Unterirdische Pflanzenmerkmale und ihr Einfluss auf die Biodiversität und Ökosystemfunktionen

 

Wissenschaftliche Bearbeitung durch:

Prof. Dr. Matthias Rillig

Dr. Joana Bergmann

(FU Berlin)

Prof. Dr. Mark van Kleunen

Tom Lachaise

(Uni Konstanz)

Hintergrund

Wurzeln sind notwendig, damit Pflanzen Wasser und Bodennährstoffe aufnehmen können. Sie schützen den Boden vor Erosion und tragen zur Einlagerung von Kohlenstoff aus der Atmosphäre in den Boden bei. Sie sind jedoch aufgrund ihrer Verflechtung mit der Bodenmatrix schwer zu untersuchen und wurden lange Zeit als von den oberirdischen Pflanzenteilen gespiegelt angesehen. Demnach sollten hohe Pflanzen tiefe Wurzelsysteme haben und schnell wachsende Blätter sollten mit schnell wachsenden Wurzeln assoziiert werden. Obwohl diese Beziehungen zwischen ober- und unterirdischen Pflanzenteilen in gewissem Maße bestehen, deuten die neuesten wissenschaftlichen Erkenntnisse darauf hin, dass unterschiedliche evolutive Anforderungen and die beiden Kompartimente auch unabhängige Entwickelungen zur Folge hatten. Wir wissen immer noch wenig über die Rolle von Wurzeln für das Funktionieren von Ökosystemen, wie die Umwelt und die Bodenfruchtbarkeit bestimmte Wurzelsysteme begünstigen. Welche Wurzelmerkmale im Vergleich zu seltenen Arten mit invasiven und häufigen Arten assoziiert sind, ist ebenfalls unbekannt.

Ziel

In diesem laufenden Projekt versuchen wir zu verstehen, wie sich die Wurzelmerkmale von Grünlandpflanzen je nach Umgebung im deutschen Grünland unterscheiden und wie sie die Gesellschaftszusammensetzung von Pflanzen beeinflussen.

Methoden

Wir haben 242 Grünlandarten in einzelnen Töpfen unter kontrollierten Bedingungen angezogen, um Wurzelmerkmale in Bezug auf Morphologie, Anatomie, Wurzeltiefe und Besiedlung durch Mykorrhiza zu messen. Wir verknüpfen diese quantitativen Merkmale dann mit anderen biologischen Parametern in Datenbanken, um Assoziationen zwischen Wurzelmerkmalen und Biodiversitätsmustern zu finden.

Ergebnisse: Artenerfolg (in prep.)
Wir haben getestet, ob sich die Wurzelmerkmale zwischen häufigen und seltenen Arten auf verschiedenen räumlichen Skalen unterscheiden. Wir fanden heraus, dass Arten mit einem großen geografischen Verbreitungsgebiet, ob eingebürgert oder nicht, eine geringere Wurzelgewebedichte und eine tiefere Wurzeltiefe aufweisen als Arten mit einem begrenzten Verbreitungsgebiet. Arten, die im Grasland eine große Population bilden können, hatten auch eine geringere Wurzelgewebedichte als Arten, die spärlicher wachsen.

Ergebnisse: Wurzelhaare und symbiontische Beziehungen (in prep.)
Wir untersuchten Wurzelhaare – spezielle morphologische Wurzelstrukturen für die Nährstoffaufnahme, die bislang selten an großen Artensets gemessen wurden. Wir entdeckten, dass die Ausbildung dieser Wurzelhaare stark von der Abstammungsgeschichte der Pflanzen abhängt. Außerdem konnten wir zeigen, dass Pflanzen für eine effektive Nährstoffaufnahme entweder in die Ausbildung von Wurzelhaaren oder aber in die symbiontische Beziehung zu Mykorrhizapilzen investieren.

Ergebnisse: Umwelttreiber (in prep.)
Wir haben getestet, wie die verschiedenen Landnutzungs- und Bodenbedingungen der Pflanzen in deutschen Graslandschaften verschiedene Arten von Wurzelsystemen begünstigen, die besser an die örtlichen Bedingungen angepasst sein könnten. Insbesondere haben wir untersucht, ob die fruchtbareren Böden mit Arten mit dünnen Wurzeln und geringer Gewebedichte in Verbindung gebracht werden, um mehr Bodenvolumen zu besiedeln und Bodenressourcen zu nutzen. Obwohl grobe Schätzungen der Bodenfruchtbarkeit wie der pH-Wert und die Menge an Dünger, die von den Landwirten ausgebracht wurden, insgesamt mit Pflanzen mit diesen dünnen Wurzeln mit geringer Gewebedichte in Verbindung gebracht wurden, hatte die Art des verfügbaren Nährstoffs (Stickstoff oder Phosphor) und ihre Form (Ammonium oder Nitrat) kontrastierende Effekte.

In einer Welt, in der Klima- und Agrarveränderungen Böden und Pflanzen in beispielloser Geschwindigkeit betreffen, wird dieses Projekt unser Verständnis der unterirdischen Funktionsweise in Ökosystemen verbessern.

 

Vergangene Projektbeteiligung von Prof. Dr. Matthias Rillig: AMFroot, DYNSOILS, SOILAGG, SOILFEEDBACK

Vergangene Projektbeteiligung von Dr. Joana Bergmann: SOILFEEDBACK