Ektomykorrhizadiversität in Relation zu Landnutzungsänderungen und Ökosystemfunktionen

Obgleich ökologische Eigenschaften von Pilzen die Dynamik von Nährstoffkreisläufen maßgeblich beeinflussen, gibt es nur wenige Untersuchungen über die Substratpräferenzen von Pilzen in ihrer natürlichen Umgebung. Um diese Wissenslücken zu schließen, planen wir in der neuen Phase folgende Untersuchungen:

1. Analyse der zeitlichen und räumlichen Variation der Zusammensetzung der Pilzgesellschaften an Wurzeln (Mycorrhiza, Saprophyten, Pathogene) und ihrer potentiellen Triebkräfte (Landnutzung, Klima, Boden, Wurzelnährelemente)
2. Analyse von Substratpräferenzen von Pilzgesellschaften in Köderexperimenten
3. Etablierung kausaler Zusammenhänge zwischen forstlichen Eingriffen (Lückenhieb), Veränderungen der Wurzelphysiologie und der Funktion und Diversität von unterschiedlichen ökologischen Gruppen in Pilzgesellschaften

Um diese Ziele zu erreichen, soll die Diversität der Pilzgesellschaften auf den 150 experimentellen Waldplots untersucht und die Ergebnisse genutzt werden, um die zeitliche und räumliche Variation der Pilzgesellschaften von 2014-2020 zu erforschen. Des Weiteren werden wir Substratköder auslegen und die besiedelnden Pilzgemeinschaften untersuchen. Durch das neue Waldexperiment (Auflichtung) wird der Kohlenstofffluss in den Boden stark verändert. Wir wollen diese Situation nutzen, um den Einfluss auf die Wurzelphysiologie, die Wurzel-assoziierten Pilzgesellschaften und mögliche feedback Reaktionen auf die Baumernährung zu analysieren. Insgesamt werden die Ergebnisse zu einem besseren Verständnis von funktionalen Zusammenhängen von Artengemeinschaften in Ökosystemen beitragen.

1. Die Rolle wurzelassoziierter Pilze für die Anpassungsfähigkeit und Angepasstheit von Buchen
   Die Zusammensetzung von Pilzgemeinschaften kontrollierte eine Reihe von Ökosystemfunktionen mit direkten Auswirkungen auf die Resilienz, die Kohlenstoffspeicherung und den Nährstoffkreislauf von Waldökosystemen. Sämlinge aus verschiedenen Populationen von Fagus sylvatica, die auf verschiedenen Plots ausgepflanzt wurden, besaßen eine geringe ökologische Angepasstheit. Dies deutet auf eine begrenzte Spezialisierung an lokale Bedingungen hin. Die Sämlinge zeigen jedoch eine hohe Anpassungsfähigkeit, weil die meisten Populationen ihre Wachstum in unterschiedlichen Umgebungen aufrechterhalten. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Mischung l von lokalen und klimaanpassungsfähigen, nicht-lokalen Populationen die Resilienz von Waldbeständen unter dem Klimawandel erhöhen kann. Ein wesentlicher Punkt war, dass wurzelassoziierte Pilze die Biomasseproduktion der Sämlinge durch Förderung der Stickstoffaufnahme, signifikant beeinflussen. Innerhalb der Pilzgesellschaft förderten Mykorrhizapilze das Wachstum, während saprotrophe Pilze es negativ beeinflussten. Diese funktionelle Divergenz unterstreicht, dass bei Wiederaufforstungs- und Waldumbauprojekten nicht nur die Genetik der Bäume, sondern auch nützliche mikrobielle Assoziationen zu berücksichtigen sind.
   Weiterführende Literatur: Pena et al. 2026

2. Bodenpilze tragen zur C-Speicherung auf Mineraloberflächen bei
   Pilzgemeinschaften auf Mineraloberflächen sind treibende Kräfte bei der Bildung von mineralassoziierter organischer Substanz (MAOM), einem kritischen Mechanismus für die langfristige Kohlenstoffstabilisierung im Boden. Goethit (Eisenoxid) akkumuliert signifikant mehr Kohlenstoff als Illit (Ton), unabhängig von der Landnutzung oder Bewirtschaftungsintensität. Die Zusammensetzung der Pilzgemeinschaft auf Mineraloberflächen wird stark vom Mineraltyp beeinflusst, wobei saprotrophe Pilze auf Mineralsubstraten dominieren. Umweltfilter wie Bodenchemie, Baumarten und regionales Klima üben jedoch eine stärkere Kontrolle über die Gemeinschaftsstruktur aus als der Mineraltyp allein. Ein Wechsel von saprotrophen zu ektomykorrhizalen Pilzen ist mit einer verbesserten Nährstoffaneignung verbunden, was auf funktionelle Übergänge in der Mineralosphäre hindeutet. Dies verdeutlicht das dynamische Zusammenspiel zwischen pilzlichen trophischen Gruppen und Mineraloberflächen im Nährstoffkreislauf.
   Weiterführende Literatur: Brand et al. 2024, Bramble et al. 2026

3. Pilzvermittelte Nährstoffaufnahme über Wurzeln in Grasland und Wäldern wird durch Nährstoffform und Habitatfilter geprägt
   Im Grasland prägt die Substratqualität die mikrobielle Zusammensetzung der Hyphosphäre: Wurzelstreu fördert saprotrophe Pilze und Bakterien, die am Abbau beteiligt sind, wodurch Pilzbiomasse und Kohlenstoffeinbau erhöht werden, aber Stickstoff weniger effizient an Pflanzen abgegeben werden als durch labile Substrate wie Arginin. Dies deutet auf eine Schlüsselrolle der Pilz-Pilz-Interaktionen – insbesondere zwischen arbuskulären Mykorrhizapilzen (AM) und Saprotrophen – bei der Modulation der organischen Stickstoffverfügbarkeit hin.
   Weiterführende Literatur: Brand et al. 2025

   In Wäldern nimmt die Feinwurzelbiomasse mit Bodenfeuchte und -fruchtbarkeit zu, aber bei hoher Bewirtschaftungsintensität ab. Unter Trockenstress akkumulieren Wurzeln Glukose. Zuckeranreicherung erhöht das osmotische Potential als Anpassung an Trockenstress, aber reduziert die Verfügbarkeit für Wachstum. Des Weiteren wurden Veränderungen im Kaliumgehalt nachgewiesen. Dieses Element kann ebenfalls für die osmotische Regulation wichtig ist und zur Trockentoleranz beitragen.  Daher könnten weitere Untersuchungen zur Kaliumsupplementierung als Strategie zur Linderung von Trockenstress sinnvoll sein.
   Weiterführende Literatur: Yang et al. 2025

Schlussfolgerungen
Praktische Anwendungen umfassen: (1) die Verwendung klimaanpassungsfähiger Buchenpopulationen mit mikrobieller Impfung, um das Wachstum der Sämlinge zu fördern; (2) die Priorisierung von oxidreichen Böden für die Kohlenstoffspeicherung durch nachhaltige Landnutzung; (3) die Bewirtschaftung von Grasland zur Verbesserung der Pilznetzwerke, die den Nährstoffkreislauf verbessern; und (4) die Integration von mikrobiellem und Nährstoffmanagement in Strategien zur Waldanpassung. Diese Erkenntnisse unterstreichen die Notwendigkeit eines ganzheitlichen, Mikrobiom-basierten Ökosystemmanagements.