Bisherige Arbeiten (2014 - 2017)

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)

Ziele

Das Projekt LitterLinks untersucht Veränderungen in der Struktur der Tiergemeinschaft und ihrer Nahrungsbeziehungen im Boden mit der Form der Waldnutzung. Bodennahrungsnetze sind ein integraler und essentieller Bestandteil terrestrischer Ökosysteme und eng verknüpft mit dem überirdischen System. Tiere im Boden spielen dabei eine besondere Rolle als (i) Zersetzer, bei der Umsetzung von toter pflanzlicher und tierischer Materie, (ii) als Konsumenten von Wurzeln, mit direkten Folgen für das Pflanzenwachstum aber auch als (iii) Bodenarchitekten, die durch Grabtätigkeiten die die Bodenstruktur und somit die Aufnahme von Wasser und Nährstoffen verbessern. Trotz dieser vielfältigen und wichtigen Dienstleistungen für den Boden weiß man relativ wenig über die Tiere und ihre Interaktionen, was vor allem in ihrer geringen Größe, ihrer hohen Diversität aber auch in den Schwierigkeiten sie zu beobachten begründet liegen.

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

Daneben dient das „Trenching-Experiment“ zur genaueren Aufklärung der Bedeutung von Stoffwechselvorgängen in überirdischen Systemen für die Struktur des Bodennahrungsnetzes. In diesem 6 Jahre laufenden Freilandexperiment wird durch den Ausschluss von Wurzeln der Zufluss von Wurzelexsudaten in den Boden verringert, wodurch wir Veränderungen der mikrobiellen und tierischen Gemeinschaft erwarten.

 

Hypothesen

1.    Die Zusammensetzung der Zersetzergemeinschaft von Waldökosystemen verändert sich in einer vorhersagbaren und konsistenten Weise mit der Form der Waldnutzung.

2.    Verknüpfungen zwischen Zersetzern und ihrer Nahrung verändern sich wenig mit der Intensität und Form der Waldnutzung.

 

Methoden

Diversität und Abundanz der Bodentiere werden durch Hitzeextraktion von Bodenkernen erfasst. Daneben werden biotische und abiotische Faktoren, wie mikrobielle Biomasse, Säuregrad von Boden und Streu sowie die Lagerungsdichte der Streuauflage aufgenommen, um die Nutzungstypen und standortspezifischen Unterschiede zu charakterisieren.

Zur Analyse der Nahrungsbeziehungen stehen uns drei unterschiedliche, aber komplementäre Methoden zur Verfügung: Mittels stabiler Isotopenanalyse (13C/12C- und 15N/14N-Verhältnisse) werden trophische Position der Bodentiere und ihrer potenziellen Ressourcen untersucht. Die Fettsäureanalyse (PLFA/NLFA) ermöglicht Detektion von bakteriellen, pilzlichen und pflanzlichen Fettsäuren im Tier und somit deren direkte bzw. indirekte Nahrungsressource. Die molekulare Darminhaltsanalyse schlussendlich ermöglicht mittels spezifischer PCR-Marker den Nachweis von DNA im Verdauungstrakt und dadurch eine artgenaue Zuordnung der Nahrungsquellen. Diese Methode wird verstärkt in der aktuellen Phase des Projekts genutzt, um den Darminhalt von Collembolen und Hornmilben auf Mykorrhiza-Pilzen, Nematoden aber auch Bodenalgen zu untersuchen und somit deren Bedeutung in den unterschiedlichen Waldtypen zu erkennen.

Daten zu Vorkommen, Abundanz und Verankerung im Nahrungsnetz dienen der Modellierung von Nahrungssnetzen (vormals: Projekt ModelWeb).

Die trophische Struktur der Zersetzergemeinschaft im Boden europäischer Buchenwälder und ihre Veränderungen mit unterschiedlicher Waldnutzung kann so in bisher nicht erreichter Genauigkeit aufgedeckt werden.

Bisherige Arbeiten (2008 - 2014)

Änderung von Nahrungsbeziehungen im Boden in Abhängigkeit von der Waldnutzung

 

Wissenschaftliche Bearbeitung durch:

Prof. Dr. Stefan Scheu

Dr. Melanie Maraun
(Universität Göttingen)

PD Dr. Liliane Rueß
(Humboldt Universität zu Berlin)

Hypothesen

  1. Die Zusammensetzung der Zersetzergemeinschaft von Waldökosystemen verändert sich in einer vorhersagbaren und konsistenten Weise mit der Form der Waldnutzung.

  2. Verknüpfungen zwischen Zersetzern und ihrer Nahrung verändern sich wenig mit der Intensität und Form der Waldnutzung.

Ziele

Das Projekt LitterLinks untersucht Veränderungen in der Struktur der Tiergemeinschaft im Boden mit der Form der Waldnutzung. Die Gemeinschaft der Bodentiere ist ein integraler und essentieller Bestandteil terrestrischer Ökosysteme und eng verknüpft mit dem überirdischen System. Tierische Zersetzer spielen eine wichtige Rolle bei der Umsetzung toter pflanzlicher und tierischer Materie, Wurzelfraß beeinflusst direkt das Pflanzenwachstum, die Grabtätigkeit vieler Bodenorganismen (z.B. von Regenwürmern) formt und verbessert die Struktur des Bodens und somit die Aufnahme von Wasser und Nährstoffen. Die Dienstleistungen der Bodentiergemeinschaft für einen Lebensraum sind vielfältig, die zahlreichen Interaktionen der Organismen dieses Teilsystems jedoch nur ansatzweise verstanden. Dies begründet sich vor allem in methodischen Schwierigkeiten. Bodenorganismen sind zumeist sehr klein und somit schwer zu bestimmen, die Erfassung der Siedlungsdichten, Biomassen und der Artenvielfalt ist entsprechend aufwändig.

Die Arbeit des Projekts sieht vor, in Wäldern unterschiedlicher Nutzungsform Schlüsseltaxa im Boden und in der Streuschicht zu identifizieren und Veränderungen der Gemeinschaftskomposition und der Artenvielfalt zu dokumentieren. Die durch Hitzeextraktion aus Bodenkernen ausgetriebenen Bodentiere werden hierzu auf Artniveau bestimmt. Die Bestimmung der Bodenfauna erfolgt durch die Doktoranden des Projekts bzw. im Rahmen von Master- und Bachelorarbeiten. Teilgruppen werden durch die Arbeit weiterer Projekte innerhalb der Biodiversitätsexploratorien ergänzt. So werden die Hornmilben von Georgia Erdmann (Frass), die Einzeller von Jan Weinert (NanoFauna) und die Asseln von Roswitha Ehnes (ModelWeb) bearbeitet.

Es wurden zusätzliche biotische und abiotische Faktoren, wie mikrobielle Respiration, Säuregrad von Boden und Streu sowie die Lagerungsdichte der Streuauflage aufgenommen, um die Nutzungstypen und standortspezifischen Unterschiede zu charakterisieren.


Im Anschluss an die Bestimmung der Arten analysieren wir die Nahrungsbeziehungen von repräsentativen Schlüsseltaxa der Bodenfauna, ihre trophische Position und ihre basale Nahrungsressource unter Zuhilfenahme komplementärer Labormethoden.

 

Methoden

  1. Die Analyse der stabilen Isotopensignatur (13C/12C- und 15N/14N-Verhältnisse) der Bodentiere und ihrer potenziellen Ressourcen (z.B. der Streu) lässt Schlüsse auf die Position im Nahrungsnetz und die basale Ressource der Organismen zu.

  2. Die Analyse von Fettsäuremustern weist direkt aus der Nahrung bezogene Fettsäuren im Körpergewebe von Organismen nach und ermöglicht unter anderem die Unterscheidung von bakterieller und pilzlicher Nahrung.

  3. Die molekulare Darminhaltsanalyse detektiert DNA-Fragmente der Beute im Verdauungstrakt von Prädatoren und ermöglicht so den Nachweis einer Fraßbeziehung.

Die Daten zur Siedlungsdichte und Biomasse von Schlüsseltaxa, sowie die nachgewiesenen Fraßbeziehungen bilden die Datenbasis für eine empirisch basierte Modellierung der Nahrungsnetzstruktur durch das Projekt ModelWeb.

Die trophische Struktur der Zersetzergemeinschaft im Boden europäischer Buchenwälder und ihre Veränderungen mit unterschiedlicher Waldnutzung kann so in bisher nicht erreichter Genauigkeit aufgedeckt werden.

Bild LittleLinks

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