Regenwurm-Mykorrhiza Interaktionen in Grasland-Ökosystemen

Die Erforschung der Faktoren, die für die pflanzliche Diversität und Funktion von Grasland-Ökosystemen verantwortlich sind, ist ein wichtiges Thema in der gegenwärtigen ökologischen Forschung. Während es zunehmend Hinweise darauf gibt, dass sowohl Regenwürmer als auch arbuskuläre Mykorrhizapilza (AMF) eine wichtige Rolle für die Diversität und Funktion von Grasland-Ökosystemen spielen, ist über deren interaktive Effekte nur sehr wenig bekannt. Mit dem vorliegende Forschungsvorhaben soll unsere Kenntnis der funktionellen und strukturellen Interaktionen zwischen Regenwürmern, AMF und Pflanzen in Grasland-Ökosystemen und deren Rückkopplungen auf die Diversität, Struktur und Funktion dieser Ökosysteme verbessert werden. Dafür sollen während 36 Monaten faktorielle Experimente mit unterschiedlicher ökologischer Komplexität auf unterschiedlichen räumlichen Skalen in Mesokosmen, im Labor und im Feld durchgeführt werden. Die Experimente in den Mesokosmen gehen den Grundfragen nach, ob Regenwurm-AMF Interaktionen (i) die Diversität und Funktion von Pflanzengemeinschaften beeinflussen, (ii) ob die Sämlings-Etablierung in diesen Gemeinschaften beeinflusst ist und (iii) ob die Diversität und Struktur dieser Gemeinschaften durch die Schaffung nährstoffreicher und AMF-reicher Mikrostandorte verändert wird. Im Laborexperiment sollen indirekt Interaktionen zwischen Regenwürmern und AMF untersucht werden, indem die Auswirkungen der AMF-Symbiose auf die Pflanzenqualität und deren Konsequenzen für das Fraßverhalten von Regenwürmern untersucht wird. Im Rahmen der Feldexperimente soll herausgefunden werden, ob unterschiedliche Regenwurmdichten die AMF-Verteilung und Symbiose beeinflussen können und ob dies Konsequenzen auf die Diversität und Funktion von Grasland-Ökosystemen hat.

Dieses Projekt befasste sich mit ökologischen Interaktionen zwischen unter- und oberirdischen Organismen und deren Konsequenzen für die Funktion von Grasland-Ökosystemen. Dazu führten wir eine Reihe von Experimenten unterschiedlicher ökologischer Komplexität durch. In zwei Experimenten wurden Methoden entwickelt, mit denen diese ökologischen Interaktionen verfolgt werden können. Dabei wurde eine neue Methode zur in-situ Markierung von Pflanzenarten mit stabilen Isotopen durch Blattbepinselung, sowie eine neue in-situ Isotopenmarkierung von Regenwürmern entwickelt. Diese recht einfachen Methoden können leicht für andere ökologische Experimente adaptiert werden, in denen Pflanzen oder Regenwürmer im Zentrum stehen. In einem anderen Experiment konnten wir zeigen, dass der Sandgehalt des Bodens die Wirkung von verschiedenen Mykorrhizapilzen auf das Pflanzenwachstum beeinflusst. Basierend darauf wurde ein komplexeres Experiment zu den Effekten von Regenwürmern und Mykorrhiza auf die Diversität und Funktion von sich etablierenden Graslandgemeinschaften untersucht. Dabei beeinflussten Regenwürmer die Mykorrhizierung von Pflanzenarten, die Sämlingsetablierung und reduzierten letztendlich die Diversität der Pflanzengemeinschaften. Wichtige Ökosystemfunktionen wie die Wasserinfiltration oder Nährstoffauswaschung wurden beeinflusst. Ein anderes Experiment untersuchte die Rolle von unterirdischen Regenwurmfaeces auf das Pflanzenwachstum. Es zeigte sich, dass geringe Mengen dieser unterirdischen Regenwurmhäufchen das Pflanzenwachstum spezifisch beeinflussen und dass diese Mikrostandorte eine Rolle bei der Strukturierung von Pflanzengemeinschaften spielen können. Die vorher entwickelte Isotopenmarkierung wurde eingesetzt, um die funktionellen Beziehungen über unterschiedliche trophische Ebenen bestehend aus Detritivoren, Symbionten, Primärproduzenten und Herbivoren zu untersuchen. Pflanzen haben dabei die Nährstoffe, die Regenwürmer über Faeces oder Mucus abgeben, aufgenommen und an Blattläuse weitergegeben. Angeregt durch diese Resultate untersuchten wir in zwei weiteren Experimenten, ob invasive Nacktschnecken als generalistische Herbivoren durch Regenwürmer oder Mykorrhiza beeinflusst werden. Das Fraßverhalten der invasiven Nacktschnecken wurde durch Regenwürmer und Mykorrhiza vorwiegend über deren Beeinflussung der chemischen Qualität und der Struktur der Pflanzengemeinschaften beeinflusst; die Effekte der Regenwürmer auf Schneckenherbivorie war von der Artenzusammensetzung der Pflanzengemeinschaften beeinflusst. Die Erkenntnisse dieses Projekts führen zu einem besseren Verständnis von ökologischen Interaktionen zwischen unterirdischen und oberirdischen Organismen in Graslandökosystemen durch (i) die Überwindung oft getrennt arbeitender wissenschaftlicher Disziplinen wie Tier-, Pflanzen- oder mikrobieller Ökologie und (ii) die Anwendung sowohl traditioneller als auch moderner methodischer Ansätze.