Veränderungen in der Struktur von Boden-Nahrungsnetzen mit der Intensität der Nutzung von Waldökosystemen


Wissenschaftliche Bearbeitung durch:

Prof. Dr. Stefan Scheu

Dr. Melanie Maraun

Dr. Kerstin Heidemann

Dr. Sarah Zieger

Melissa Jüds

(Uni Göttingen)

Bodennahrungsnetze sind ein essentieller Bestandteil terrestrischer Ökosysteme und eng mit dem überirdischen System verknüpft. Bodentiere spielen dabei eine besondere Rolle als (i) Zersetzer, bei der Umsetzung von totem pflanzlichen und tierischen Material, (ii) als Konsumenten von Wurzeln, mit direkten Folgen für das Pflanzenwachstum, aber auch als (iii) Bodenarchitekten, indem sie durch Grabtätigkeiten die Bodenstruktur und somit die Aufnahme von Wasser und Nährstoffen verbessern. Trotz dieser vielfältigen und wichtigen Dienstleistungen für den Boden ist relativ wenig über die Tiere und ihre Interaktionen bekannt, was vor allem in ihrer geringen Größe, ihrer hohen Diversität aber auch in den Schwierigkeiten sie zu beobachten begründet liegt.

 

Ziele

In diesem Projekt verfolgen wir zwei Ziele: Wir klassifizieren die Tiergemeinschaften der Streu-und Bodenschicht in unterschiedlich bewirtschafteten Wäldern und dokumentieren ihre Veränderungen über die Zeit. Aufbauend auf diesen Ergebnissen untersuchen wir die Nahrungsbeziehungen von Schlüsseltaxa, ihre trophischen Positionen und ihre basalen Nahrungsressourcen.

 

Langzeituntersuchung und Effekte von Landnutzung

Wir untersuchen die Schwankungen von Bodentiergemeinschaften zwischen den Jahren. Diese Schwankungen entstehen durch Veränderungen von abiotischen (Temperatur, Niederschlag) und biotischen Bedingungen (Veränderung von Konkurrenzstärke, Räuberdruck).

Hypothesen

  • Die Zusammensetzung und trophische Struktur ändert sich nur wenig mit der Zeit, und Unterschiede zwischen den Waldnutzungstypen bleiben relativ konstant.

  • Zeitliche Schwankungen in der Abundanz nehmen mit Körpergröße und Höhe der trophischen Ebene zu

Methoden

Bodentiere lassen sich in Makrofauna (Abb. 1) und Mesofauna (Abb. 2) einteilen, die mittels Hitzeextraktion (Abb. 3A) aus dem Boden und der Streu extrahieren werden. Regenwürmer werden mittels Senflösung aus dem Boden extrahiert. Die Diversität, sowie Abundanz und Biomasse wichtiger Bodentiertaxa werden erfasst.

Mikroorganismen sind wichtige Bestandteile der Basis des Bodennahrungsnetzes. Daher wird die mikrobielle Biomasse mittels der Substrat-induzierten Atmung (SIR) bestimmt sowie das Fettsäuremuster bestimmt, was Aussagen über die mikrobielle Gemeinschaft zulässt.

 

Gemeinschaft der Dipteren

Dipterenlarven sind ein wichtiger Bestandteil des Bodennahrungsnetzes. Leider ist sehr wenig über die Nahrungspräferenzen und ihre Rolle im Zersetzersystem bekannt. Wir untersuchen die Auswirkungen von unterschiedlich genutzten Wäldern auf ihre Artzusammensetzung und trophische Struktur.

Hypothesen

  • Ähnlich wie bei den Meso- und Makrofauna steigt die Abundanz der Dipterenlarven mit zunehmendes Humusdicke an, während die Waldnutzungsform zu geringen Änderungen führt.
  • Die trophische Position von Dipterenarten ändert sich mit Humusdicke, aber wenig mit der Waldnutzungsform.

Methoden

Wir verwenden Boden-Photoeklektoren (Abb. 3B) um die frisch geschlüpfte Dipteren zu sammeln. Die Signatur der stabilen Isotope der Individuen spiegelt dabei die trophische Position der Larve wieder.

 

Untersuchungen der Interaktionen von Pilzen und ihren Konsumenten mittels molekularer Darminhaltsanalyse

Das Ziel des Projektes ist neue Erkenntnisse über das Pilznahrungsnetz zu erhalten. Mit herkömmlichen Methoden war es bislang nicht möglich Konsumenten von saprotrophen Pilzen von Mykorrhiza-fressenden Tieren zu unterscheiden. Collembolen (Springschwänze) bieten sich als Untersuchungsgruppe an, denn viele der Arten fressen Pilze als Hauptnahrung. Wir untersuchen vor allem Arten, deren trophische Beziehungen bereits über stabile Isotope und Fettsäuremuster analysiert wurden.

Hypothesen

  • Mittels genereller Primer können wir mehr über das Pilzspektrum erfahren, welches von Collembolen verzehrt wird.
  • Spezifische Primer für saprotrophe und Mykorrhiza-Pilze ermöglichen es die Bedeutung dieser beiden funktionellen Gruppen als Nahrung für Collembolen zu erfassen und deren Variabilität mit unterschiedlichen Waldnutzungsformen zu analysieren.

Methoden

Für drei saprotrophe und drei Mykorrhiza Pilze, die bereits in den Untersuchungsflächen gefunden wurden, werden Primer entwickelt.

Sechs Collembolen Arten werden ausgewählt, drei Primär- und drei Sekundärzersetzer. Diese werden entlang des Walnutzungsgradienten in den drei Regionen der Exploratorien auf ihre Pilznahrung (saprotrophe und/oderMykorrhiza-Pilze) mittels molekularer Darminhaltsanalyse untersucht.

Abb. 1: Diversität der Boden-Makrofauna. (a, k): Landasseln; (b, c, d, f): Tausendfüßer; (e): Weberknecht; (g,h): Hundertfüßer, (j): Schnecke. © Sarah Zieger
Abb. 2: Diversität der Boden-Mesofauna. (a): MacFayden Bodenbohrer; (b, d, h): Oribatida (Hornmilben); (c, e, f, g, I, j: Collembola (Springschwänze). © Sarah Zieger
Abb. 3: Methoden zur Extraktion von Bodentieren; A: Hitzeextraktion für Bodenproben; B: Boden-Photoeklektoren für frisch geschlüpfte Diptera (Zweiflügler)

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