Einfluss Kupfer-haltiger anthropogener Einträge auf Bodenmikroorganismen - eine Übersicht. | Influence of anthropogenic copper pollution on soil microorganisms – an overview.

German. Kupfer ist ein essentielles Spurenelement, jedoch wirkt es in höheren Konzentrationen oft toxisch gegenüber verschiedenen Organismen. Eine Kontamination von Böden mit diesem Schwermetall kann verschiedene Ursachen haben (z. B. Emissionen, Klärschlammapplikation, Cu-haltige Pflanzenschutz- und Düngemittel) und – neben den seltenen Fällen hoher natürlicher Cu-Gehalte – zu sehr hohen Cu-Konzentrationen im Boden führen, die sich zudem viele Jahre erhalten oder sogar noch akkumulieren können. Speziell in land- und forstwirtschaftlich sowie gartenbaulich genutzten Böden, aber auch in natürlichen Ökosystemen, sollte jedoch trotz der Cu-Belastungen eine funktionsfähige Biozönose mit hoher Biodiversität erhalten bleiben, wobei dem Mikroorganismenanteil wegen seiner großen Biomasse und Diversität sowie seinen vielfältigen Umsatzleistungen eine wichtige Rolle zukommt. Da inzwischen viele hundert Veröffentlichungen – besonders aus den letzten drei Jahrzehnten – zum Einfluss von Kupfer und seinen Verbindungen auf Bodenmikroorganismen vorliegen, wird hier zunächst nur auf mikrobielle Populationen eingegangen, während mikrobielle Aktivitäten in einer nachfolgenden Übersichtsarbeit dargestellt werden. In einzelnen Kapiteln wird der Einfluss von Kupfer auf die mikrobielle Diversität und Biomasse, auf allgemeine mikrobielle Populationen sowie auf ausgewählte Mikroorganismengruppen behandelt. Diese sind Stickstoff-bindende Mikroorganismen, die Mykorrhiza, nematophage Pilze und gegenüber Phytopathogenen antagonistische sowie gegen Schadinsekten entomopathogene bodenbürtige Mikroorganismen. Der Beeinflussung der Cu-Wirkung durch andere Umweltchemikalien ist ebenfalls ein Kapitel gewidmet. Entsprechend der Vielzahl an Veröffentlichungen ist die Bandbreite der beobachteten Cu-Wirkungen sehr groß. Aus nahezu allen Bereichen liegen sowohl deutliche Wirkungen niedriger – durchaus praxisnaher oder sogar geringerer – Cu-Dosierungen gegenüber Bodenmikroorganismen vor als auch kaum feststellbare Effekte sehr hoher Cu-Gehalte. Hinzu kommen mehr oder weniger ausgeprägte direkte Effekte der eingesetzten Cu-haltigen Pflanzenschutzmittel. Einige Mikroorganismen bilden offensichtlich bei hohen bis sehr hohen Cu-Belastungen tolerante Populationen, allerdings oft zu Lasten der mikrobiellen Diversität. Da einerseits Cu-Gehalte im Boden im Allgemeinen sehr lange erhalten bleiben und andererseits anhand der vorliegenden Literatur Wirkungen auf essentielle Bodenmikroorganismen kaum auszuschließen sind, ist zumindest Zurückhaltung beim Einsatz Cu-haltiger Pflanzenschutz- und Düngemittel zu empfehlen. Eine abschließende Diskussion und Beurteilung von anthropogenen Cu-Belastungen auf Bodenmikroorganismen ist in der nachfolgenden zweiten Übersichtsarbeit unter Einbeziehung mikrobieller Aktivitäten vorgesehen.

English. The heavy metal copper is an essential trace element, but at higher concentrations it may be toxic to several organisms. Soil contaminations by copper may be due to several sources, e.g. emissions, application of sludge, copper-containing pesticides and fertilizers. Besides few cases where high natural copper contents exist these pollutions may contribute to very high Cu concentrations in soils which persist or even accumulate during many years. In soils used for agriculture, forestry or horticulture – but also in natural ecosystems – the copper pollution nevertheless should guarantee a functional biocenosis and high biodiversity. This especially applies to microorganisms which mainly contribute to biomass, diversity and turnover rates in soil. Until now several hundreds of publications – especially from the last three decades – are available on effects of copper including its chemical substances on soil microorganisms. Therefore, the review presented here concentrates on microbial populations, whereas effects of copper on microbial activities will be presented in a succeeding overview. In several chapters the influence of copper on the soil microbial biomass and diversity, on common microbial populations, nitrogen-fixing microorganisms and the mycorrhiza, on nematophagous fungi and soil-borne microorganisms antagonistic to phytopathogens as well as entomopathogens against phytophagous insects will be presented by several examples. An additional chapter describes some effects of copper in combination with further pollutants on soil microorganisms. Depending on the multitude of publications great amplitudes of the observed effects of copper exist. Nearly from all presented areas significant influences of low copper concentrations – at practical or even lower dosages – are reported as well as very low effects of very high ones. In addition more or less direct effects of copper-containing pesticides are reported. Obviously some microorganisms may be able to build up copper-tolerant populations due to high or very high copper pollution, which often are accompanied by a decreased microbial diversity in soil. Because the copper content in soil normally persists over a long time and from literature data effects of copper on microbial populations in soil cannot be avoided in many cases we suggest a restrained application of copper-containing pesticides and fertilizers. A final discussion and evaluation of the effects of copper on soil microorganisms should also include microbial activities and, therefore, will be done in a succeeding second part of the review.