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Boden (be-)lebt
Vom Kippsubstrat zum Kippenboden
Weltbodentag 2018 –
Festveranstaltung zur Präsentation des Boden des Jahres
Prof. Dr. Willi Xylander
Senckenberg Museum für Naturkunde Görlitz
Berlin, 05.12.2018

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Willi E.R. Xylander
Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Gliederung
1. Ein paar Fakten zur Bödenökologie
2. Ansätze zur Erforschung von Kippenböden
3. Sukzession von Bodentiergemeinschaften
4. Treiber der Entwicklung und Abhängigkeiten
5. Verifikationen und Überraschungen

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Willi E.R. Xylander
Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Aus: Xylander et al. (2015)

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Willi E.R. Xylander
Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Bodenschutzkonzeption der Bundesregierung:
Boden ist das mit Wasser, Luft und Lebewesen durchsetzte,
unter dem Einfluss der Umweltfaktoren an der Erdoberfläche
entstandene
und im Laufe der Zeit sich weiterentwickelnde
Umwandlungsprodukt mineralischer und organischer Substanzen
mit eigener morphologischer Organisation.“
Boden ist „
in der Lage, höheren Pflanzen als Standort zu dienen“
und somit
„eine Lebensgrundlage für Tiere und Menschen zu
bilden.
Als Raum-Zeit-Struktur ist der Boden ein vierdimensionales
System.“

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Willi E.R. Xylander
Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Aus: Zumkowski-Xylander et al. 2017
Der Boden
beherbergt eine
unglaubliche Zahl
von Organismen

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Willi E.R. Xylander
Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Saprophage
Tiere
Saprophage Tiere sind ein
essentieller Bestandteil der
terrestrischen
Dekompositionsvorgänge

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Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Aus: Xylander et al. 2015
Nahrungsnetze im Boden

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Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018

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Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Ein Kippsubstrat ist
im biologisch steril

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Willi E.R. Xylander
Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Ein Kippsubstrat ist
im biologisch steril
Aber bereits nach wenigen Wochen
finden wir Algen, Pilze und kleine
Bodentiere
Die Entwicklung dieser Gemein-
schaften untersucht das Museum in
Görlitz seit über 50 Jahren

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Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
extrem:
• kaum organisches Material u. Nährstoffe
• starke Temperaturschwankungen
• rasche Austrocknung an der Oberfläche
• niedriger pH
• toxische Stoffe
• fehlende Struktur
• geringe Haltefähigkeit für H
2
O und Nährstoffe
Lebensbedingungen in einem
Kippsubstrat

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Willi E.R. Xylander
Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Dafür benutzen wir 3 Ansätze:
1. Dauerbeobachtungsflächen
2. Chronosequenzen
3. Künstliche Substrate

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Willi E.R. Xylander
Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Dafür benutzen wir 3 Ansätze:
1. Dauerbeobachtungsflächen (TB Berzdorf)
Vorteile:
Standort mit gleichem Start und gleicher Genese
Gleiche Faktoren wirken über die Zeit
Wirkliche Zeitreihe, Vergleichbarkeit der
Biodiversitätsentwicklung, LTER-Standorte
Nachteile:
Lange Untersuchungsdauer
Kleinräumige Inhomogenität nicht kalkulierbar
2. Chronosequenzen
3. Künstliche Substrate

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Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Aus: Hüttl (2004) nach Gerken et al. 2000

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Willi E.R. Xylander
Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Dafür benutzen wir 3 Ansätze:
1. Dauerbeobachtungsflächen
2. Chronosequenzen
Ähnliche Standorte (Vegetation, Substrat),
unterschiedliches Alter
Vorteil:
Vergleichende Untersuchungen in überschaubaren
Zeiträumen
Nachteile:
Startbedingungen und Genese der Standorte nicht
gleich
3. Künstliche Substrate

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Willi E.R. Xylander
Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Dafür benutzen wir 3 Ansätze:
1. Dauerbeobachtungsflächen
2. Chronosequenzen
3. Künstliche Substrate (Hühnerwasser)
Vorteile:
Homogene(re) Substrate
Standort mit gleichem Start und gleicher Genese
Gleiche Faktoren wirken über die Zeit
Wirkliche Zeitreihe, Vergleichbarkeit der
Biodiversitätsentwicklung
Nachteil:
Extrem teuer

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Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Hühnerwasser
Mai 2006
Foto: Prof. M. Wanner, BTU
Künstliche Substrate

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Willi E.R. Xylander
Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Dauerbeobachtungsfläche
TB Berzdorf
DBF Lang-
teichhalde

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Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Aus: Dunger (1996)
Einwanderung und Bedeutung verschiedener
Bodentiere

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Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Tiere kommen in diese Böden
durch
• Luftplankton
• Einfliegen
• Einwandern (Hinlaufen)
• Hinkriechen
• Phoresie
Einwanderungsstrategien

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Willi E.R. Xylander
Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Dominanzentwicklung in
aufgeforsteten Halden und
einem naturnahen Auenwald:
der Initialart
Entomobrya
lanuginosa
,
den Pionierarten
Ceratophysella
succinea
und
Lepidocyrtus
paradoxus
sowie
der Gleichgewichtsart
Tomocerus longicornis
Nach Dunger (1991)
Initialarten – Pioniere - Gleichgewichtsarten

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Willi E.R. Xylander
Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Sukzession in Collembolen-
Gemeinschaften
Nach: Dunger (2004)

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Willi E.R. Xylander
Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Initialarten – Pioniere - Gleichgewichtsarten
Aus: Voigtländer

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Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Hühnerwasser
Mai 2006
Foto: Prof. M. Wanner, BTU
Künstliche Substrate

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Willi E.R. Xylander
Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Entwicklung
wichtiger
Vertreter der
Mesofauna
(Hühnerwasser)

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0
50
100
150
200
250
300
350
Oct
May
Apr
Oct
Apr
Oct
May
Oct
Apr
Oct
2005
2006
2007
2008
2009
2010
Biomass [mg m
-2
]
Nematoda
Wurzelstecher
Prädatoren
Algenfresser
Pilzfresser
Bakterienfresser
Willi E.R. Xylander
Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Entwicklung der Ernährungstypen
Nematoda

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Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Hühnerwasser
Mai 2006
Foto: Prof. M. Wanner, BTU
Zu Beginn
Kaum Nährstoffe, kein organisches Material
Stark wechselndes Mikroklima
(Bodentemperatur, -feuchte)
keine höheren Pflanzen, aber Algen,
Bakterien
Wenige Bodentiere (Arten/Indiv.)
Detritus-, Bakterien- und Algenfresser
Nahrungsressource: Angewehtes, Einzeller

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Willi E.R. Xylander
Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Hühnerwasser
April 2008
Foto: Dr. R. Lehmitz, SMNG

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Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Hühnerwasser
April 2008
Foto: Dr. R. Lehmitz, SMNG
3-(4) a
Kaum höhere Pflanzen, kaum Detritus oder
Wurzelräume als hotspots
Aber: Bodenkrusten aus Algen, Flechten und
Bakterien
Dort Hotspots für kleinere Bodentiere: Algen-
und Bakterienfresser, wenige Räuber,
Actenidida

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Willi E.R. Xylander
Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Hühnerwasser
Oktober 2010
Foto: A. König, SMNG

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Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Hühnerwasser
Oktober 2010
Foto: A. König, SMNG
5-6 a
Aufkommen höherer Pflanzen (v. a.
Calamagrostis
)
Konstanteres Mikroklima durch Bodenbedeckung
Rhizobiome entstehen
Bodenfauna wird diverser
Detritus- und Wurzelfresser, aber auch noch
Algen-, Bakterien und Pilzfresser
Nur vereinzelt Räuber

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Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Hühnerwasser
Oktober 2012
Foto: A. König, SMNG

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Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Hühnerwasser
Oktober 2012
Foto: A. König, SMNG
Mehr als 6 a
Komplexe Interaktion zwischen abiotischen
Prozessen (Verwitterung, Kompaktierung,
Detritusablagerung) und biotischen Prozessen
(Dekomposition, Räuber-Beute-Beziehungen)
beschleunigen die Bodenbildung und
Biodiversitätsentwicklung
s. Elmer et al. (2013)

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Willi E.R. Xylander
Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Hühnerwasser
Oktober 2013
Foto: A. König, SMNG

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Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Hühnerwasser
Oktober 2015
Foto: A. König, SMNG

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Willi E.R. Xylander
Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Hühnerwasser
Oktober 2017
Foto: A. König, SMNG

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Willi E.R. Xylander
Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Oct 05
May 06
Apr 07
Oct 07
Apr 08
Oct 08
May 09
Apr 10
Oct 09
Oct 10
0
50
100
0
50
100
Enrichment Index
Structure Index
Quadrat D
basal
depleted
fungal dec.
high C/N
Quadrat C
structured
low product.
fungal dec.
C/N high
Quadrat B
maturing
N-enriched
balanced dec.
low C/N
Quadrat
Quadrat
A A
Quadrat D
basal
depleted
fungal dec.
high C/N
Quadrat C
structured
low product.
fungal dec.
C/N high
Quadrat B
maturing
N-enriched
balanced dec.
low C/N
Quadrat
Quadrat
A A
Quadrat A
low develop.
N-enriched
bacterial dec.
low C/N
Das Kippsubstrat
entwickelt sich von
einem
nährstoffarmen,
basalen System zu
einem zunehmend
strukturierten
Nahrungsnetz
Quelle: Hohberg et al. (2011)

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Willi E.R. Xylander
Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Tiere kommen in diese Böden
durch
Luftplankton
• Einfliegen
• Einwandern (Hinlaufen)
• Hinkriechen
• Phoresie
Einwanderungsstrategien

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Willi E.R. Xylander
Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Quelle: Lehmitz (2012)

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Willi E.R. Xylander
Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
In Protozoengemein-
schaften kommt es nicht zur
Verdrängung von Arten bei
Einwanderung, sondern zu
Akkumulation:
neue Arten kommen hinzu,
ohne dass vorhandene
verschwinden.
Aus: Wanner & Xylander 2005
Sukzession ist nur
eine Erklärung

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Willi E.R. Xylander
Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Vielen Dank meinen Kollegen vom Senckenberg-Museum
Modell & Foto: Espen Horn, Kopenhagen

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Willi E.R. Xylander
Kippenböden - Präsentation des Boden des Jahres 2018
Berlin, 05.12.2018
Vielen Dank für Ihre
Aufmerksamkeit
Modell & Foto: Espen Horn, Kopenhagen

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Willi E.R. Xylander
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Berlin, 05.12.2018
Vielen Dank für Ihre
Aufmerksamkeit
Modell & Foto: Espen Horn, Kopenhagen
Zitate
Dunger, W. (1991): Zur Primärsukzession humiphager Tiergruppen auf
Bergbauflächen. Zool. Jahrb. Syst. 118: 423-447.
Dunger, W. (2004): Possibilities of biological soil-quality assessement in reclaimed
land. Peckiana 3: 47-67.
Elmer, M. W. Gerwin, W. Schaaf, M.K. Zaplata, K. hohberg, Rossen Nenov, O. Bens
& R.F. Hüttl (2013): Dynamics of initial ecosystem development at the artificial
catchment Chicken Creek, Lusatia, Germany. Environ Earth Sci. DOI
10.1007/s12665-013-2330-2
Hohberg, K., M. Elmer, D.J. Russell, A. Christian, H.-J. Schulz, R. Lehmitz & M.
Wanner (2011): First five years of soil food-web development in „Chicken Creek“
catchment. Ecosystem Development 3: 145-153.
Hüttl, R.F. (2004): Ecological development potential of post-mining landscapes.
Peckiana 3: 77-86.
Wanner, M. & W.E.R. Xylander (2005 f): Biodiversity development of terrestrial testate
amoebae – is there any succession at all? Biology and Fertility of Soils 41: 428-438.
Xylander, W.E.R, R. Lehmitz, K. Hohberg, B. Lang & D.J. Russell (2015): Boden
Ein unterschätzter Lebensraum und seine Bedeutung. BIUZ 45: 388-395.
Zumkowski-Xylander, H., M. Pilz, A. Paczos, A. Christian & W. Xylander (2017): Die
dünne Haut der Erde – Unsere Böden. Ausstellungsführer zur Wanderausstellung des
Senckenberg Museum für Naturkunde Görlitz. S. 1-84.