Livet i jorden - og dets samspil med livet over jorden

Eksempel på en ringorm (Caenorhabditis elegans) . Kilde: Wikipedia ved Khradnam af 2007.09.04

Med tilladelse af Jan Knud Mogensen 2010.09.29 bringes følgende synopsis:

Nedbrydning
Planternes produktion af organisk stof udgør livsgrundlaget for stort set alle andre organismer på vores planet. Det er i naturen normalt kun en lille del af de levende planter, der udnyttes af dyrene – de spiser ikke op, og planten lever videre. Først når planten er død, udnyttes det organiske stof i den fuldt ud. Således er den skjulte nedbryderkæde langt mere omfattende end græsningskæden, idet den udnytter en langt større mængde organisk stof.

Jord – en mangfoldighed af biotoper
Sund jord byder på en enorm variation af biotoper. Over små afstande optræder væsentlige forskelle i pH, fugtighed, porestørrelse og tilgængelig føde. Samtidig er jordens levende organismer i så tæt kontakt med deres fysiske omgivelser og hinanden, at de både skaber, og selv udgør, en væsentlig del af de varierede livsbetingelser.

Det meste af livet i jordens udspiller sig i de øverste 5-10 cm. Organismerne koncentreres omkring planterødder, døde plantedele, humus samt i overfladen af, og i rummet mellem, jordaggregaterne.

Jordens organismer – et overblik
Livet i jorden omfatter utallige arter af bakterier, svampe, encellede dyr, rundorm, leddyr og regnorme. De optræder i stærkt varierende antal og artssammensætning - afhængigt af mange faktorer, som : "Hinanden", jordens struktur og plantedækket – og forhold over jorden, som årstider, klima, menneskets indgriben osv.

Biomassen domineres af svampe og bakterier – de egentlige nedbrydere. Under græs og landbrugsjord dominerer bakterierne. I skove dominerer svampene – i løvskov cirka i forholdet 10 : 1, i nåleskov op til 1000 : 1.

Typiske antal i sunde økosystemer fremgår af følgende tabel (fra Soil Biology Primer - USA, Soil and Water Conservation Society, 2000) :

Jordens fødenet
Jordens lager af næring (for jordorganismerne) udgøres af organiske stof i form af :
• Levende organismer (herunder planterødder) <  5%
• Friskt organisk materiale  < 10 %
• Organisk materiale under nedbrydning 33-50%
• Stabilt organisk materiale (humus) 33-50%

Når organismer optager føde, omdannes den til : energi + egen vækst + affaldstoffer der afgives til omgivelserne.

Jordens fødenet udgøres af en mangfoldighed af organismer, som i et tæt og kompliceret samspil, fortærer hinanden og andet organisk materiale. Næring flyttes, frigøres og omdannes gennem adskillige led, fra en form til andre - og gøres for hvert trin tilgængelig for nye organismer. Det er som om livets gensidige afhængighed, i jorden fremstår tydeligere end noget andet sted.

Svampe tenderer til at udnytte komplekse forbindelser, som især forekommer i plantefibre, træ og humus. Plantefibre er fattige på kvælstof og består hovedsageligt af svært nedbrydelige kulstofforbindelser; men svampe kan via deres lange hyfer overføre kvælstof (som er nødvendigt for deres vækst) fra omgivelserne.

Mindre forveddede plantedele indeholder flere simple kulhydrater og mere kvælstof, hvorfor også bakterier kan deltage i nedbrydningen. Bakterier i jord har imidlertid stærkt begrænset bevægelighed - en brøkdel af en millimeter er uendeligt langt væk. Så de er afhængige af vand-flow, og mobile organismer, der (på kroppen eller i fordøjelsessystemet) fordeler næring i jorden eller transporterer bakterierne selv.

Både bakterier og svampe får adgang til et større areal af plantematerialet, når "findelere" - som regnorme, bladædende insekter, tusindben og andre leddyr – har brudt fibrene op i mindre stykker. Findelingen forøger overfladen og mangedobler derved nedbrydningens hastighed.
 
Leddyr er en stærkt varieret gruppe, omfattende bænkebidere, edderkopper, mider, tusindben, skolopendre, skorpioner m.fl. samt insekter, som springhaler, biller og myrer. Springhaler og mider er de mest talrige leddyr i jorden.

Der kan være flere tusind arter leddyr i en kvadratkilometer skov. I deres søgen efter føde lufter og blander de jorden, regulerer mængden af andre organismer og findeler organisk materiale. På trods af deres størrelse, er leddyrenes samlede biomasse dog langt mindre end de encellede dyrs og rundormenes.

Der er 15-16 arter regnorme i Danmark (i verden er der mere end 7000, i størrelser fra et par cm til 2 meter). Regnorme indvirker drastisk på jordstruktur, vandflow, næringsdynamik og plantevækst. Deres tilstedeværelse er ikke afgørende for et sundt jordmiljø, men den er normalt en indikator på, at systemet er sundt.

De graver dybt i jorden, og henter derved dybereliggende materiale op, hvor planter og andre organismer kan udnytte det. Ydeligere dækker de materiale ovenpå jorden med afføring og begraver det således med tiden i jorden, andet overflademateriale trækker de ned i deres gange, hvorved det bliver tilgængeligt for jordens andre organismer.

Selv om regnorme lever af mikroorganismer, er deres afføring rigere på disse, end den føde de indtager (plantemateriale med svampe og bakterier på), for på vej gennem regnormens tarme fragmenteres det organiske materiale og blandes grundigt op med mikroorganismerne, som dermed formerer sig hurtigere.

Planterne og livet i jorden
Alle planter er afhængige af, at jordens fødenet, ved nedbrydning af organisk stof, gør næringssalte tilgængelige for dem og af at samme fødenet skaber gunstige betingelser for planterøddernes optagelse af denne næring. Dermed er vi også fremme ved vores egen og alle andre dyrs afhængighed af livet i jorden.

Humus er små isolerede sammenhobninger af komplekse relativt stabile kulstofforbindelser. Det er af stor betydning for både planter og jordorganismer - fordi det forbedrer jordens evne til at tilbageholde vand og næringstoffer. Humusklumper kan holde i årtier og endda århundreder. De er ekstra vanskelige at nedbryde, fordi de er fattige på kvælstof og fordi sammenklumpningen isolerer dem fra omgivelserne. Kun svampe danner enzymer, der er i stand til at nedbryde humus.

Humus opstår ved, at det oprindelige materiale i mange omgange nedbrydes af bakterier og svampe, og i processen adskillige gange passerer gennem leddyrs og regnormes tarme. Bakterieaktivitet, organisk stof og lerpartikler binder jordpartikler sammen i  mikroklumper. Regnorme og leddyr indtager små mineralpartikler sammen med organisk stof, og afgiver afføringsklumper dækket af slim fra tarmen. Svampehyfer og rodhår sammenbinder og stabiliserer klumper.

Regnorme og enkelte leddyr laver gange og små hulrum imellem disse material-sammenhobninger. Derved får jorden en struktur, som er porøs, så regnvand ikke løber væk på overfladen, men ledes ned i jorden og som samtidig er i stand til at optage vandet, så det holdes tilgængeligt for planterne.

Regnormenes gange fungerer også som kanaler for planternes rodvækst, kanaler som endda er foret med let tilgængelige næringsstoffer fra regnormenes afføring. Derved kan rødderne let trænge dybt ned i jorden.

Bakterier tenderer til at udnytte simplere organisk materiale, som findes i friskt plantemateriale og rodafsondringer. I et snævert område omkring planterødder (rhizosfæren) vrimler det således med bakterier, der lever af afstødte planteceller, samt proteiner og kulhydrater, som frigives fra rødderne.

Bakterierne tiltrækker bakterieædende encellede dyr og rundorme, som ved at æde af bakterierne frigør et overskud af kvælstof, der hurtigt optages af andre organismer og planter. Derved kommer meget af den næringsomsætning, planter har brug for, til at forgå i umiddelbar nærhed af rødderne. Desuden beskyttes planten mod eventuelle skadevoldere, der simpelthen ikke får adgang til rødderne.

Kvælstof-fikserende bakterier går i symbiose med rødderne af visse planter (f.eks. bælgplanter og elletræer). Når disse bakterier inficerer et rodhår i vækst, svarer planten ved at danne knolde, der så huser bakterierne. Planten forsyner bakterierne med let nedbrydelige organiske forbindelser – og i  en meget energikrævende proces omdanner bakterierne kvælstof fra luften til salte, som planten kan optage.

Nogle svampe koloniserer planterødder, hvorved der dannes mykorrhiza – en symbiotiske forening af svamp og plante, som er mere reglen end undtagelsen i naturlige plantesamfund. Svampene omdanner tungt opløseligt råfosfat til vandopløseligt fosfor – og overfører andre næringsstoffer (som kvælstof, magnesium, kobber og måske også vand) til planten. Desuden beskyttes rødderne mod angreb fra skadelige svampearter og rundorme – fordi pladsen er optaget og et beskyttende lag af jordpartikler bindes til rødderne.

Mykorrhiza-svampene fungerer også som transportkorridor for udveksling af sukker, vitaminer og plantehormoner mellem planterne i området. Man kan således i nogen henseender betragte plantesamfundet i en skov, som ét sammenhængende system, med de fælles mykorrhizaforbindelser som bindeled.

Til gengæld for deres tjenester forbruger svampene 5-20% af planternes nettoproduktion af organisk stof – men er på trods af det alligevel til fordel for planten. Mykorrhiza opstår normalt ikke af sig selv i haver, men kan med lidt held indføres ved at sprede delvist nedbrudte bøgeblade fra en skovbund.

Er jordens fødenet komplekst, cirkulerer næringsstofferne hurtigere – dvs de skifter oftere mellem former, som planterne kan udnytte og former, der ikke kan udvaskes. På den måde mindskes udvaskningen af næringsstoffer - fordi de vandopløselige former, når de frigives, hurtigt optages af enten planter eller jordorganismer.

Et eksempel : Jordorganismerne skiftevis tilbageholder og frigiver kvælstof, som let forsvinder fra rodzonen, når det optræder i form af vandopløseligt nitrat NO3-  eller ammonium NH4+ .

Mennesket og livet i jorden
Landbruget har vanskeligt ved at fungere i balance med livet i jorden – og det har konsekvenser i form af plantesygdomme, udvaskning, grundvands-forurening mm. Er jorden fattig på organisk materiale og dermed på liv, har sygdomsfremkalderne langt bedre muligheder - der er rigeligt med planter at angribe og få konkurrenter.

Den økologiske tanke om at fodre jorden, og lade jorden om at fodre planterne - er vanskelig at føre igennem uden nedsat udbytte; men noget kan der gøres :
• Regnorme er afhængige af, at der er planterester på jordoverfladen.
• Mere omfattende sædskifte, danner flere forskellige fødekilder til nedbryderne.
• Reduceret pløjning øger mængden af svampe, regnorme og leddyr.

Et rigt fødenet i jorden omfatter organismer, som fortærer og nedbryder en lang række forurenende stoffer. Sund jord kan således både filtrere, nedbryde, tilbageholde og afgifte potentielt forurenende stoffer – og derved beskytte grundvandet.

Der er (ligesom i regnskoven) sikkert mange ukendte muligheder for, at mennesket direkte kan få nytte af nedbryderkædens organismer. Vi opdagede for 70 år siden, at visse aktinobakterier (som iøvrigt står bag den karakteristiske duft af frisk jord) er enestående i deres evne til at danne stoffer, der kan bruges som lægemidler. Der er i disse bakterier fundet hundredevis af naturlige antibiotika.

Kulstofkredsløbet (kort)
Planter producerer glukose ved fotosyntese
6 H2O + 6 CO2 + lys -->  C6H12O6 + 6 O2

Glukose indgår dels i plantens respiration, der danner energirig ATP til plantecellerne:
C6H12O6 + 6 O2 -->  6 H2O + 6 CO2 + 30 ATP

og dels i dannelsen af plantevæv:
C6H12O6 + næringssalte + ATP --> plantestoffer

Kulstofkredsløbet er på en måde det, det hele drejer sig om. Dyr danner ikke selv organiske stoffer af uorganiske, men må få dem fra (i sidste ende) planterne.

Nedbryderkæden nedbryder organisk materiale - og frigiver næringssalte, vand og kuldioxid.

Vand og kuldioxid er der ikke umiddelbar mangel på, men mængden af tilgængelige næringssalte i jorden er begrænset, så deres frigivelse er livsvigtig for planterne. For at opbygge plantevæv skal der - udover hovedbestandelene C, O og H - (mindst) bruges makronæringsstofferne N, P, Ca, K, Mg, S  og sporstofferne Fe, Cl, Cu, Ma, Zn, Mo, Ni, B.

Kilder :
Soil Biology Primer. USA, Soil and Water Conservation Society, 2000.
Bent Christensen & Bent Lauge Madsen : Vi og vore omgivelser. København, Gyldendal, 1995.
Carsten Bagge Jensen : Økologi og naturforvaltning. Nucleus, 1997.
www.wikipedia.org  (på dansk, engelsk og svensk)
www.sare.org (Sustainable Agriculture Research and Education)
 

Læs også Jan Knud Mogensens artikel om Kompostering der fungerer.