Integration von Bodenphysik und Nahrungsnetz-Ökologie: Habitatstruktur des Bodens als Steuergröße für trophische Interaktionen und Kohlenstoffdynamik

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Scheu, seit 11/2021
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften ; Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 458736525

Trophische Interaktionen spielen eine entscheidende Rolle als Steuergröße für Bodenprozesse und Biodiversität. Fortschritte im Verständnis von Nahrungsnetzen im Boden in den letzten Jahren basierten vor allem auf der genaueren Untersuchung von trophischen Beziehungen und der Kanalisierung von Kohlenstoff aus basalen Ressourcen in höhere trophische Ebenen. Steuergrößen für diese Prozesse sind jedoch wenig untersucht. Boden ist ein extrem heterogener Lebensraum, der das Zusammentreffen von Konsumenten und Nahrungsressourcen beschränkt. Erstaunlicherweise existieren jedoch nur sehr wenige quantitative Untersuchungen über die Bedeutung von Bodenstruktur als Steuergröße von trophischen Interaktionen. Ziel des beantragten Projekts ist es, die Bedeutung der Struktur des Habitats Boden für trophische Interaktionen und den Fluss von Kohlenstoff zu untersuchen, wobei insbesondere Protisten, Nematoden und Mikroarthropoden als mikrobielle Konsumenten betrachtet werden. Zudem werden Rückkopplungseffekte trophischer Interaktionen auf die Struktur von mikrobiellen Gemeinschaften auf der Ebene von Bodenporen und mikrobiellen ‚Hotspots‘ im Boden untersucht. Das interdisziplinäre Projekt verknüpft Bodenphysik, Nahrungsnetz-Ökologie und mikrobielle Ökologie und gliedert sich in drei Arbeitspakete (APs). (I) Ziel von AP1 ist es, die Bedeutung der Größen-basierten Trennung von Konsumenten und Beute im Porenraum des Bodens zu untersuchen und zu quantifizieren, wie sich diese Trennung auf die Konsumption von Ressourcen, mikrobielle Gemeinschaften und den Fluss von Kohlenstoff auswirken. Hierzu werden Mikrokosmos-Experimente aufgebaut, in denen 13C markiertes Substrat in Bodenporen unterschiedlicher Größe positioniert werden und deren Inkorporation in das Nahrungsnetz des Bodens über Komponenten-spezifische Fettsäureanalyse verfolgt wird. (II) Ziel von AP2 ist es, die Bedeutung der Verbindung von Poren und von Wasserfilmen für Bottom-up und Top-down Prozesse in Bodennahrungsnetzen zu untersuchen. Hierzu werden Mikrokosmen mit Boden unterschiedlicher Konnektivität von Poren und Wasserfilmen verwendet. Die Bedeutung der Habitat-Konnektivität für trophische Interaktionen wird dabei über die Quantifizierung von Nahrungsnetz-Charakteristika (Abundanz von Vertretern unterschiedlicher trophischer Gruppen, Fettsäuremarker) untersucht. (III) Ziel von AP3 ist es, die Bedeutung von trophischen Interaktion als Determinante für die Struktur und Funktion von mikrobiellen ‚Hotspots‘ im Boden zu untersuchen. Zwei mikrobielle ‚Hotspots‘, Detritusphäre und Rhizosphäre, werden untersucht. Die Intensität und räumliche Ausdehnung der ‚Hotspots‘ wird in Abhängigkeit von der Zusammensetzung und Komplexität des Nahrungsnetzes über Zymographie und µCT Scans analysiert. Insgesamt soll das beantragte Projekt die Grundlage für ein mechanistisches Verständnis der Bedeutung von Habitatstruktur im Boden für bodenökologische Prozesse schaffen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemalige Antragstellerin: Dr. Amandine Erktan, bis 10/2021