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- Stickstofffixierung (1) (remove)
-
Positive and negative dynamics of plant-plant interactions along environmental gradients: Effects at individual and community level
(2010)
- Ergebnisse großer Grünland-Biodiversitätsexperimente legen einen positiven Zusammenhang zwischen Artenvielfalt und Ökosystemfunktionen (z.B. Produktivität, Ressourcennutzung, Stabilität der Gemeinschaften) nahe. Der durch Klima- und Landnutzungswandel andauernde Artenverlust bedroht die Bereitstellung dieser Funktionen. Und obschon die Zusammenhänge zwischen Artenreichtum und Ökosystemfunktionen, die man auf Gemeinschaftsebene beobachten kann, abhängig von Interaktionen zwischen Individuen und Arten sind, sind Informationen über diese Mechanismen rar. Die vorliegende Dissertation stellt fünf Projekte vor, die sich mit Mechanismen der Pflanze-Pflanze-Interaktion am Beispiel von Grünlandarten der gemäßigten Breiten befassen, speziell mit der Leguminose-Nachbar-Interaktion. Auf der Ebene von Individuen und Populationen wurden Veränderungen der Interaktionen untersucht: entlang von biotischen Gradienten (Vielfalt, Zusammensetzung und Identität der Arten einer Gemeinschaft), entlang von abiotischen Gradienten (Extremwetterereignisse, Stickstoffverfügbarkeit) und in Einheiten verschiedener räumlicher Abmessungen. Drei Leitfragestellungen motivierten die Projekte: Ist das Testen ökologische Theorien, die von großräumigen Beobachtungen abgeleitet wurden, auch in kleinräumigen Einheiten möglich? Gibt es eine Grenze, an der positive Leguminosen-Effekte (N-facilitation) auf den Stickstoffhaushalt der Nachbarn (receiver), in Konkurrenz um andere Ressourcen umschlagen? Wie wirken sich Anzahl und Identitäten der Arten einer Gemeinschaft auf artspezifische Interaktionen aus? Zur Beantwortung dieser Fragen habe ich traditionelle, invasive und nicht-invasive Methoden benutzt. Die in der Dissertation vorgestellten Studien belegen die Möglichkeit, „Feld-Effekte“ auch in kleineren räumlichen Einheiten zu untersuchen, da zahlreiche Übereinstimmungen zwischen Untersuchungen im Feld und in Mikrokosmen auftraten. So konnten wir die Abnahme der d15N Werte mit abnehmender N-Versorgung und zunehmender Artenzahl, die unserem Wissen nach bisher ausschließlich in Feldversuchen nachgewiesen wurde, in Mikrokosmen feststellen. Ebenso konnten wir zum Feld vergleichbare positive Effekte zunehmender Artenzahlen und vorhandener N2-Fixierer auf Interaktionen zwischen Pflanzen in ungestörten Gemeinschaften nachweisen. N-facilitation finden über N-Transfer von N2-Fixierern zu receivers und über Ressourcenumverteilung des Boden-N (N-sparing) statt. Kurzfristig bot N-sparing den größeren Vorteil für receiver; wir haben aber ebenso kurzfristigen N-Transfer zwischen Arten verschiedener Identitäten nachgewiesen. Die Artidentität spielt für die Nutzung des durch Leguminosen bereitgestellten Extra-N aus N-facilitation eine wesentliche Rolle: Gräser nutzten Extra-N aus N-sparing und N-Transfer effektiver als krautige Arten, sowohl im Feld als auch in Mikrokosmen. Darüber hinaus haben wir neue Muster des Einflusses der Artenzahl auf artspezifische N-Dynamiken in gestörten Gemeinschaften entdeckt. In Mikrokosmen mit einer Gras-, Kraut- und Leguminosen-Art stiegt in Folge simulierter Beweidung der N-Transfer zwischen Individuen in Monokulturen unabhängig von der Artidentität an, nahm in Mischungen hingegen ab. Eine völlig andere applizierte Störung (Trockenstress statt Beweidung) resultierte in einem ähnlichen Muster bezüglich der N-Parameter eines Grases in unterschiedlichen Artgemeinschaften im EVENT-Experiment. Die Abnahme von N-facilitation nach Störungen könnte eine Erklärung für die verminderte Leistung des Grases in artenreicheren Gemeinschaften sein, auch wenn mit nicht-invasiven (und invasiven) Methoden auf Ebene der Gemeinschaft keine gravierenden negativen Effekte feststellbar waren. Diese Konstanz auf einer höheren Organisationsebene legt nahe, dass die verwendeten nicht-invasive Methoden neue Möglichkeit eröffnen, ökologische Theorien auf der Ebene von Artengemeinschafts (z.B. insurance hypothesis, „Versicherungshypothese“) in unterschiedlichen räumlichen Einheiten zu untersuchen. Die Ergebnisse lassen den Rückschluss zu, dass Versuche unter kontrollierten Umweltbedingungen in kleineren räumlichen Einheiten ein geeignetes Mittel sind, um Effekte und Interaktionen von Faktoren (Vielfalt, Zusammensetzung, Identität der Arten einer Gemeinschaft) detailliert zu untersuchen. Insbesondere die vergleichbare N-Dynamik in Feld- und Mikrokosmosversuchen scheint das Testen mancher ökologischer Theorien, z.B. der stress gradient hypothesis, in kleinräumigen Einheiten zu ermöglichen. Darüber hinaus wird im Rahmen der Dissertationsschrift die Nutzbarkeit verschiedener invasiver und nicht-invasiver Methoden zur Untersuchung von Pflanze-Pflanze-Interaktionen dargestellt. Diese Ergebnisse bilden das Fundament für weiterführende Projekte, die dazu beitragen sollen, Zusammenhänge zwischen Biodiversitätseffekten und Ökosystemfunktionen zu erhellen und damit z.B. eine kosteneffektive Renaturierung degradierter Standorte zu erleichtern.
