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Bodennahrungsnetze sind ein essentieller Bestandteil terrestrischer Ökosysteme und eng mit dem oberirdischen System verknüpft. Bodentiere spielen dabei eine wichtige Rolle als (i) Zersetzer bei der Umsetzung von totem pflanzlichen und tierischen Material, (ii) als Konsumenten von Wurzeln mit direkten Folgen für das Pflanzenwachstum, aber auch als (iii) Bodenarchitekten, indem sie durch Grabtätigkeiten die Bodenstruktur und somit die Aufnahme von Wasser und Nährstoffen verbessern. Trotz dieser vielfältigen und wichtigen Dienstleistungen für den Boden ist relativ wenig über die Tiere und ihre Interaktionen bekannt, was vor allem an ihrer geringen Größe, ihrer hohen Diversität, aber auch an den Schwierigkeiten sie zu beobachten begründet liegt.


In diesem Projekt verfolgen wir zwei Ziele: Wir klassifizieren die Tiergemeinschaften der Streu-und Bodenschicht in unterschiedlich bewirtschafteten Wäldern und dokumentieren ihre Veränderungen über die Zeit. Aufbauend auf diesen Untersuchungen analysieren wir die Nahrungsbeziehungen von Schlüsseltaxa, ihre trophischen Positionen und ihre Nahrungsressourcen.


Wir untersuchen die Schwankungen von Bodentiergemeinschaften zwischen den Jahren. Diese Schwankungen entstehen durch Veränderungen von abiotischen (Temperatur, Niederschlag) und biotischen Bedingungen (Veränderung von Konkurrenzbeziehungen, Räuberdruck).

Hypothesen

  • Die Zusammensetzung und trophische Struktur ändert sich nur wenig mit der Zeit, Unterschiede zwischen den Waldnutzungstypen bleiben relativ konstant.
  • Zeitliche Schwankungen in der Abundanz nehmen mit Körpergröße und Höhe der trophischen Ebene zu.

Methoden

Bodentiere lassen sich in Makrofauna (Abb. 1) und Mesofauna (Abb. 2) unterteilen, die mittels Hitzeextraktion aus dem Boden und der Streu extrahieren werden. Regenwürmer werden mittels Senflösung aus dem Boden ausgetrieben. Die Diversität sowie Abundanz und Biomasse wichtiger Bodentiertaxa werden erfasst.

Mikroorganismen sind ein wichtiger Bestandteil der Basis des Bodennahrungsnetzes. Daher wird die mikrobielle Biomasse mittels der Substrat-induzierten Atmung (SIR) bestimmt sowie das Fettsäuremuster ermittelt, was Aussagen über die mikrobielle Gemeinschaft zulässt.


Das Ziel des Projektes ist neue Erkenntnisse über das Pilz- und Bakteriennahrungsnetz zu erhalten. Mit herkömmlichen Methoden war es bislang nicht möglich Konsumenten von saprotrophen Pilzen von Mykorrhiza-fressenden Tieren zu unterscheiden. Collembolen (Springschwänze) bieten sich als Untersuchungsgruppe an, denn viele der Arten fressen Pilze und Bakterien als Hauptnahrung. Wir untersuchen vor allem Arten, deren trophische Beziehungen bereits über stabile Isotope und Fettsäuremuster analysiert wurden.

Hypothesen

  • Mittels genereller Primer können wir mehr über das Spektrum an Pilzen und Bakterien erfahren, die von Collembolen gefressen werden.
  • Spezifische Primer für saprotrophe und Mykorrhiza-Pilze ermöglichen es, die Bedeutung dieser beiden funktionellen Gruppen als Nahrung für Collembolen zu erfassen und deren Variabilität mit unterschiedlichen Waldnutzungsformen zu analysieren.

Methoden

Sechs Collembolen-Arten werden ausgewählt, drei Primär- und drei Sekundärzersetzer. Diese werden entlang des Waldnutzungsgradienten in den drei Regionen der Exploratorien auf ihre Pilznahrung (saprotrophe und/oderMykorrhiza-Pilze) mittels molekularer Darminhaltsanalyse untersucht.


Ziel dieser Untersuchungen ist es, Energie-Kanäle von verschiedenen basalen Ressourcen, wie Pilzen, Bakterien und Pflanzen, durch das Zersetzer-Nahrungsnetz bis hin zu Prädatoren zu verfolgen, und so Unterschiede in Energieflüssen zwischen den unterschiedlich genutzten Wäldern aufzuzeigen. Dafür werden relevante Großgruppen von Mesofauna (Collembola, Oribatida, Gamasida) und Makrofauna (Lumbricida, Diplopoda/Isopoda, Araneida) mithilfe von komponentenspezifischer Amino- und Fettsäureanalyse untersucht.

Hypothesen

  • Energieflüsse in unterschiedlich genutzten Buchenwäldern sind ähnlich, unterscheiden sich jedoch zwischen Laub (Buchen)- und Nadelwäldern; dieses Muster ist über die Zeit hinweg konstant.
  • Nahrungsnetze sind kompartimentiert; die Energieflüsse durch Meso- und Makrofauna gleichen einander, unterscheiden sich aber zwischen Laub- und Nadelwäldern.

Methoden

δ13C-Signaturen in Aminosäuren unterscheiden sich aufgrund unterschiedlicher Synthese-Wege zwischen Bakterien, Pilzen und Pflanzen. Diese Unterschiede bleiben auch in essentiellen Aminosäuren von Konsumenten bestehen, so dass mithilfe einer Fingerprinting-Methode untersucht werden kann ob Bakterien, Pilze oder Pflanzen als basale Resource genutzt wurden. Die relative Nutzung lässt sich mit Mixing-Models quantifizieren. Die trophische Ebene eines Konsumenten im Nahrungsnetz wird mithilfe von δ15N-Werten in sogenannten ‚trophic‘ und ‚source‘ Aminosäuren errechnet; erstere reichern sich im Nahrungsnetz kaum mit 15N an, letztere dagegen stark, so dass aus der Differenz die trophische Position errechnet werden kann.
Komponentenspezifische Analyse von δ13C in Marker-Fettsäuren für Pilzen, Bakterien und Pflanzen kann ebenfalls Aufschluss über Energieflüsse in Bodentiernahrungsnetzen geben; diese Methode komplementiert somit die komponentenspezifische Aminosäure-Analyse.


Das Ziel des Projektes ist es, den Einfluss von Waldlücken und Totholz auf die Zusammensetzung der Bodentiergemeinschaft und deren Nahrungsnetz zu untersuchen. Die Schaffung von Waldlücken stellt eine massive Störung dar, während liegendes Totholz zusätzliche ökologische Nischen für die Bodentiergemeinschaft bietet. Das Projekt ermöglicht es, die Stabilität der Bodentiergemeinschaft und deren Fähigkeit zur langfristigen Erholung nach starken Störungen zu untersuchen.

Hypothesen

  • Verschiedene funktionelle Gruppen der Bodentiergemeinschaft reagieren unterschiedlich auf die Schaffung von Waldlücken, wobei Zersetzer am stärksten beeinflusst werden.
  • Die Wirkung von Waldlücken auf die Bodentiergemeinschaft unterscheidet sich zwischen verschiedenen Waldtypen/Landnutzungsformen und ist in natürlichen Systemen mit geringem Managementeinfluss am stärksten ausgeprägt.

Methoden

Im Rahmen des gemeinsamen ‚Forest Gap Experiments‘ (FOX) wurden in unterschiedlichen Waldtypen vier Versuchsflächen geschaffen: ungestörter dichter Wald, dichter Wald mit am Boden liegendem Totholz, geschlagene Waldlücke mit liegendem Totholz und geschlagene Waldlücke ohne Totholz. Auf allen Versuchsflächen werden, wie bei der Langzeituntersuchung von Landnutzung, die Bodentiere mittels Hitzeextraktion (Abb. 3) aus dem Boden und der Streu extrahiert und die Diversität, sowie Abundanz und Biomasse wichtiger Bodentiertaxa erfasst. Zusätzlich werden Regenwürmer mittels Senflösung aus dem Boden extrahiert und die Biomasse von Mikroorganismen mittels Substrat-induzierter Atmung (SIR) bestimmt.

Extraktion von Bodentieren mittels Hitzeextraktion. © Sarah Bluhm

Im Projekt „LitterLinks“ untersuchen wir die Gemeinschaftszusammensetzung und trophische Struktur von Bodentieren und ihren mikrobiellen Nahrungsressourcen, und wie sie durch Umweltfaktoren sowie Landnutzung und unterschiedliche Waldtypen beeinflusst werden.

  • Wir konnten zeigen, dass die Artzusammensetzung, Abundanz und Biomasse bei Bodentiergemeinschaften stark durch abiotische Faktoren, wie dem pH-Wert des Bodens oder klimatische Bedingungen beeinflusst wird (Bluhm et al., 2016; Pollierer and Scheu, 2017), was die Bedeutung regionaler Umweltbedingungen unterstreicht. Auf unterschiedliche Landnutzungsintensität reagieren die Bodentiergemeinschaften überraschend wenig (Pollierer et al., 2021).
  • Mit Hilfe eines umfangreichen methodischen Sortiments, wie z.B. stabile Isotopen-Analyse (Erdmann et al., 2012; Klarner et al., 2017), Fettsäuremusteranalyse (Ferlian and Scheu, 2014; Ferlian et al., 2015), molekulare Darminhaltsanalyse (Günther et al., 2014) und komponentenspezifischer Aminosäure-Analyse (Pollierer and Scheu, 2021), konnten wir Energieflüsse von basalen Ressourcen zu tierischen Konsumenten in verschiedenen Waldtypen auf Art-Ebene nachweisen.
  • In Nadelwäldern waren Energieflüsse durch mikrobielle Kanäle etwas stärker ausgeprägt als in Laubwäldern; dabei konsumierten die meisten Arten innerhalb der Mesofauna saprotrophe Pilze und nicht Ektomycorrhiza-Pilze (siehe aber auch Bluhm et al., 2019). Trotz unterschiedlicher Blattstreu und mikrobieller Zusammensetzung (Pollierer et al., 2015) glichen sich die trophischen Nischen von Bodentier-Arten in den verschiedenen Waldtypen, vermutlich weil sie in spezifischen Mikrohabitaten fressen (Ferlian et al., 2012; Pollierer and Scheu, 2021).
  • In einem Wurzelausschluss-Experiment konnten wir zeigen, dass der Ausschluss von Wurzel-basierten Ressourcen zu einer starken Abnahme der mikrobiellen Biomasse und der Abundanz und Biomasse von Bodentieren führt, was auf eine bedeutende Rolle dieser Ressourcen für Bodennahrungsnetze hinweist (Bluhm et al., 2019; 2021). Im Gegensatz dazu änderte sich nur wenig an der Gemeinschaftszusammensetzung von Bodenmikroben- und Tieren; die Verbindung zu Wurzel-basierten Ressourcen ist also vermutlich unspezifisch.

Quellennachweise sind unter „Publikationen“ zu finden.


Doc
Bluhm S. L., Eitzinger B., Bluhm C., Ferlian O., Heidemann K., Ciobanu M., Maraun M., Scheu S. (2021): The Impact of Root-Derived Resources on Forest Soil Invertebrates Depends on Body Size and Trophic Position. Frontiers in Forests and Global Change 4:622370. doi: 10.3389/ffgc.2021.622370
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Die Reduktion von wurzelbürtigem Energiefluss beeinflusst die mikrobielle Biomasse nicht aber die Gemeinschaft
Bluhm S. L., Eitzinger B., Ferlian O., Bluhm C., Schröter K., Pena R., Maraun M., Scheu S. (2019): Deprivation of root-derived resources affects microbial biomass but not community structure in litter and soil. PLoS ONE 14 (3): e0214233. doi: 10.1371/journal.pone.0214233
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Beintaster (Protura) sind einzigartig: Erste Hinweise auf eine spezielle Ernährung mit Ektomykorrhizen bei Bodenarthropoden
Bluhm S. L., Potapov A. M., Shrubovych J., Ammerschubert S., Polle A., Scheu S. (2019): Protura are unique: first evidence of specialized feeding on ectomycorrhizal fungi in soil invertebrates. BMC Ecology 19:10. doi: 10.1186/s12898-019-0227-y
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Molekulare Analyse der Ernährung von Hundertfüssern (Chilopoda)
Eitzinger B. (2013): Molecular analysis of centipede predation. Dissertation, University of Goettingen
Mehr Informationen:  ediss.uni-goettingen.de
Doc
Bodennahrungsnetze sichtbar machen: Neue PCR Testverfahren zur Bestimmung von Beute-DNA im Darminhalt von räuberischen Gliederfüßern der Bodenschicht
Eitzinger B., Micic A., Körner M., Traugott M., Scheu S. (2013): Unveiling soil food web links: New PCR assays for detection of prey DNA in the gut of soil arthropod predators. Soil Biology and Biochemistry 57 (943–945). doi: 10.1016/j.soilbio.2012.09.001
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Einsatz von molekularer Darminhaltsanalyse zur Überprüfung der Eignung von Functional Response Modelle zur Vorhersage von Räuber-Beute-Interaktionen bei bodenlebenden Gliederfüßern
Eitzinger B., Rall B. C., Traugott M., Scheu S. (2018): Testing the validity of functional response models using molecular gut content analysis for prey choice in soil predators. Oikos 127 (7), 915-926. doi: 10.1111/oik.04885
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Auswirkungen von Beutequalität und Räuberkörpergröße auf Beute-DNA-Detektionserfolg in Hundertfüssern
Eitzinger B., Unger E. M., Traugott M., Scheu S. (2014): Effects of prey quality and predator body size on prey DNA detection success in a centipede predator. Molecular Ecology 23 (15), 3767–377. doi: 10.1111/mec.12654
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Analysing trophic interactions in centipedes (Chilopoda, Myriapoda) using fatty acid patterns: effects of life stage,forest type and season
Ferlian O. (2011): Analysing trophic interactions in centipedes (Chilopoda, Myriapoda) using fatty acid patterns: effects of life stage,forest type and season. Thesis, University Göttingen
Doc
Ferlian O. (2014): Soil animal food webs in temperate forests: effects of forest management on trophic structure as indicated by molecular gut content, stable isotope and fatty acid analyses. Dissertation, University Goettingen
Mehr Informationen:  ediss.uni-goettingen.de
Doc
Nahrungsressourcen von verschiedenen Regenwurm-Arten anhand von komponenten-spezifischen Stabile-Isotopen-Analysen
Ferlian O., Cesarz S., Marhan S., Scheu S. (2014): Carbon food resources of earthworms of different ecological groups as indicated by 13C compound-specific stable isotope analysis. Soil Biology and Biochemistry 77, 22–30. doi: 10.1016/j.soilbio.2014.06.002
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Unterschiede in Nahrungsressourcen bei Springschwänzen anhand von Fettsäure- und Stabile-Isotopen-Analysen
Ferlian O., Klarner B., Langeneckert A. E., Scheu S. (2015): Trophic niche differentiation and utilisation of food resources in collembolans based on complementary analyses of fatty acids and stable isotopes. Soil Biology and Biochemistry 82, 28–35. doi: 10.1016/j.soilbio.2014.12.012
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Verschiebung von Nahrungsspektren räuberischer Bodentiere mit Waldnutzungstypen anhand von Fettsäure- und Stabile-Isotopen-Analysen
Ferlian O., Scheu S. (2014): Shifts in trophic interactions with forest type in soil generalist predators as indicated by complementary analyses of fatty acids and stable isotopes. Oikos 123 (10), 1182–1191. doi: 10.1111/j.1600-0706.2013.00848.x
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Nahrungsbeziehungen von Hundertfüßern anhand von Fettsäureanalysen: Unterschiede mit Individualentwicklung, Waldalter und Jahreszeit
Ferlian O., Scheu S., Pollierer M. M. (2012): Trophic interactions in centipedes (Chilopoda, Myriapoda) as indicated by fatty acid patterns: Variations with life stage, forest age and season. Soil Biology and Biochemistry 52, 33–42. doi: 10.1016/j.soilbio.2012.04.018
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Gong X., Chen T.-W., Zieger S. L., Bluhm C., Heidemann K., Schaefer I., Maraun M., Liu M., Scheu S. (2018): Phylogenetic and trophic determinants of gut microbiota in soil oribatid mites. Soil Biology and Biochemistry 123, 155-164. doi: 10.1016/j.soilbio.2018.05.011
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Prey spectrum of forest soil predators across a land-use gradient using molecular gut content analysis
Günther B. (2012): Prey spectrum of forest soil predators across a land-use gradient using molecular gut content analysis. Master thesis, University Goettingen
Doc
Variationen in der Beutewahl von Hundertfüssern in Waldböden
Günther B., Rall B. C., Ferlian O., Scheu S., Eitzinger B. (2014): Variations in prey consumption of centipede predators in forest soils as indicated by molecular gut content analysis. Oikos 123 (10), 1192–1198. doi: 10.1111/j.1600-0706.2013.00868.x
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Fettsäuremuster als Biomarker für trophische Interaktionen: Veränderungen nach Nahrungswechsel und Hungern
Haubert D., Pollierer M. M., Scheu S. (2011): Fatty acid patterns as biomarker for trophic interactions: Changes after dietary switch and starvation. Soil Biology & Biochemistry 43, 490-494. doi: 10.1016/j.soilbio.2010.10.008
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Klarner B. (2013): Changes in trophic structure of decomposer communities with land use in Central European temperate forests. Dissertation, University Goettingen
Mehr Informationen:  ediss.uni-goettingen.de
Doc
Aufzeigen von Veränderungen der Ernährungsweise von Bodentieren in Wäldern unterschiedlicher Bewirtschaftung mittels stabiler Isotope
Klarner B., Ehnes R. B., Erdmann G., Eitzinger B., Pollierer M. M., Maraun M., Scheu S. (2014): Trophic shift of soil animal species with forest type as indicated by stable isotope analysis. Oikos 123 (10), 1173–1181. doi: 10.1111/j.1600-0706.2013.00939.x
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Trophische Diversität und Nischentrennung in einer artenreichen Räubergilde; Natürliche Variation in stabilen Isotopenverhältnissen (13C/12C und 15N/14N) von Raubmilben (Acari, Mesostigmata) mitteleuropäischer Buchenwälder
Klarner B., Maraun M., Scheu S. (2013): Trophic diversity and niche partitioning in a species rich predator guild – Natural variations in stable isotope ratios (13C/12C, 15N/14N) of mesostigmatid mites (Acari, Mesostigmata) from Central European beech forests. Soil Biology and Biochemistry 57, 327–333. doi: 10.1016/j.soilbio.2012.08.013
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Kompartimentierung und Energie-Kanäle im Bodentier-Nahrungsnetz untersucht mit stabiler Isotopen- und Fettsäuremuster-Analyse
Maraun M. (2012): Compartmentalization and energy channels within the soil animal food web investigated by stable isotope and fatty acid analyses. Dissertation, University Goettingen
Mehr Informationen:  ediss.uni-goettingen.de
Doc
Analysing the litter food web: Molecular detection of springtails (Insecta: Collembola) in arthropod predators
Micic A.(2009): Analysing the litter food web: Molecular detection of springtails (Insecta: Collembola) in arthropod predators. Thesis, Technische Universität Darmstadt
Doc
Zeitliche Dynamik und Varianz von Phospholipiden aus Boden und Streu in verschiedenen Wäldern und Regionen Deutschlands und der Einfluss von Landnutzung
Pollierer M. M., Ferlian O., Scheu S. (2015): Temporal dynamics and variation with forest type of phospholipid fatty acids in litter and soil of temperate forests across regions. Soil Biology& Biochemistry 91, 248-257. doi: 10.1016/j.soilbio.2015.08.035
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Diversität und funktionelle Struktur von Bodentiergemeinschaften legen nahe, dass Bodentier-Nahrungsnetze gegenüber Änderungen in der Waldnutzung gepuffert sind
Pollierer M. M., Klarner B., Ott D. Digel C., Ehnes R. B., Eitzinger B., Erdmann G., Brose U., Maraun M., Scheu S. (2021): Diversity and functional structure of soil animal communities suggest soil animal food webs to be buffered against changes in forest land use. Oecologia 196, 195–209. doi: 10.1007/s00442-021-04910-1
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Bestimmende Faktoren und zeitliche Fluktuation von Collembola Gemeinschaften und Reproduktionsweise in unterschiedlichen Waldtypen und Regionen
Pollierer M. M., Scheu S. (2017): Driving factors and temporal fluctuation of Collembola communities and reproductive mode across forest types and regions. Ecology and Evolution 7 (12), 4390-4403. doi: 10.1002/ece3.3035/10.1002/ece3.3035
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Stabile Isotope von Aminosäuren weisen darauf hin, dass Zersetzer-Mikroarthropoden im Boden sich hauptsächlich von saprotrophen Pilzen ernähren
Pollierer M. M., Scheu S. (2021): Stable isotopes of amino acids indicate that soil decomposer microarthropods predominantly feed on saprotrophic fungi. Ecosphere 12 (3), e03425. doi: 10.1002/ecs2.3425
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Trophischer Transfer von Marker-Fettsäuren von der basalen Ressource zum Prädator
Pollierer M. M., Scheu S., Haubert D. (2010): Taking it to the next level: Trophic transfer of marker fatty acids from basal resource to predators. Soil Biology & Biochemistry 42, 919-925. doi: 10.1016/j.soilbio.2010.02.008
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Phylogenetic diversity as proxy for functional diversity
Unger E. M. (2015): Phylogenetic diversity as proxy for functional diversity. Master thesis, University Göttingen
Doc
Auswirkungen von Landnutzung auf die Nematodengesellschaften in Wäldern gemäßigter Breiten
Wagner K. (2010): Auswirkungen von Landnutzung auf die Nematodengesellschaften in Wäldern gemäßigter Breiten. Thesis, HU Berlin
Doc
Basal resources and trophic level of macrofauna decomposers in beech and spruce forests as indicated by amino acid isotopes of carbon and nitrogen
Zusammensetzung von basalen Ressourcen und dem trophischen Level von Makrofauna Zersetzern in Buchen und Fichtenwald, wie von stabilen Isotopen von Kohlenstoff und Stickstoff in Aminosäuren angegeben
Wenglein R. (2021): Basal resources and trophic level of macrofauna decomposers in beech and spruce forests as indicated by amino acid isotopes of carbon and nitrogen. Master thesis, University Göttingen

Projekt in anderen Förderperioden

LitterLinks (Teilprojekt)
#Bodenbiologie & Stoffkreisläufe  #Tiere  #2011 – 2014  #2008 – 2011  #Artenvielfalt […]
LitterLinks (Teilprojekt)
#Bodenbiologie & Stoffkreisläufe  #Tiere  #2017 – 2020  #Artenvielfalt […]
LitterLinks (Teilprojekt)
#Bodenbiologie & Stoffkreisläufe  #Tiere  #2014 – 2017  #Artenvielfalt […]

Wissenschaftliche Mitarbeiter:innen

Prof. Dr. Stefan Scheu
Projektleiter
Prof. Dr. Stefan Scheu
Georg-August-Universität Göttingen
Dr. Melanie Maraun
Mitarbeiterin
Dr. Melanie Maraun
Georg-August-Universität Göttingen
Dr. Sarah Bluhm
Mitarbeiterin
Dr. Sarah Bluhm
Georg-August-Universität Göttingen
André Junggebauer
Mitarbeiter
André Junggebauer
Georg-August-Universität Göttingen
Prof. Dr. Mark Maraun
Mitarbeiter
Prof. Dr. Mark Maraun
Georg-August-Universität Göttingen
Xue Pan
Mitarbeiterin
Xue Pan
Georg-August-Universität Göttingen
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