Geräuschevielfalt im Boden und ihr Zusammenhang zur Biodiversität

Die Klanglandschaft im Boden ist noch weitgehend unerforscht. Im Rahmen des Projekts Sounding Soil konnte die Vielfalt dieser Geräusche gemessen und zum ersten Mal in einen Zusammenhang zur Aktivität und Diversität der Bodenfauna gebracht werden.

Von Martin M. Gossner, WSL, Doris Schneider Mathis, WSL, und Marcus Maeder, ETHZ und ZHdK

Unter unseren Füssen, ob im Agrarland oder in den Wäldern, befindet sich eine enorme Vielfalt an Organismen, die essenzielle Prozesse wie Nährstoffkreisläufe steuern. Sie gewährleisten letztlich unsere Ernährung, aber auch andere «Dienstleitungen der Natur» wie die Verfügbarkeit von Nahrung für unsere Nutztiere, Holz, Beeren und Speisepilze.

Bodenlebewesen zersetzen die jährlich anfallende Streuschicht aus abgestorbenem Pflanzenmaterial zu nährstoffreichem Humus. Die Lebewesen umfassen eine enorme Diversität, von Bakterien und Pilzen über Kleinsttiere bis hin zu uns wohlbekannten Kleintieren wie Regenwürmer oder Asseln. Beeindruckend ist neben der Vielfalt vor allem ihre schiere Masse: In einer Handvoll Walderde befinden sich mehr Lebewesen als Menschen auf der Erde.

 

Neue Erkenntnisse – mit simplen Methoden

Im Gegensatz zu oberirdischen Lebensräumen oder dem Wasser ist im Boden jedoch vieles noch unerforscht. Dies liegt vor allem an der Unzugänglichkeit und der Herausforderung, das Leben und die Prozesse im Boden mit nicht invasiven Methoden zu untersuchen. Bisher werden hauptsächlich Punktbeobachtungen anhand von Extraktionen von Bodenlebewesen aus Bodenkernen mithilfe von Erwärmung, Belichtung und/oder Austrocknung des Bodens oder neuerdings auch vermehrt genetische Ansätze (eDNA) eingesetzt.

Ein innovativer, erfolgversprechender Ansatz liegt in akustischen Methoden, die in der Einschätzung und Beobachtung von Biodiversität immer mehr zum Einsatz kommen. Sie ermöglichen, mit geringem technischem und personellem Aufwand die Dynamik in Tierpopulationen wie auch den menschlichen Einfluss auf diese zu untersuchen. Im Forschungsprojekt «Sounding Soil», einer Kooperation zwischen der ETH Zürich (USYS TdLab), der ZHdK (Institut für Computermusik und Tontechnik ICST), Agroscope (Agrarökologie und Umwelt/Nationale Bodenbeobachtung NABO), der WSL (Waldentomologie) und der Stiftung Biovision, untersuchen wir die Dynamik der Biodiversität der Bodenfauna, indem wir mit eigens dafür entwickelten hochsensiblen Mikrofonen in den Boden hineinhören.

 

Im Winter ist es still

So haben wir während zwei Jahren den Boden des Pfynwalds, eines Walliser Bergwalds, belauscht. In der Soundscape – der Klanglandschaft – des Bodens fanden wir tages- und jahreszeitliche Muster der Geräusche, welche die Tiere im Boden produzieren. Die akustisch messbaren Schwankungen in der Diversität und Aktivität der Bodentiere stehen in einem engen Zusammenhang mit dem Bodenmikroklima: Wärmt sich zum Beispiel der Boden morgens auf, steigen die Aktivität und die Diversität der lokalen Fauna. Im Winter dagegen ist es still, da sich die Tiere in tiefere Schichten zurückziehen oder in Winterstarre verfallen.

Bodentiere produzieren eine grosse Vielfalt an Geräuschen. Nicht nur durch Bewegung und Nahrungsaufnahme, sondern auch über ihre Kommunikation: Einzelne Tiere nutzen ihren Lebensraum, den Boden, als Kommunikationsmedium – ähnlich wie die oberirdisch lebende Fauna die Luft oder die aquatische Fauna das Wasser als Übertragungsmedium für ihre Kommunikationslaute nutzt. Ein Brummen, Zirpen, Vibrieren erfüllt den stillgeglaubten Boden mit vielfältigen und fremdartigen Tönen.

Im Forschungsprojekt konnten wir die Geräuschevielfalt messen und zum ersten Mal in einen Zusammenhang zur Aktivität und zur Diversität der Bodenfauna bringen. Dieses Ergebnis wurde vor kurzem in der wissenschaftlichen Zeitschrift PLOS ONE veröffentlicht. In zahlreichen wissenschaftlichen Studien konnte bereits gezeigt werden, dass eine Vielfalt von Bodenorganismen für das Funktionieren wichtiger Prozesse im Boden wie Kohlenstoffkreisläufe und Nährstoffverfügbarkeit notwendig ist. Dass wir nun aufzeigen konnten, dass sich diese Vielfalt akustisch erfassen lässt, eröffnet die ganz neue Möglichkeit, den Gesundheitszustand von Böden anhand der akustischen Aktivität der Bodentiere quasi in Echtzeit zu belauschen.

Bisher können wir die Geräusche noch keinen bestimmten Organismen zuordnen – dies ist ein Schwerpunkt unserer derzeitigen Forschung. Gelingt uns dies – die ersten Tests sehen vielversprechend aus –, werden wir in der Lage sein, Veränderungen in der Zusammensetzung der Lebensgemeinschaften im Boden detaillierter zu erfassen und Konsequenzen für den Gesundheitszustand des Bodens abzuleiten. Unsere Vision ist es, nicht nur eine kostengünstige Methode für die Wissenschaft zu entwickeln, um Veränderungen der Bodenlebewesen zu analysieren, sondern auch, dass Landnutzer:innen in Zukunft herausfinden können, wie gesund ihr Boden ist – ganz einfach, indem sie ein Mikrofon in den Boden stecken.