Eigentlich hatte Martin Schädler gar nicht vor, sein Berufsleben dem Boden zu widmen. Der Biologe war lange Zeit fasziniert von afrikanischen Geckos, er hat sich mit Eidechsen, Lurchen und Heuschrecken beschäftigt.
Mittlerweile ist der 48-jährige Hallenser ein Experte für Bodenökologie. Er untersucht am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ), was der Klimawandel für die unzähligen winzigen Lebewesen im Erdreich bedeutet, die dort den Nährstoffkreislauf in Gang halten.
"Als Wissenschaftler geht man dorthin, wo die Probleme sind", sagt Schädler gegenüber Klimareporter°. Was den Boden betrifft, sind die Probleme gravierend. Wie Schädlers Forschungen zeigen, nimmt die Biomasse der Bodentiere sowohl durch den Klimawandel als auch durch eine zu intensive Bewirtschaftung ab.
Der Verlust lässt sich mit dem Insektensterben vergleichen. Allerdings findet er bislang wenig Beachtung, weil die Vorgänge verborgen im Erdreich stattfinden und nicht vor aller Augen.
Weltgrößtes Klimawandel-Experiment
Um den Veränderungen im Boden auf die Spur zu kommen, hat die Helmholtz-Gesellschaft 2013 eine Freilandversuchsanlage in Bad Lauchstädt bei Halle errichtet. Die "Global Change Experimental Facility" (GCEF) erstreckt sich über sieben Hektar und gilt als größtes Klimawandelexperiment der Welt.
Martin Schädler ist der Koordinator. Mit seinem Team kann der Ökologe dort das Klima der Zukunft simulieren und so Erkenntnisse darüber gewinnen, wie es dem Boden in mehreren Jahrzehnten voraussichtlich gehen wird.
Global Change Experimental Facility
Auf der Freilandversuchslange GCEF in Bad Lauchstädt bei Halle werden auch weitere Untersuchungen durchgeführt. Etwa zu Plastik im Boden oder zu Bakterien. Oder auch zu der Frage, was sich in der Vegetation verändert: Bei höheren Temperaturen und mehr Trockenheit siedeln sich mehr trockenheitsresistente Pflanzen an, die sich beispielsweise durch ledrigere Blätter auszeichnen. Diese liegen dann länger im Boden, da die Bodentiere sie langsamer abbauen.
Unter großen Stahlkonstruktionen, die an Gewächshäuser erinnern, liegen insgesamt 50 Parzellen, die unterschiedlich genutzt werden. Auf jeweils zehn Parzellen gibt es konventionell und ökologisch bewirtschafteten Acker, außerdem Grünland sowie bunte Wiesen, die entweder gemäht oder mit Schafen beweidet werden.
Bei der Hälfte der Parzellen gibt es Dächer aus Folie, die sich nachts schließen. Da die nächtliche Auskühlung ausbleibt, kommt es zu einer Temperaturerhöhung um etwa 0,6 Grad, die über Sensoren in verschiedenen Höhen und im Boden kontrolliert wird.
Die Erwärmung entspricht dem Szenario, wie es in den Jahren 2070 bis 2100 für die Region typisch sein könnte. Eine Beregnungsanlage hilft dabei, die größere Trockenheit im Sommer und etwas mehr Niederschlag im Frühjahr und Herbst zu simulieren.
Zwei negative Effekte addieren sich
"Im Jahr 2014 haben wir angefangen zu manipulieren", sagt Schädler. Im Jahr darauf wurden erstmals Bodenproben entnommen. "Sofort waren Veränderungen zu sehen." Als "Hotspot" erwiesen sich die obersten zehn Zentimeter des Bodens. "Da spielt sich das meiste ab", sagt der Wissenschaftler.
Das Team konzentriert sich auf zwei Gruppen von Bodentieren, die mit Abstand am häufigsten vorkommen: Springschwänze und Milben. Die einen werden zu den Insekten gezählt, die anderen sind Spinnentiere.
Streubeutel und Köderstreifen
Zur Bestimmung der Biomasse im Boden werden auch sogenannte Streubeutel eingesetzt. Sie sind aus Kunststoff, zumeist Nylon, werden mit Streu aus getrockneten Getreidepflanzen gefüllt und auf den Boden gelegt wie abgeworfene Blätter einer Pflanze. Je nach Maschenweite der Beutel haben alle Bodentierchen Zutritt – oder gar keine. Nach einer gewissen Zeit sammelt man die Beutel ein und wiegt, wie viel Streu verschwunden ist, also von den Tieren abgebaut wurde. So kann man den Beitrag der Tiere messen.
Eine weitere Methode sind Köderstreifen (englisch bait lamina strips). Die dünnen Plastikstreifen haben mehrere Löcher, die mit einem organischen Substrat verschlossen werden. Die Streifen werden senkrecht in den Boden gesteckt, und nach zwei Wochen schaut man, wie viele Löcher wieder frei sind. Je mehr, um so aktiver ist die Bodenfauna.
Als die Forscher die Tiere wogen und mit den Proben vom Ausgangszustand verglichen, stellten sie ein um zehn Prozent geringeres Gesamtgewicht fest. Die Bodentiere waren durch Hitze und Trockenheit um ein Zehntel geschrumpft.
"Es ist noch nicht klar, ob die Individuen kleiner sind oder ob es kleinere Arten sind", sagt Schädler. "Vermutlich beides." Klar ist jedoch, dass von der Biomasse auch die Zersetzungsleistung der Tiere abhängt. Weniger Gewicht bedeutet auch ein gebremstes Nährstoffrecycling.
Einen noch deutlicheren Verlust stellten die Forscher bei Parzellen mit intensiver Bewirtschaftung fest. Hier sind die Bodentiere nicht kleiner, doch ihre Anzahl hat sich fast halbiert.
"Beide Effekte sind additiv", sagt der Ökologe. Wenn also intensive Landnutzung und Klimawandel zusammenkommen, ist der Verlust noch höher. Umgekehrt bedeutet das, dass ökologisch bewirtschaftete Flächen zwar mehr Tiere aufweisen, diese aber wegen des Klimawandels ebenfalls geschrumpft sind.
Mehr zu düngen vergrößert das Problem
Die Ergebnisse, die nun im Fachjournal E-Life publiziert wurden, sind durchaus besorgniserregend. Denn die Bodentiere sind, wie Schädler sagt, "unersetzbar". Sie halten den Motor des Energiesystems des Bodens in Gang, indem sie abgestorbene Pflanzen zersetzen und die enthaltenen Nährstoffe recyceln. Wenn es durch intensive Landwirtschaft und Klimawandel weniger aktive Lebendmasse im Boden gibt, kann auch die Bodenfruchtbarkeit abnehmen.
Den Boden einfach mehr zu düngen ist keine Lösung. Im Gegenteil. "Düngen heißt, man füttert die Pflanze, wie mit einer Infusion", sagt Schädler. Wichtige Bodenprozesse werden unterbrochen und gestört. "Die Pflanze stellt ihre Produktion von Kohlenhydraten und damit auch die Unterstützung der Mikroorganismen ein, von denen die Bodentiere auch leben."
Wichtig wäre, dem Boden mehr Aufmerksamkeit zu schenken und ihn besser zu schützen, durch eine schonende Landnutzung und durch einen Stopp der Treibhausgase, um die weitere Erwärmung zu begrenzen.
"Die biologisch aktive Schicht ist nur eine winzige Schicht, in der alles stattfindet", sagt Schädler. Dort werden die Nährstoffe freigesetzt, von denen die Bodenfruchtbarkeit abhängt. Wie es sich damit verhält, wird das Forscherteam in den kommenden Jahren untersuchen. Versuche mit Schwarzerde laufen bereits.
