Effekte von landnutzungsbedingter Diversität auf Pflanzen-Boden Feedbacks und Koexistenz in Pflanzengemeinschaften
Im Boden gibt es viele direkte und indirekte Wechselwirkungen zwischen Bodenorganismen und abiotischen Faktoren welche gleichermaßen mit Pflanzenwurzeln interagieren. Pflanzen verändern, vermittelt über Wurzelexsudate, sowohl abiotischen Faktoren als auch die Zusammensetzung der Bodenorganismengemeinschaften. Diese Effekte wirken sich im Gegenzug wieder auf das Pflanzenwachstum aus und werden als Pflanze-Boden Feedback bezeichnet (englisch plant-soil feedback: PSF).
In Gewächshausexperimenten mit Erde, die entlang eines Landnutzungsgradienten gesammelt wurde, konnte bisher gezeigt werden, dass Bodenmikroorganismen zur Koexistenz zwischen Pflanzenarten vor allem im Extensivgrünland beitragen können, da sie dort das Wachstum von besonders dominanten Arten negativ beeinflussen.
Jedoch entsprechen die Umweltbedingungen im Gewächshaus nicht immer denen im Freiland. In einer Studie verglichen wir direkt die PSF-Effekte zwischen Gewächshaus und Feld und konnten nachweisen, dass sich diese Effekte in fast allen Vergleichen stark zwischen beiden Untersuchungsorten unterschieden. Weiterhin stellten wir im Feld fest, dass die Vielfalt der Pflanzen in der Umgebung der Untersuchungspflanzen einen starken Einfluss auf die Ergebnisse hatte.
Studien der Biodiversitäts-Exploratorien zeigen, dass Landnutzungsintensität einen starken Einfluss auf die Diversität vieler Organismengruppen aus unterschiedlichen trophischen (z.B. Pflanzen, Insekten…) aufweist.
Deshalb möchten wir in den Biodiversitäts-Exploratorien mit Feldexperimenten entlang des Landnutzungsgradienten testen, ob (1) Landnutzung bzw. die landnutzungsbedingte Biodiversität generell einen Einfluss auf die Interaktion zwischen Pflanzen und Boden hat.
Durch die Kombination von Ausschluss-, Konkurrenz- und Bodenvielfalt-Experimenten werden wir (2) untersuchen, inwieweit die landnutzungsbedingte Biodiversität die Stärke und Richtung der PSFs beeinflusst. Mit diesem Ansatz untersuchen wir grundlegende Mechanismen welche Koexistenz und Biodiversität im Grünland ermöglichen.
Zusätzlich werden wir (3) direkte und indirekte Effekte von abiotischen Faktoren (z.B. Düngung) auf PSFs unter Feldbedingungen testen.
Mit Gewächshausexperimenten werden wir (4) zudem die Einzeleffekte der Bodenmikroorganismen entlang des Landnutzungsgradienten für viele Pflanzenarten testen, um zu untersuchen ob sich Landnutzungsänderung, neben Änderung von abiotischen Faktoren (z.B. Düngung), auch indirekt über die Veränderung der Zusammensetzung der Bodenmikroorganismengesellschaft auf die Pflanzenvielfalt auswirkt.
Um die Effekte von Landnutzungsintensität bzw. landnutzungsbedingter Biodiversität und Herbivorie auf die PSFs zu untersuchen, führten wir in den Biodiversitäts-Exploratorien Feldexperimente entlang des Landnutzungs-gradienten durch. In diesen Feldexperimenten wurden Ausschluss- und PSF-Experimente kombiniert.
Die bisherigen Ergebnisse zeigen das die durch Landnutzung bedingte Stärke der oberirdischen Herbivorie durch Insekten die Resultate der PSFs verändert wobei zunehmende Herbviorie-Intensität meist zu neutralen PSFs führte. Dies deutet darauf hin, dass die relative Bedeutung der Interaktionen zwischen Pflanzen und Boden für das Wachstum von Pflanzen in Grünlandgesellschaften mit zunehmender Herbivorie-Intensität abnimmt. Daher könnten PSFs in Ökosystemen mit niedrigem Herbivoren-Druck wichtiger für die Pflanzenleistung sein als in Ökosystemen mit großem Einfluss von Insekten-Herbivoren. (Heinze, J., Simons, N.K., Seibold, S., Wacker, A., Weithoff. G., Gossner, M.M., Prati, D., Bezemer, T.M. & Joshi, J. (2019) The relative importance of plant-soil feedbacks for plant-species performance increases with decreasing intensity of herbivory. Oecologia 190:651-664, doi: 10.1007/s00442-019-04442-9).
Weiterhin zeigte sich das durch Landnutzung-beeinflusste PSFs eine untergeordnete Rolle bei der lokalen Anpassung vom Spitzwegerich (Plantago lanceolata) spielen. (Kirchhoff, L., Kirschbaum, A., Joshi, J., Bossdorf, O., Scheepens, J.F. & Heinze, J. (2019) Plant-soil feedbacks of Plantago lanceolata in the field depend on plant origin and herbivory. Frontiers in Ecology and Evolution. doi: 10.3389/fevo.2019.00422).
Wissenschaftliche Mitarbeiter:innen
