Bedeutung von Wurzelherbivorie für die Resilienz von Grünländern unter verschiedenen Landnutzungsintensitäten

 

Bisherige Arbeiten (2014 - 2017)

 

Wissenschaftliche Bearbeitung durch:

Prof. Dr. Florian Jeltsch

Michael Crawford

(Uni Potsdam)

Prof. Dr. Susanne Wurst

Dr. Ilja Sonnemann

(FU Berlin)

Hintergrund

Resilienz von Ökosystemen ist eine essentielle Voraussetzung für die nachhaltige Produktion natürlicher Ressourcen und die Bereitstellung von Ökosystemdienstleistungen, da Ökosysteme ständiger Veränderung und Störung ausgesetzt sind. Wurzelherbivorie hat einen maßgeblichen Einfluss auf die Produktivität und Diversität von Grünländern unter konstanten Bedingungen. Ihr Einfluss nach Störungen, Stressen oder Nährstoffpulsen ist jedoch nicht bekannt. Unser Projekt soll daher die Rolle von Wurzelherbivorie für die Regeneration von Grünland-Pflanzengemeinschaften nach verschiedenen Störungen, Stressen und nach Düngergaben beurteilen.

 

Hypothesen:

Der Einfluss von Wurzelherbivorie auf die Regeneration von Grünländern hängt ab von:

  • der Art der Wurzelherbivorie 
           bezüglich Intensität / Zeitpunkt / Verteilung / Nahrungspräferenzen
    z.B. Präferenz für abundante Pflanzenarten fördert die Regeneration einer diversen Pflanzengemeinschaft
  • der Art der Störung/des Stresses
           überwiegend Pflanzen beeinträchtigend / auch die Wurzelherbivoren beeinträchtigend / die Dominanz einzelner Pflanzenarten begünstigend
    z.B. Stress, der auch die Wurzelherbivoren beeinträchtigt, verzögert ihren Einfluss und schwächt ihn dadurch
  • den Eigenschaften des Ökosystems 
           wie Pflanzendiversität / Nährstoffversorgung
    z.B. Wurzelherbivorie hat starke Auswirkungen in nährstoffreichen Systemen, weil sie die Konkurrenz der Pflanzen um Wachstumsraum beeinflusst, die dort besonders hoch ist

 

Methoden

Wir wollen die Auswirkung von Wurzelherbivorie auf die Regeneration von Grünland-Pflanzengemeinschaften in kontrollierten Gewächshausexperimenten bestimmen und die Entwicklung von Wurzelherbivoren- und Pflanzengemeinschaften nach Störungen/Stressen in Feldstudien beschreiben. Darüber hinaus sollen je ein prozessbasierendes Model für Wurzelherbivore und Pflanzengemeinschaften entwickelt werden. Die Modelle werden gekoppelt, um die Rolle von Interaktionen von Pflanzen und Wurzelherbivoren für die Resilienz von Grünländern zu untersuchen. Unter den Wurzelherbivoren liegt unser Fokus auf den Drahtwürmern, den Larven der Schnellkäfer, da sie generalistisch, abundant und in europäischen Grünländern weitverbreitet sind.

Landnutzungsintensität und wurzelherbivore Insektenlarven: von der räumlichen Verteilung zu den Konsequenzen für die Pflanzengesellschaft

 

Bisherige Arbeiten (2011 - 2014)

 

 Wissenschaftliche Bearbeitung durch:

Prof. Dr. Susanne Wurst

Dr. Ilja Sonnemann

(Freie Universität Berlin)

Prof. Dr. Florian Jeltsch

(Universität Potsdam)

 Ziele:

(1) Identifizierung der Faktoren, die die räumliche Verteilung wurzelherbivorer Insektenlarven im Grünland bestimmen, sowie deren Zusammenhang mit der Bewirtschaftungsintensität

(2) Bestimmung des Einflusses, den wurzelherbivore Insektenlarven unter unterschiedlichen Bewirtschaftungsintensitäten auf durch Pflanzen vermittelte Interaktionen zwischen ober- und unterirdisch lebenden Organismen haben

(3) Bestimmung des Einflusses, den wurzelherbivore Insektenlarven unter unterschiedlichen Bewirtschaftungsintensitäten auf die Pflanzengesundheit haben, sowie dessen Zusammenhang mit spezifischen Pflanzenmerkmalen


Hypothesen:

(1a) Die großräumige Verteilung der wurzelherbivoren Insektenlarven wird eher von Bodenparametern als von Pflanzenparametern bestimmt, weil nachteilige abiotische Bedingungen ihr Vorkommen ausschließen, selbst wenn genügend Nahrungsressourcen vorhanden sind.

(1b) Wurzelherbivore Insektenlarven kommen in extensiv bewirtschafteten Grünländern stark aggregiert und in intensive bewirtschafteten Grünländern weniger stark aggregiert vor, weil die Lebensbedingungen (Verteilung von Wirtspflanzen und Bodenparameter) in extensiv genutzten Flächen heterogener sind als in intensiv genutzten.

(1c) Die horizontale Migration wurzelherbivorer Insektenlarven hängt von der Nahrungsabundanz ab, da die Fortbewegung im Boden energieaufwändig ist und nur in Reaktion auf Nahrungsmangel vorgenommen wird.

(2a) Die Bewirtschaftungsintensität beeinflusst die Auswirkungen von Wurzelherbivorie auf das metabolomische Profil von Plantago lanceolata, weil es die Wuchsform der Pflanze verändert, was wiederum Konsequenzen für die Induktion systemischer Verteidigung und für  kompensatorisches Wachstum hat.

(2b) Die Bewirtschaftungsintensität beeinflusst die Auswirkungen von Wurzelherbivorie auf Interaktionen zwischen ober- und unterirdisch lebenden Organismen an der Pflanze, weil das metabolische Profil von P. lanceolata und oberirdisch lebende Insektengemeinschaften dadurch beeinflusst werden.

(2c) Die Mykorrhizierung der Pflanzenwurzeln sowie deren Befall mit Wurzelpathogenen wird unter hoher Bewirtschaftungsintensität weniger durch Wurzelherbivorie reduziert als unter geringer Bewirtschaftungsintensität, weil die Konkurrenz um pflanzlichen Kohlenstoff zwischen diesen wurzel-assoziierten Organismen in stark gedüngten Flächen geringer ist als in ungedüngten.

(3a) Die Anfälligkeit einer Pflanzenart für Wurzelherbivorie wird durch ihre Wurzelbiomasse, den Grad des gerichteten Wurzelwachstums sowie die Verdaulichkeit des Wurzelgewebes bestimmt, weil diese Merkmale die Menge, Verteilung und Qualität von Wurzelgewebe in Boden festlegen und damit die Stärke des Effekt von Wurzelherbivorie auf das Pflanzenwachstum.

(3b) Wurzelherbivorie beeinflusst die Koexistenz von Arten in der Pflanzengemeinschaft, weil die Herbivoren aufgrund der oben genannten Merkmale bestimmte Arten präferieren und dadurch das Ergebnis interspezifischer Konkurrenz modifizieren.

(3c) Der Einfluss von Wurzelherbivorie auf die Koexistenz von Pflanzenarten ist unter extensiver Bewirtschaftung ausgeprägter als unter intensiver Bewirtschaftung, weil (i) Wurzelherbivore unter extensiver Bewirtschaftung aggregierter vorkommen und damit die Heterogenität der Fläche verstärken (ii) Pflanzenarten mit stark gerichtetem Wurzelwachstum in heterogenen Flächen aufgrund der starken Wurzelakkumulation in nährstoffreichen Bodenbereichen anfälliger für Wurzelherbivorie sind und daher nicht dominant werden können.

 

Methoden:

- Feldstudien
- Experimente unter kontrollierten Bedingungen
- Simulationsexperimente/Modellierung

 

Vergangene Projektbeteiligung von Prof. Dr. Susanne Wurst: Interact

Vergangene Projektbeteiligung von Prof. Dr. Florian Jeltsch:  BEAM

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