Abbau und Umwandlung von Pflanzenrückständen und ihren Inhaltsstoffen durch die Mikroflora des Bodens

Die Ergebnisse rezenter Arbeiten uber Abbau und Umwandlung pflanzlicher Ruckstande und ihrer Inhaltsstoffe werden referiert. Dabei wird auf die Dynamik des Abbaues unter Feld- und Laborbedingungen und auf Simulationsmodelle eingegangen. Offenbar findet der uberwiegende Teil der Umwandlungen in einer verhaltnismasig kleinen Fraktion der organischen Bodensubstanz statt. Dieser Anteil umfast auch die mikrobielle Biomasse. Die Methoden zur quantitativen Erfassung der Biomasse wurden in den letzten Jahren wesentlich verbessert. Die Umsatzraten pflanzlicher Ruckstande hangen wesentlich von ihrer chemischen Zusammensetzung ab, aber werden weniger von Bodeneigenschaften beeinflust. So spielt z. B. das C/N-Verhaltnis und der Gehalt an Lignin und Polysacchariden eine wesentliche Rolle. Die C/N-Verhaltnisse scheinen auch fur den sog. priming effect und fur die Umsetzung steigender, dem Boden zugesetzter Mengen von Pflanzenruckstanden eine Rolle zu spielen. Der Umsatz von Pflanzenruckstanden wurde weiterhin auch unter anderen klimatischen Bedingungen als denen des temperierten humiden Klimas untersucht und Umsetzungsraten gemessen. Untersuchungen mit Polysacchariden und Glucose ergaben, das der im Boden verbleibende C-Ruckstand grostenteils in der mikrobiellen Biomasse und N-haltigen mikrobiellen Metaboliten festgelegt wird. Ein geringerer Teil findet sich in der Polyphenolfraktion der Huminstoffe. Auch Wurzelauscheidungen bestehen zum grosten Teil aus Kohlenhydraten, dabei zeigten gerade Arbeiten der letzten Jahre, das eine betrachtliche Menge von Photosyntheseprodukten der Sprosse durch die Wurzel in den Boden transportiert wird und dadurch in der Wurzelzone intensive mikrobielle Umwandlungsprozesse stattfinden. In der Biomasse des Bodens findet eine Stabilisierung N-haltiger Verbindungen statt. Proteine und Aminopolysaccharide konnen weiterhin durch Sorption an Huminstoffe oder Tonminerale stabilisiert werden. Eine betrachtlich starkere Stabilisierung findet aber durch die chemische Bindung von Aminosaurederivaten mit den Huminstoffen statt. Freie, besonders aber polymerisierte Phenole gelangen durch Pflanzenruckstande in grosen Mengen in den Boden und werden dort durch Mikroorganismen umgewandelt oder in Huminstoffe eingebaut. Die leichter oxidierbaren Phenole werden dabei-besonders in geringen Konzentrationen-langsamer abgebaut als die schwerer oxidierbaren. Der pH-Wert des Bodens und sein Gehalt an Huminstoffen beeinflussen dabei die Abbaurate betrachtlich. Lignine gehoren mit zu den in der Natur am haufigsten vorkommenden Biopolymeren. Methoden zu ihrer spezifischen 14C-Markierung haben die Untersuchungen ihres Abbaumodus und ihrer Umwandlung in Boden wesentlich erleichtert und auch die Kenntnis uber ligninabbauende Organismen erweitert. Neben Ligninen und anderen Polyphenolen der Pflanzen spielen mikrobielle Melanine bei der Bildung von Huminstoffen eine wesentliche Rolle. Diese Melanine werden durch einige mikroskopische Pilze aus Kohlenhydraten uber den Sekundarstoffwechsel synthetisiert. An ihrem Aufbau beteiligen sich Phenole und Chinone, aber auch Polyene, Aminosaurederivate und Aminozucker. Diese Melanine sind ahnlich wie Huminsauren schwer mikrobiell abbaubar; neuere Analysenverfahren zeigten, das beide Gruppen von Polymeren ahnliche Strukturelemente enthalten. Degradation and transformation of plant residues and their components by the microflora of the soil This review describes recent results of publications in this area. It condsiders the dynamics of degradation under field and laboratory conditions and indicates some of the problems of simulation models. The preponderant part of transformation processes apparently takes place in a relatively small fraction of soil organic matter which also includes the biomass. Methods for the quantitative measurements of the biomass have been considerably improved. The turnover rates of plant residues are effectively influenced by their chemical composition, for instance by their C/N ratio and their content of lignin or polysaccharides. C/N ratios also seem to influence the socalled priming effect and the transformation of increasing amounts of plant residues added to the soil. Some progress has been also made in the transformation of plant, residues under different climatic conditions. Experiments with polysaccharides and glucose have indicated that a major portion of the residual carbon residues in soil are contained in the biomass or N-containing microbial metabolites. A small part is also present in the phenolic constituents of humic compounds. Root excretions also contribute carbohydrates. Recent experiments indicated the transportation of a considerable amount of photosynthetic products from sprouts through roots into the soil. They cause intensive microbial turnover processes in the root zone. N-containing compounds are stabilized in the soil biomass. Proteins and aminopolysaccharides are furthermore stabilized by sorption on humic compounds or clay particles. They are even more effectively stabilized by linkage into humic compounds. Plant residues contain appreciable amounts of free and polymerized phenols which are degraded by microorganisms or incorporated into humic compounds. Easily oxidisable phenols are more slowly degraded in soil than the more stable ones. This is especially true for low concentrations of phenols added to the soil. The pH-values of the soil and its content of humic compounds influence essentially the degradation rate. Lignins belong to the most important natural biopolymers. Methods for their specific labelling with 14°C have essentially promoted studies about their degradation and transformation in soil and have enlarged the knowledge about lignin degrading organisms. Beside lignins and other plant polyphenols, melanins may play an important role in the formation of humic compounds. These melanins are synthesized form carbohydrates by some microscopic fungi through secondary metabolic reactions. They are formed from phenols, quinones, polyenes, aminoacid and aminosugar derivatives. Similar to humic acids they are relatively stabile against rapid microbial degradation. Analytical methods developed in the last years indicate that both groups of polymers contain similar building blocks.