Landnutzungseffekte auf Pflanzen- und mikrobielle Gemeinschaften: ein ‚common garden‘ Experiment

Wissenschaftliche Bearbeitung durch:

Prof. Dr. Robert R. Junker

Verena Zieschank

(Philipps-Universität Marburg)

 

Hintergrund

Veränderungen der Landnutzungsintensität zusammen mit einer Verschlechterung der Bodenqualität wurden als die wesentlichen Ursachen für den Rückgang der Biodiversität und den Verlust ökologischer Funktionen identifiziert. Im Grünland sind es Landnutzungskomponenten wie die Ausbringung von Dünger, das Mähen und die Beweidung, die nachgewiesenermaßen die Diversität und Komposition von Pflanzenarten in vielerlei Weise beeinflussen. Dass sowohl Stärke als auch Richtung der Landnutzungseffekte variieren, lässt jedoch auf einen starken Einfluss der Umwelt auf diese Effekte schließen.
Standortsindividuelle Unterschiede in Bezug auf verschiedene Umwelteigenschaften zwischen aber auch innerhalb der drei Gebiete der Exploratorien erschweren eine Abgrenzung von Umwelt- und Landnutzungseffekten und somit eine Identifizierung der tatsächlichen Effekte der Nutzung von Grünland auf Gemeinschaften. Um die alleinigen Effekte der unterschiedlichen Landnutzung besser darstellen zu können, schaffen wir mit der Etablierung eines Common Garden eine kontrollierte Umgebung, in der sich somit die Heterogenität der Umwelt auf ein Minimum reduziert.

Hypothesen

1) Gemeinschaften die ursprünglich von verschiedenen Plots stammen aber dem gleichen Landnutzungs-Treatment unterzogen werden gleichen sich in ihrer Zusammensetzung und Diversität an, wohingegen Zusammensetzung und Diversität von Gemeinschaften die ursprünglich vom selben Plot stammen aber verschiedene Landnutzung erfahren mit der Zeit immer deutlicher voneinander abweichen werden.

2) Die Stärke der Reaktion von Pflanzen- und Bakteriengemeinschaften auf die verschiedenen Landnutzungs-Treatments steht im Verhältnis zum Unterschied in der Landnutzungsintensität auf dem ursprünglichen Plot in den Biodiversitäts-Exploratorien und der Landnutzungsintensität innerhalb der Treatments.

3) Grasnarben von Plots mit einer variableren Landnutzungsgeschichte werden weniger divergieren als Grasnarben von Plots mit einer gleichmäßigeren Landnutzungsgeschichte.

4) Bakteriengemeinschaften werden schneller auf eine veränderte Landnutzung reagieren als Pflanzengemeinschaften.

Methoden

Etablierung des Common Garden und Durchführung verschiedener Landnutzungs-Treatments

Von n=39 Plots der Biodiversitäts-Exploratorien wurden Grasnarben entnommen (1x1m) und in 4 Teile der gleichen Größe geteilt. Jeder dieser Sub-Plots (50x50cm) wird einem der vier Landnutzungs- Treatments unterzogen (Tab. 1). Zusätzlich wurde in jedem Treatment-Block ein Sub-Plot mit steriler Erde platziert.

Aufnahme der Pflanzen- und Bakteriengemeinschaften

Direkt nach der Etablierung des Common Garden aber noch vor der Durchführung der ersten Treatments werden Pflanzenarten, funktionelle Komposition und Diversität sowie die Bakteriengemeinschaften (next-generation 16SrRNA gene amplicon sequencing) aufgenommen. In 2021 und 2022 wird von jedem Subplot eine wiederholte Vegetationsaufnahme gemacht, um alle vorkommenden Pflanzenarten und deren Bedeckungsgrad aufzuzeichnen. Zusätzlich zur Vegetationsaufnahme werden auch die funktionalen Pflanzenmerkmale gemessen. Aufgenommen werden hier Pflanzenhöhe, Blattfläche, Blatt-Trockengewicht und Specific Leaf Area (SLA). Auch die Bakteriengemeinschaften werden erneut erfasst. Änderungen in der Zusammensetzung der Pflanzen- und Bakteriengemeinschaften und Diversität werden in Bezug zur Landnutzungshistorie des jeweiligen Plots gesetzt.

 

Phänotypisierung der Pflanzengemeinschaften mit dem PlantEye500 (Phenospex)

Neben den „klassischen“ Methoden der Datenaufnahme werden alle Plots mithilfe des PlantEye gescannt.

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