Einfluss von Totholz auf die funktionelle Diversität und biogeochemischen Eigenschaften in unterliegenden Böden

Wissenschaftliche Bearbeitung durch:

Prof. Dr. Werner Borken

Cynthia Minnich

(Uni Bayreuth)

PD Dr. Derek Peršoh

Christopher Sadlowski

(Uni Bochum)


Totholzstämme stellen eine energie-/kohlenstoffreiche und zugleich nährstoffarme Ressource in Waldökosystemen dar. Deren relativ langsamer Abbau bedingt ein einzigartiges und attraktives Habitat für viele spezialisierte Organismen. Totholzstämme unterscheiden sich von Böden im Gehalt und in der Verfügbarkeit an Nährstoffen. Über die chemischen und biologischen Wechselwirkungen mit Böden ist jedoch wenig bekannt, was für das Verständnis bezüglich der Auswirkungen von Totholz auf die Funktion und Biodiversität in Waldböden erforderlich ist.

Pilzhyphen haben die Fähigkeit zwei Habitate zu überbrücken und dadurch Nährstoffe zwischen Totholz und Boden umzuverteilen. Nährstoffgradienten existieren in den Biodiversitäts-Exploratorien durch verschiedene Nährstoffgehalte in den Totholzstämmen von 13 Baumarten, exponiert in dem BeLongDead-Experiment, und verschiedenen Böden, beeinflusst durch das Forstmanagement. Ein Ziel des Projektantrags ist das Potenzial für Nährstofftranslokation durch verschiedene Bodenpilzgemeinschaften, die in den Exploratorien vorkommen, in einem kontrollierten Laborexperiment zu überprüfen.Ein weiteres Ziel ist die langfristigen Effekte (~9-10 Jahre) der Totholzstämme auf die unterliegenden Böden in dem BeLongDead-Experiment zu untersuchen.

Unsere übergeordnete Hypothese ist, dass nährstoffarme Böden eine andere Reaktion auf Nährstoffgradienten zu den Totholzstämmen, abhängig von der Baumart, zeigen als nährstoff-reiche Böden. Für nährstoffarme Böden hypothesieren wir positive Effekte mit zunehmenden Totholznährstoffen auf die (1) Nährstofftranslokation in Richtung Boden, (2) funktionelle Diversität von saprotrophen Pilzen, (3) Feinwurzeldichte, ektomykorrhizierten Kurzwurzeln und Ektomykorrhiza-Diversität, und (4) mikrobielle Biomasse und Aktivität. Für nährstoffreiche Böden erwarten wir entgegengesetzte Effekte (1 und 2), keinen Effekt (3) und einen ähnlichen Effekt (4).

Zur Überprüfung der Hypothesen werden wir innovative und etablierte Methoden sowie Felduntersuchungen und Laborexperimente kombinieren. Die Nährstofftranslokation durch Hyphen wird basierend auf 15N- und 33P-Markierung erfasst und durch Sequenzierung der Metatranskriptome begleitet. Chemische und mikrobielle Bodenparameter sowie Wurzeleigenschaften werden mit der Struktur und Aktivität der pilzlichen Gemeinschaft, bestimmt mit den Next-Generation-Sequencing Ansatz, in Beziehung gesetzt. Unsere gemeinsamen Expertisen ermöglichen es die Relevanz von pilzlicher Diversität und Bodeneigenschaften unter Totholzstämmen für Ökosystemprozesse neu zu bewerten.

Durch die Zusammenarbeit in einem koordinierten und vollständig replizierten Experiment mit weiten Nährstoffgradienten erwarten wir belastbare Ergebnisse mit großer wissenschaftlicher Bedeutung und Nutzen für die Waldwirtschaft.

 

Vergangene Projektbeteiligung von Prof. Prof. Dr. Werner Borken: BeLongDead

Vergangene Projektbeteiligung von PD Dr. Derek Peršoh: EnDeco