelangt auch nur ein relativ einseitiger Mix an Wurzelexsudaten in den Boden. Das Bodenleben erhält gewissermaßen immer die gleiche „Mahlzeit“. Eine vielfältige Vegetation dagegen bringt eine große Bandbreite an Zuckern, organischen Säuren und sekundären Pflanzenstoffen in den Boden ein. Dadurch entstehen komplexe mikrobielle Netzwerke mit hoher funktioneller Vielfalt – eine wichtige Grundlage für stabile, fruchtbare Böden.
Daher spricht man in der Wissenschaft von „plant-specific microbiomes“ oder auch von „rhizosphere engineering“– also davon, dass Pflanzen aktiv ihr Bodenmikrobiom gestalten. Die Vielfalt der Pflanzen über der Erde ist deshalb auch die Grundlage für die Vielfalt des Lebens unter der Erde.
Zuckerverteilung in Gräsern, Kräutern und Leguminosen Ende vegetativer Wachstumsphase/ Beginn der Blütezeit. Die Unterschiede sind frappant: Gräser speichern die Energie in ihren Wurzeln, während dessen Kräuter die Energie in Form von Ausscheidungen, welche die mikrobiellen Interaktionen stark fördern, investieren. Leguminosen liegen zwischen diesen beiden Extremen. Die in der Tabelle dargestellten Prozentwerte unterliegen Schwankungen, widerspiegeln jedoch die allgemeine Tendenz. Quelle: ACRES USA, mit Anpassungen