Böden sind Lebensraum für rund 60 % aller Arten weltweit – doch was einen biologisch gesunden Boden ausmacht, ist bislang kaum belastbar beschrieben. Im Verbundprojekt BioDive4Soil erheben elf Partner erstmals bundesweit und nach einheitlichen Protokollen, welche Lebensgemeinschaften in deutschen Böden zu Hause sind. Die RWTH Aachen ist Teil des Konsortiums.
In einem einzigen Gramm Boden leben Milliarden Bakterien und mehrere tausend Vertreter unterschiedlicher Artengruppen. Diese Organismen sind weit mehr als Beiwerk: Sie treiben Nährstoffkreisläufe an, bilden Humus, steuern die Kohlenstoffspeicherung, verbessern die Wasseraufnahme des Bodens, bauen Schadstoffe ab und halten Schädlingspopulationen in Schach. Nicht ohne Grund werden sie als ecosystem engineers bezeichnet. Gleichzeitig steht dieser Lebensraum unter Druck.
Schadstoffeinträge, intensive Bodenbearbeitung, Dürren und steigende Temperaturen lassen die Vielfalt im Boden schrumpfen, mit Folgen für Bodenfruchtbarkeit, Kohlenstoffspeicherung und letztlich für die Versorgung mit Nahrung und sauberem Trinkwasser. Über 90 % unserer Nahrungsmittel entstehen direkt oder indirekt auf Böden.
Das Problem: Um Veränderungen zu bewerten, braucht es einen Vergleichsmaßstab. Und genau der fehlt. Welche Lebensgemeinschaften sind für einen Buchenwald, ein Grünland oder einen Acker eigentlich typisch, wenn der Boden in gutem ökologischem Zustand ist? Ohne diese Referenz lässt sich weder erkennen, wie stark ein Boden bereits verändert ist, noch, ob Schutzmaßnahmen wirken. Und genau diese Lücke soll BioDive4Soil schließen.
Die drei Untersuchungsstränge
Im Auftrag des Umweltbundesamtes führt das Projekt eine bundesweite Basiserhebung der Bodenbiodiversität durch, in einem Umfang, den es so bisher nicht gab. Auf repräsentativ ausgewählten Standorten werden Böden, Lebensraumtypen und Landnutzungen in ganz Deutschland abgebildet und nach einheitlichen, abgestimmten Protokollen beprobt.
Referenzstandorte
Wenig anthropogen überprägte Lebensraumtypen liefern den Maßstab dafür, wie eine intakte Bodenlebensgemeinschaft aussieht.
Normallandschaft
Unterschiedlich stark genutzte und beeinflusste Flächen zeigen, was in der Fläche tatsächlich vorkommt und welche Treiber und Belastungen dabei eine Rolle spielen.
Wirkungsmonitoring
Ausgewählte Standorte werden zeitlich und räumlich intensiver beprobt, um Zusammenhänge zwischen Stressoren und dem Zustand der Biozönose zu erfassen.
Was wir untersuchen
- Bodenfauna morphologisch bestimmt: Regenwürmer (Lumbricidae), Enchytraeen, Fadenwürmer (Nematoda), Springschwänze (Collembola), Hornmilben (Oribatida), Raubmilben (Gamasina) werden aus Bodenproben extrahiert; erfasst werden Arten, Individuenzahlen und zum Teil die Biomasse
- Bodenfauna, DNA-basiert: Barcoding und Metabarcoding, unter anderem um Referenzdatenbanken zu füllen, die künftige Erhebungen deutlich effizienter machen können
- Mikroorganismen: über DNA-basierte Verfahren und funktionelle Tests
- Begleitgrößen: physikalische und chemische Kennwerte des Bodens, Belastungsuntersuchungen sowie bodenkundliche und vegetationskundliche Aufnahmen
Damit die Daten auch langfristig hinweg vergleichbar bleiben, ist jeder Arbeitsschritt in Standard Operating Procedures (SOPs) festgeschrieben, vom Bohrkern im Feld bis zur Analyse im Labor. Die Erfassung im Gelände läuft digital über eine eigene App, die Daten fließen in die BioDive4Soil-Datenbank.
Rolle der RWTH Aachen
Das Institut für Umweltforschung der RWTH Aachen verantwortet im Projekt die Datenhaltung (Arbeitspaket 8) und arbeitet an der Datenauswertung mit (Arbeitspaket 9). Wir bauen die BioDive4Soil-Datenbank auf, in der die Daten aller Partner zusammenlaufen, und entwickeln gemeinsam mit den anderen Arbeitspaketen die Verfahren, mit denen sich typische Bodenlebensgemeinschaften beschreiben und bewerten lassen.
Arbeitspaket 8: Die BioDive4Soil Datenbank
Biologische Befunde, chemische und physikalische Begleitgrößen, Vegetationsaufnahmen, Geodaten, DNA-Sequenzen – im Projekt entstehen Daten in sehr unterschiedlichen Formaten, erhoben von unterschiedlichen Partnern, über einen Zeitraum von sechs Jahren. Unsere Aufgabe ist es, diese Daten so zu speichern, zu integrieren und miteinander zu verknüpfen, dass sie sich später auch komplex abfragen lassen: Welche Lebensgemeinschaft ist typisch für welchen Lebensraumtyp? Wo weicht ein Standort ab, und woran könnte das liegen?
Als konzeptioneller Rahmen dient der Data Life Cycle, von der Erfassung im Feld über Qualitätskontrolle und Integration bis zu Archivierung und Nachnutzung. Die Datenbank wird von Beginn an nach den FAIR-Prinzipien ausgelegt und für die Anbindung an Biodiversitätsnetzwerke wie GBIF vorbereitet. Daten, die mit erheblichem Aufwand erhoben werden, sollen über das Projektende hinaus auffindbar und nutzbar bleiben.
Die technische Basis: Diversity Workbench
Die BioDive4Soil-Datenbank wird auf Basis des Datenbankamanagementsystems DiversityWorkbench aufgebaut, einer modularen Open-Source-Forschungsumgebung, die seit 1999 am IT-Zentrum der Staatlichen Naturwissenschaftlichen Sammlungen Bayerns entwickelt wird. Sie ist darauf ausgelegt, heterogene Biodiversitätsdaten strukturiert zu verwalten: taxonomische Befunde, ökologische Messwerte, Sammlungsdaten und Geodaten in einem System. Der modulare Aufbau der DiversityWorkbench passt gut zu den Anforderungen des Projekts: Artnachweise, Probenahmestandorte, Standortbeschreibungen, Begleitgrößen und Geodaten werden in eigenen Modulen verwaltet, lassen sich aber miteinander verknüpfen. So entsteht aus sehr unterschiedlichen Datentypen ein zusammenhängender Bestand, ohne dass für jede Datenart eine Eigenentwicklung nötig wäre.
Über die Schnittstelle BioCASe und den ABCD-Standard können die Daten später an Portale wie GBIF weitergegeben werden. Die technischen Details der Umsetzung stimmen wir direkt mit den Entwicklerinnen und Entwicklern am SNSB ab.
Weitere Informationen
Fördermittelgeber: Umweltbundesamt
Mitarbeitende: Alexander Bach, Ron Henrichs, Lukas Schröer, Alexandra Sybertz, Martina Roß-Nickoll
Projektpartner: ahu GmbH, Ecossa, ECT Oekotoxikologie GmbH, EFTAS Fernerkundung und Technologietransfer GmbH, Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME, gaiac Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V., Mesocosm GmbH, Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung, Universität Leipzig / iDiv
Laufzeit: März 2025 – März 2031
Homepage: Link