Einsatz von Bacillus subtilis und Lactobacillus-Stämmen zur Entwicklung und Gestaltung technischer Vegetationssysteme für die Gleisbett-Naturierung

DISSERTATION

zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum horticulturarum
(Dr. rer. hort.)

eingereicht an der

Landwirtschaftlich-Gärtnerischen Fakultät
der Humboldt-Universität zu Berlin

von

Dipl. Gartenbau-Ingenieur Sadif Dunya
geboren am 03.08.1971 in Hatrieh, Syrien

Präsident der Humboldt-Universität zu Berlin

Prof. Dr. Dr. h. c. Jürgen Mlynek

Dekan: Dekan der Landwirtschaftlich-Gärtnerische Fakultät
Prof. Dr. Dr. h. c. Uwe Jens Nagel

Gutachter:
1. PD Dr. Heiner Grüneberg
2. Prof. Dr. Dr. Christian Ulrichs
3. Dr. Hans-Joachim Henze

Tag der mündlichen Prüfung: 30.03.2005

Widmung:

-Meinen Eltern gewidmet-

Inhaltsverzeichnis

• 1. Einleitung
• 2. Theoretische Grundlagen
  • 2.1. Naturierung im Gleisbett
  • 2.2. Extensivbegrünung
    • 2.2.1. Nassansaat von Sprossen
    • 2.2.2. Vegetationsmatten
  • 2.3. Versuchsorganismen
    • 2.3.1. Testpflanze Sedum album
    • 2.3.2.  Bacillus subtilis
      • 2.3.2.1. Charakterisierung von Bacillus subtilis
      • 2.3.2.2. Wirkungsmechanismen von Bacillus subtilis
    • 2.3.3.  Lactobacillus
      • 2.3.3.1. Charakterisierung von Lactobacillus
      • 2.3.3.2. Wirkungsmechanismen von Lactobacillus
• 3. Problem- und Zielstellungen
• 4. Versuchsmaterial und Untersuchungsmethoden, allgemeines
  • 4.1. Versuchssubstrate
    • 4.1.1. Bestimmung der Nährstoffgehalte der verwendeten Substratarten
    • 4.1.2. Bestimmung der physikalischen Substratbeschaffenheiten
  • 4.2. Naturierungsverfahren
  • 4.3. Erfassung von Klimadaten
  • 4.4. Allgemeine Vorgehensweise
    • 4.4.1. Versuchsdurchführung
    • 4.4.2. Bestimmung von Pflanzenwachstumsparametern
  • 4.5. Statistische Auswertung
• 5. Untersuchungen zu Einzel- und Kombinationseffekten von Bakterien mit dem
  • 5.1. Versuchsserie 1 (Praxisversuch München)
    • 5.1.1. Material und Methoden
    • 5.1.2. Ergebnisse und Diskussion
  • 5.2. Versuchsserie 2 (Komplexfeldversuch Berlin)
    • 5.2.1. Untersuchungsmethodik Komplexfeldversuch Berlin
    • 5.2.2. Ergebnisse und Diskussion
    • 5.2.3. Nachweis der Wirksamkeit der inokulierten Bacillus subtilis- und Lactobacillus- Stämme auf das Pflanzenwachstum
      • 5.2.3.1. Gefäßtest mit Keimpflanzen
      • 5.2.3.2. Röhrchentest
  • 5.3. Versuchsserie 3 (Herbst / Winter)
    • 5.3.1. Versuchsanlage
    • 5.3.2. Ergebnisse und Diskussion
    • 5.3.3. Nachweis der Wirksamkeit der inokulierten Bacillus subtilis- und Lactobacillus- Stämme auf das Pflanzenwachstum
• 6. Untersuchungen in der Klimakammer
  • 6.1. Untersuchungsmethodik Klimakammerversuch
  • 6.2. Ergebnisse und Diskussion
  • 6.3.  Nachweis der Wirksamkeit der eingesetzten Bacillus subtilis- Konzentrationen
• 7. Schlussfolgerungen und erste praktische Empfehlungen
• 8. Vorschläge für weitere Forschungsarbeiten
• 9. Zusammenfassung
• Verzeichnis der im Text verwendeten Abkürzungen
• Literaturverzeichnis
• Anhang
• Danksagung
• Eidesstattliche Erklärung

Tabellen

• Tab. 1: Geeignete Pflanzen für die Gleisbett-Naturierungen (KRAMER et al. 1998)
• Tab. 2: Laboranalysenwerte der verwendeten Substrattypen
• Tab. 3: Bestandteile der verwendeten Anspritzmasse
• Tab. 4: Einsatzmengen von Bakterien und Nährsubstrat
• Tab. 5: Aufwandmengen der verwendeten Sedum-Arten
• Tab. 6: Behandlungsvarianten in Kombination mit Substraten in München
• Tab. 7: Wachstumsbeeinflussungen durch eine einmalige Behandlung mit Bacillus subtilis und Lactobacillus im Münchener Versuch
• Tab. 8: Darstellung des Aufbausystems
• Tab. 10: Wachstumsbeeinflussungen einer einmaligen Behandlung mit Bacillus subtilis und Lactobacillus auf Ziegelbruchsubstrat und Geotextilmatten, 1. Bonitur im Komplexfeldversuch Berlin
• Tab. 11: Wachstumsbeeinflussungen einer einmaligen Behandlung mit Bacillus subtilis und Lactobacillus auf Mineralwollmatten, 1. Bonitur im Komplexfeldversuch Berlin
• Tab. 12: Wachstumsbeeinflussungen einer zweimaligen Behandlung mit Bacillus subtilis und Lactobacillus auf Ziegelbruchsubstrat und Geotextilmatten, 2. Bonitur im  Komplexfeldversuch Berlin
• Tab. 13: Wachstumsbeeinflussungen einer zweimaligen Behandlung mit Bacillus subtilis und Lactobacillus auf Mineralwollmatten, 2. Bonitur im Komplexfeldversuch Berlin
• Tab.14: Wachstumsbeeinflussungen einer zweimaligen Behandlung mit B. subtilis und Lacto-bacillus auf Ziegelbruchsubstrat und Mineralwollmatten,  3. Bonitur im Komplexfeldversuch Berlin
• Tab. 15: Wachstumsbeeinflussungen einer zweimaligen Behandlung mit Bacillus subtilis und Lactobacillus auf Geotextilmatten, 3. Bonitur im Komplexfeldversuch Berlin
• Tab. 16: Relativwerte (in %) zum Bedeckungsgrad in Abhängigkeit von der Behandlung mit Bacillus subtilis und Lactobacillus auf Ziegelbruchsubstrat, Geotextilmatten und Mineralwollmatten (Komplexfeldversuch Berlin)
• Tab. 17: Relativwerte für Sprosslängen sowie Spross- und Wurzelfrischmassen im Keimtest mit Erbsen
• Tab. 18: Relativwerte für Sprosslängen sowie Spross- und Wurzelfrischmassen im Röhrchentest mit Erbsen
• Tab. 19: Behandlungsvarianten in Kombination mit Substraten in Versuchsserie 3 (Herbst / Winter)
• Tab. 20: Wachstumsbeeinflussungen einer einmaligen Behandlung mit Bacillus subtilis und Lactobacillus auf Ziegelbruchsubstrat, Geotextilmatten und Ziegelkompostsubstrat,  1. Bonitur in Versuchsserie 3 (Herbst / Winter)
• Tab. 21: Wachstumsbeeinflussungen einer zweimaligen Behandlung mit Bacillus subtilis und Lactobacillus auf Ziegelbruchsubstrat, Geotextilmatten und Ziegelkompostsubstrat, 2. Bonitur in Versuchsserie 3 (Herbst / Winter)
• Tab. 22: Relativwerte des Bedeckungsgrades (in %) in Abhängigkeit von der Behandlung mit Bacillus subtilis und Lactobacillus auf Ziegelbruchsubstrat, Geotextilmatten und Ziegelkompostsubstrat (Versuchsserie 3)
• Tab. 23: Relativwerte für Sprossfrischmassen im Keimtest mit Sommergerste
• Tab. 24: Aufwandmengen an Substraten
• Tab. 25: Behandlungsvarianten in Kombination mit Substraten im Klimakammerversuch
• Tab. 26: Wachstumsbeeinflussungen einer einmaligen Behandlung mit B. subtilis 2x10⁹ cfu/ml und 2x10⁸ cfu/ml, 1. Bonitur in der Klimakammer
• Tab. 27: Wachstumsbeeinflussungen einer einmaligen Behandlung mit B. subtilis 2x10⁹ cfu/ml und 2x10⁸ cfu/ml, 2. Bonitur in der Klimakammer
• Tab. 28: Wachstumsbeeinflussungen einer zweimaligen Behandlung mit B. subtilis 2x10⁹ cfu/ml und 2x10⁸ cfu/ml, 3. Bonitur in der Klimakammer
• Tab. 29: Wachstumsbeeinflussungen einer zweimaligen Behandlung mit B. subtilis 2x10⁹ cfu/ml und 2x10⁸ cfu/ml, Abschlussbonitur in der Klimakammer
• Tab. 30: Relativwerte für Sprossfrischmassen bei Sommergerste in der Klimakammer
• Tab. 1: Gegenüberstellung von Substrattemperatur im Vergleich zur Luft- und Bodentemperatur zur verschiedenen Zeitpunkten am Tag LT. Lufttemperatur ºC in 20 cm BT. Bodentemperatur ºC in 2 cm
• Tab.2: Substrattemperatur im Vergleich mit der Luft- und Bodentemperatur um 10 und14 Uhr
• Tab. 3: Vergleich von Gewichtsverlusten in Substraten zwischen frühmorgens und nachmittags

Bilder

• Abb. 1: Wechselbeziehungen zwischen der Sedumvegetation und dem Gleisbett.
• Abb. 2: Wirkmechanismen von Bacillus subtilis (KILIAN et al. 2000).
• Abb. 3: Räumliche Anordnung des Versuches (2003)
• Abb. 4: System-Aufbau des Naturierungsverfahrens (SIEMSEN 2002)
• Abb. 5: Vegetationssystem des Ziegelbruchsubstrats (Querschnittsgestaltung)
• Abb. 6: Vegetationssystem der Geotextilmatten (Querschnittsgestaltung)
• Abb. 7: Vegetationssystem der Mineralwollmatten (Querschnittsgestaltung)
• Abb. 8: Versuchsanlage im Mai 2003
• Abb. 10: Entwicklungszustand der Sedumvegetation zum Versuchsabschluss im September 2003