Auswirkungen der Landnutzung auf die Stöchiometrie von Pflanzen und Herbivoren: Mikro- und Makronährstoffe


Wissenschaftliche Bearbeitung durch:

Prof. Dr. Nico Blüthgen

PD Dr. Karsten Mody

Melanie Chisté

(TU Darmstadt)

PD Dr. Till Kleinebecker

Verena Busch

(Uni Münster)

Hypothesen

Pflanzenregulation von Bodennährstoffen/elementen

  • Elementkonzentrationen in Pflanzenbiomasse reagieren unterschiedlich auf die entsprechende Verfügbarkeit im Boden; folglich ist die stöchiometrische Diskrepanz stark elementabhängig
  • Die stöchiometrische Variabilität zwischen einzelnen Arten ist höher in artenreichen, geringproduktiven und extensive bewirtschafteten Beständen
  • Makronährstoffe und Fasergehalte in der Bestandesbiomasse weisen ausgeprägte jährliche Schwankungen auf; artenreiche Bestände schwanken weniger als artenreiche

Herbivorenregulation von Pflanzennährstoffen/elementen

  • Herbivore Arten unterscheiden sich in drei Eigenschaften (1) Grad der Homöostasie, (2) mittlere Nähstoffkonzentrationen in der Biomasse, z.B. Diskrepanz zur Futterpflanze und (3) Bandbreite von Konzentrationen von erfolgreich genutzten Ressourcen
  • Dies drei nicht unabhängigen Eigenschaften sind über Arten hinweg positive miteinander korrelliert und jede dieser Eigenschaften kann die Verbreitung von Arten entlang des Landnutzungsgradienten einschränken
  • Diese Effekte tragen zur Zusammensetzung von Artgemeinschaften und der Diversität von Herbivoren bei, z.B. Arten mit geringen Nährstoffansprüchen oder starker Homöostasie überwiegen im nähstoffarmen Grünland und umgekehrt

 

Ziele

STOICHIO untersucht Quantität und Zusammensetzung von Nährstoffen sowie deren Regulation innerhalb und den Transfer zwischen Organismen und ihrer Umwelt (Ökologische Stöchiometrie). Dieses Projekt zielt darauf ab, die regulatorischen Mechanismen der Nährstoffflüsse vom Boden über Vegetation bis zu Herbivorengesellschaften entlang des Landnutzungsgradienten im Grünland der Biodiversitätsexploratorien zu ergründen. Neben den klassischen Elementen (C, N, P, K) werden insbesondere Mikronährstoffe und Spurenelemente betrachtet.

Die Stöchiometrie von Nährstoffen ist element- und artspezifisch. In einigen Konsumenten variiert die Konzentration einiger Elemente proportional zu ihrer jeweiligen Quelle, während bei anderen diese auf ein konstantes Level reguliert wird oder selbige mit einer gewissen Variabilität in Abhängigkeit ihrer Verfügbarkeit auftritt. Taxa, Arten und einzelne Individuen weisen unterschiedliche Nährstoffbedürfnisse auf, und sind teils in der Lage, ihr internes Nährstofflevel ihrer Bedürfnisse entsprechend zu regulieren. Während manche die Nährstoffkonzentrationen unabhängig ihrer Verfügbarkeit auf relativ konstantem Niveau halten (Stöchiometrische Homöostasie), so weisen andere eine gewisse Plastizität in den internen Nährstofflevels auf (Stöchiometrische Plastizität). Nichtsdestotrotz sind die regulatorischen Prozesse hinter individueller Nährstoffstöchiometrie und auf der Ebene von Organismengemeinschaften weitestgehend unverstanden. Veränderungen in der Nährstoffverfügbarkeit in der Ressource (etwa durch landwirtschaftliche Nutzung) beeinflussen die Artvielfalt, die Artzusammensetzung und die Produktivität von Grünland. Es ist jedoch unbekannt, ob und inwieweit diese oben genannten Aspekte durch die interspezifische Variation in der Nährstoffstöchiometrie und die quantitativen Nährstoffbedürfnisse von Arten beeinflusst sind.

Um Verbreitungsmuster von Arten, Biodiversität und Ökosystemdynamiken besser verstehen zu können, ist es wichtig, die Mechanismen hinter der Regulierung von Nährstoffkonzentrationen und der Nährstofflimitierung auf Arten aufzuklären. Im Rahmen des Projektes soll geklärt werden, ob die Verbreitung und das Vorkommen von Pflanzen- und Herbivorenpopulationen entlang eines stöchiometrischen Ressourcengradienten durch die individuell variable Homöostasie von Arten eingeschränkt oder beeinflusst ist und wie diese stöchiometrische Variation zur Performance und hierarchischen Zusammensetzung von Arten in Gesellschaften beiträgt; und wie einzelne Arten stöchiometrisch betrachtet auf Düngung und allgemeine Veränderungen in der gesellschaftlichen Zusammensetzung aufgrund von Landnutzung reagieren.

 

Methoden

  • Feldkampagnen zu Gefäßpflanzen und Herbivoren auf allen 150 Grünland EPs
  • Fütterungsexperimente in den Exploratorien mit Pflanzenmaterial von den Plots (VIPs) und unter kontrollierten Bedingungen im Labor
  • Elementbestimmung in Biomasse von Pflanzen und Tieren mittels Nahinfrarotspektroskopie (NIRS), (NIRS), ICP-OES (Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy) und  Fluoreszenz-Röntgen-Spektroskopie (FXS)
  • Aminosäurebestimmung in Herbivoren

 

Vergangene Projektbeteiligung von Prof. Dr. Nico Blüthgen: DUNGWEBS, Response, Footprints, Plantcol, Invertebrates II

Weitere Projektbeteiligung von PD Dr. Till Kleinebecker: ESCAPE II
Vergangene Projektbeteiligung von PD Dr. Till Kleinebecker: BioComp

Vergangene Projektbeteiligung von PD Dr. Karsten Mody: Response

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