Die ökologische Bedeutung von Algen dominierten, phototrophen Biofilmen auf Bodenoberflächen

Verfasst von Dr. Joachim Jahnke

Die ökologische Bedeutung von Algen dominierten, phototrophen Biofilmen auf Bodenoberflächen

Dr. J. Jahnke

Biofilme sind dünne (µm bis mm) Schichten auf festen Oberflächen, die aus Mikroorganismen (vorwiegend Bakterien, Pilzen und auch Algen), deren extrazellulären polymeren Substanzen (EPS) und u. U. verklebten anorganischen und organischen Bestandteilen (z.B. Sedimentpartikel) bestehen.

Vegetationsarme, freie Bodenoberflächen, z.B. Rohböden, Ackerböden zwischen den Feldfrüchten, umgebrochene Äcker, Böden arider Gebiete, selbst Wüstenböden zeigen bei genügender Feuchtigkeit schon nach wenigen Tagen grünliche Biofilmbildungen. Es sind Bodenalgen im Vereine mit Bakterien und Pilzhyphen – phototrophe Biofilme – die die Sedimentpartikel der Bodenoberflächen mit ihren EPS, Hyphen und Trichomen verkleben und auf diese Weise ein Mikrohabitat mit hoher mikrobieller Aktivität bilden.

Zur Bedeutung wird neben ihrer erosionsmindernden Wirkung vor allem arider Böden, die Funktion der phototrophen Biofilme als Nährstoffzwischenspeicher und damit als günstige Struktur für die Bodenfruchtbarkeit herausgestellt. Für Rohböden und Wüstenböden sind die Algen als Primärproduzenten die bedeutendste Quelle für organischen Kohlenstoff und im Falle der Beteiligung vor allem Luftstickstoff fixierender Cyanobakterienarten auch für organischen Stickstoff.

Im Bodenökosystem stellt die Bodenoberfläche neben der Rhizosphäre ein „hot spot“ der mikrobiellen Aktivität und vermutlich auch der Diversität dar. Dennoch ist die Bedeutung dieser Biofilme, wie auch der Bodenalgen selbst, für das Bodenökosystem nicht hinreichend bekannt.

Unser Ziel ist es an Rekultivierungsböden aus Löss des rheinischen Braunkohlereviers grundlegende qualitative und quantitative Daten des biotischen Beziehungsgefüges zu erheben und die Sukzession und Dynamik der mikrobiellen Zönose im Kompartiment „Bodenoberfläche“und der sie beeinflussenden ökosystemaren Faktoren kausalanalytisch zu beschreiben. Die Ergebnisse unserer grundlegenden Analysen sollen auch zu Anwendungen im Bereich Monitoring (Schadstoffe, Nährstoffe, Klima), Bodenschutz und der Bodennutzung, sowie der Biodiversität undNutzung bio- bzw. gentechnisch interessanter Arten führen.

 Aktuelle Untersuchungen:

 Publikationen zum Thema

Jahnke, J., D.M. Mahlmann, P. Jacobs, U.B. Priefer (2011): The influence ofv growth conditions on the cell dry weight per unit biovolume of Klebsormidium flaccidum (Charophyta), a typical ubiquitous soil alga. Journal of Applied Phycology 23, 655-664

Jahnke, J., D.M. Mahlmann (2010): Differences in the cellular dry weight per unit biovolume of Phormidium autumnale (Cyanobacteria) dependent on growth conditions. Journal of Applied Phycology 22, 117-122.

Mahlmann, D.M., J. Jahnke, P. Loosen (2008): Rapid determination of the dry weight of single, living cyanobacterial cells using the Mach-Zehnder double-beam interference microscope. European Journal of Phycology 43, 355-364.

Jahnke, J., T. Wehren, U.B. Priefer (2007): In vitro studies on the impact of the naked soil amoeba Thecamoeba similis Greef, feeding on phototrophic soil biofilms. European Journal of  Soil Biology 43, 14-22.

Jahnke, J. (2005): Nackte Amöben als Weidegänger auf Bodenalgenbiofilmen.

Mikrokosmos 94, 37-44.

Jahnke, J. (2004): Beobachtungen an terrestrischen Algenbiofilmen mit dem Hell- und       

Dunkelfeld-Auflichtmikroskop. Mikrokosmos 93, 287-294.

Jahnke, J., U.B. Priefer (2002): Phototrophic biofilms of restored fields in the rhenish lignite

mining area: development of soil algal, bacterial, and fungal biomasses. Soil Biology and Biochemistry 34, 1157-1165.

Jahnke, J. (2001): Algenbiofilme auf Bodenoberflächen: Strukturanalyse an Paraffinschnitten.

Mikrokosmos 90, 149-156.

Diplom- und BSc-Arbeiten zum Thema:

Oebels, K. (2009): Laboruntersuchungen an phototrophen Biofilmzönosen auf Schwermetall belastetem Lockersyrosem. BSc Arbeit, RWTH Aachen, Biologie I, Lehr- und Forschungsgebiet Ökologie des Bodens.

Wehren, T. (2006): Untersuchungen zur Heterogenität der Bodenalgenbiofilmzönosen eines Luzernefeldes des ackerbaulichen Rekultivierungsgebietes im rheinischen Braunkohlerevier Inden West. Diplomarbeit, RWTH Aachen, Biologie I, Lehr- und Forschungsgebiet Ökologie des Bodens.

Kremer, C. (1999): Untersuchungen zum Stickstoffhaushalt der Bodenoberflächenschicht rekultivierter Böden des rheinischen Braunkohletagebaues im 1. und 3. Jahr des Luzerneanbaus. Diplomarbeit, RWTH Aachen, Biologie I, Lehr- und Forschungsgebiet Ökologie des Bodens.