SPP 1685: Ecosystem Nutrition: Forest Strategies for Limited Phosphorus Resources
Final Report Abstract
Im Schwerpunktprogramm „Ecosystem Nutrition“ (SPP 1685), das die DFG in Zusammenarbeit mit dem SNF von 2013 bis 2021 förderte (kostenneutrale und zu großen Teilen Pandemiebedingte Verlängerung), untersuchten wir in 25 Forschungsprojekten die Prozesse der Phosphorernährung von Buchenwaldökosystemen. Europaweit rückläufige P-Konzentrationen in den Blättern der Bäume deuten auf bislang ungeklärte Ernährungsprobleme hin. Die Idee zur zentralen Hypothese des Schwerpunktprogramms kam aus einem Vergleich mit anthropogenen Systemen und Stoffflüssen: Bei sehr guter Ressourcenverfügbarkeit sind die ökosystemaren Wechselwirkungen zwischen Pflanzen, Mikroorganismen und den Böden daraufhin ausgerichtet, mineralische P-Quellen zu erschließen („Acquiring“). Wenn Ressourcen jedoch knapp sind, ist effizientes Recycling von P aus organischen Quellen zentral für ausreichende P-Ernährung. Obwohl diese Hypothese in verallgemeinerter, nicht P-bezogener Form zu einer der Grundannahmen der Ökosystemtheorie gehört, ist es im Rahmen des Schwerpunktprogramms erstmals gelungen, zugrundeliegende Mechanismen zu identifizieren und zu quantifizieren. Die große Überraschung unserer Forschungszusammenarbeit ist die enorme Plastizität der dominierenden Baumart Fagus sylvatica, sowie die große Anpassungsfähigkeit der assoziierten Lebensgemeinschaften im Boden im Hinblick auf P-Aneignung, Nutzung und Zirkulation. Dank des Förderformats Schwerpunktprogramm konnten wir diese Hypothese prüfen. Nur dadurch konnten wir die interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen mineralogisch, bodenwissenschaftlich, hydrologisch, biologisch sowie forstökologisch orientierten Arbeitsgruppen realisieren, die dafür essentiell ist. Die Dachhypothese sowie zehn zentrale Untersuchungsstandorte entlang einer P Geosequenz auf silikatischem und karbonatischem Ausgangsgestein (160 – 900 g P m^-2; bis 1 m Bodentiefe) und die Koordination der Zusammenarbeit in thematischen Kleingruppen halfen, die Vielzahl der Teilprojekte auf die gemeinsame Fragestellung hin auszurichten und Synergien aus der Zusammenarbeit zu realisieren. Um das gemeinsame Ziel zu erreichen, wurden sowohl konzeptionelle als auch methodische Innovationen genutzt sowie projektspezifische Experimente etabliert. Viele der gemeinsam durchgeführten Analysen belegen eine intensive P-Erschließung aus dem mineralisch gebundenem P-Pool im Boden an P-reichen Standorten durch die Buchen und assoziierten Bodenorganismen. Die Anpassung an P-arme Bedingungen äußert sich in engem Recycling von P aus der abgestorbenen Biomasse. Veränderungen in der Diversität, Aktivität und räumlichen Verteilung der Bodenorganismen sowie in der P-Aufnahmeeffizienz der Pflanzenwurzeln und dem P-Transfer innerhalb der Pflanzen sind zentrale Elemente dieser Anpassung. Durch die Nutzung dieser Anpassungsstrategie verändern die Organismen die Bodeneigenschaften, z. B. die Umsatzrate der Humusauflage, die Qualität der organischen Bodensubstanz und die räumliche Verteilung und Speziierung von P in Böden sowie die P-Flüsse. Mithilfe dieser Mechanismen wird ausreichende P-Ernährung der Buchen auch auf armen Standorten erreicht. Recycling macht die P-Ernährung der Buchenwälder aber anfälliger gegenüber N-Einträgen oder Klimaextremen.
