Die Untersuchung der Biodiversität saproxylischer Mikroorganismen und flechtenbildender Pilze in städtischen Gebieten und angrenzenden Wäldern

Hintergrund

Saproxyphile Pilze und Bakterien zersetzen Totholz zu Kohlendioxid und Nährstoffen und somit wesentliche Treiber der Nährstoffkreislaufe in Wäldern. Symbiosen aus Pilzen, Bakterien und/oder Algen (inkl. Flechten) ergänzen diese Prozesse. Gemeinschaftlich tragen sie zu den Nährstoffkreisläufen bei und erhöhen die biologische Vielfalt. Gleichzeitig reagieren sie empfindlich auf Umweltveränderungen und gelten als wichtige Bioindikatoren für Luftqualität und Klimawandel.

Trotz ihrer zentralen Rolle werden saproxyliche Mikroorganismen und Flechten in der Forstwirtschaft und im Naturschutz kaum berücksichtigt. In Mitteleuropa ist ihre Artenvielfalt rückläufig. In tropischen Wäldern, wie denen in Taiwan, die durch eine hohe Baumartenvielfalt und Produktivität gekennzeichnet sind, ist die mikrobielle Diversität hingegen besonders hoch. Die Zusammensetzung dieser Gemeinschaften wird maßgeblich von der vorherrschenden Baumart, der Landnutzung und dem Urbanisierungsgrad beeinflusst. Städtische und periurbane Wälder zeichnen sich oft durch eine strukturelle Vielfalt und unterschiedliche Bewirtschaftungsformen aus. Diese könnten sich als bedeutende Rückzugsorte für saproxyliche Mikroorganismen und Flechten erweisen und in als Biodiversitäts-Hotspots dienen. Bisher liegen jedoch keine systematischen Untersuchungen zu ihrer Rolle in urbanen Ökosystemen vor.

Ziele

Dieses Projekt untersucht unterschiedlich bewirtschaftete Waldflächen innerhalb und außerhalb von Städten in Deutschland und Taiwan, um ein vertieftes Verständnis der ökologischen Rolle saproxylischer Mikroorganismen und flechtenbildender Pilze zu entwickeln. Im Mittelpunkt steht die Frage, wie sich ihre Verbreitung, Artenzusammensetzung und funktionale Bedeutung unter variierenden Umweltbedingungen verändern und wie stark diese Faktoren räumlich voneinander abhängen. Durch die Analyse von Biodiversitätsmustern in Verbindung mit Klimavariablen, Landnutzungsformen und der Verfügbarkeit von Totholz sollen die biologischen und ökologischen Mechanismen identifiziert werden, die diese Organismengruppen prägen. Der Vergleich zwischen gemäßigten Wäldern in Deutschland und tropischen Standorten in Taiwan ermöglicht es zusätzlich, die Wirkung klimatischer Unterschiede auf mikrobielle Diversität, Aktivität und Zersetzungsprozesse zu bestimmen.

Hypothesen

Urbane Räume und angrenzende Wälder sind wichtige Lebensräume für holzbewohnende Mikroorganismen und flechtenbildende Pilze. Ihre Vielfalt und Verbreitung sind dabei stark von der Verfügbarkeit von Holz und Totholz sowie den vorkommenden Baumarten abhängig. Zudem spielen Klima- und Umweltbedingungen eine entscheidende Rolle. Ein Vergleich zwischen Städten und Wäldern in Deutschland und Taiwan könnte zeigen, dass sich Mikroorganismen auf ähnliche Weise ausbreiten, ihre Diversität und Aktivität jedoch durch klimatische Unterschiede beeinflusst wird. In tropischen Regionen wie Taiwan ist die wärmere und feuchtere Umgebung voraussichtlich ein Treiber einer höheren Biodiversität und einer schnelleren Zersetzung von Totholz im Vergleich zu gemäßigten Regionen. Die Ergebnisse werden die Verbreitung und Bedeutung saproxylischer Mikroorganismen in ihrer Prozesse und Ökosystemleistungen in urbanen und naturnahen Landschaften auflösen.

Methoden

Erfassung und Dokumentation von Totholz: Totholz mit einem Durchmesser von mehr als 7 cm wird vor Ort lokalisiert, fotografiert und systematisch erfasst. Dabei werden Größe, Baumart, Zersetzungsgrad, begleitende Daten wie Wetterbedingungen sowie das Vorkommen und die Häufigkeit von Fruchtkörpern und Flechten dokumentiert. Diese Daten werden anschließend mit früheren Erhebungen verglichen.
Probenahme von Flechten und holzbewohnenden Mikroorganismen: Von natürlich vorkommendem Totholz, wie liegenden Ästen, Baumstümpfen, stehenden Totholzstämmen oder durch Windwurf oder forstwirtschaftliche Maßnahmen entstandenen Stämmen, werden Proben entnommen. Flechtenthalli werden direkt von der Oberfläche gesammelt, während holzbewohnende Mikroorganismen aus dem Inneren des Totholzes mittels Bohrungen (Bohrstaubentnahme) gewonnen werden.
Standortspezifische Datenerhebung: Für jeden Standort werden Informationen wie Wetter, Höhenlage, Baumarten, deren Anzahl und Zustand, Waldgröße und -struktur, Bewirtschaftungspraktiken, städtische Planung, Urbanisierungsgrad, städtische Gärten, öffentliche Infrastruktur und anthropogene Aktivitäten dokumentiert.
Erfassung luftgetragener Mikroorganismen: An jedem Standort werden Luftproben genommen, um die Zusammensetzung von Pilz- und Bakteriengemeinschaften in der Umgebungsluft zu bestimmen.
Exposition von standardisiertem Totholz: Standardisiertes, gamma-sterilisiertes Totholz der Arten Rotbuche (Fagus sylvatica), Stieleiche (Quercus robur) und Limba – Baum (Terminalia superba) mit den Maßen 25 × 50 × 500 mm wird für ein Jahr ausgelegt und anschließend wieder eingesammelt, um Besiedlung und Zersetzung zu untersuchen.

Abb. 1: Schematische Darstellung der Feldprobenahme in urbanen Parkflächen und Waldhabitaten. Dargestellt sind die Luftprobenahme zur Erfassung luftgetragener Mikroorganismen sowie die Probenahme von Totholz und Flechten. Zusätzlich wird die experimentelle Zugabe von Totholz gezeigt. Alle Proben wurden anschließend mittels 16S rRNA- und ITS-Gen basierter Ampliconsequenzierung analysiert.

Kooperationen sind aus eigenen Mitteln der Kooperationspartner finanzierte Projekte und damit finanziell unabhängig von dem DFG-finanzierten Infrastruktur-Schwerpunktprogramm „Biodiversitäts-Exploratorien (BE)“. Sie ergänzen die BE um weitere interessante Forschungsinhalte zur Biodiversitätsforschung und profitieren im Gegenzug von der Infrastruktur der Biodiversitäts-Exploratorien.