Stoichio

Land-use effects on plant–herbivore stoichiometry: micro- and macronutrients

Als Teil des DFG-Schwerpunktprogramms 1372 „Exploratorien der funktionellen Biodiversitätsforschung“ untersucht Stoichio Quantität und Zusammensetzung von Nährstoffen sowie deren Regulation innerhalb und den Transfer zwischen Organismen und ihrer Umwelt (Ökologische Stöchiometrie). Das Projekt zielt darauf ab, die regulatorischen Mechanismen der Nährstoffflüsse vom Boden über Vegetation bis zu Herbivorengesellschaften entlang eines Landnutzungsgradienten zu ergründen. Die Stöchiometrie von Nährstoffen ist element- und artspezifisch. In der Biomasse von Organismen variiert die Konzentration einiger Elemente proportional zu ihrer jeweiligen Quelle, während bei anderen diese auf ein konstantes Level reguliert wird oder selbige mit einer gewissen Variabilität in Abhängigkeit ihrer Verfügbarkeit auftritt. Arten und einzelne Individuen weisen unterschiedliche Nährstoffbedürfnisse auf und sind teils in der Lage, ihr internes Nährstofflevel ihren Bedürfnissen entsprechend zu regulieren. Während manche die Nährstoffkonzentrationen unabhängig ihrer Verfügbarkeit auf relativ konstantem Niveau halten (Stöchiometrische Homöostasie), weisen andere eine gewisse Plastizität auf (Stöchiometrische Plastizität).

Veränderungen in der Nährstoffverfügbarkeit im Boden (etwa durch interspezifische Konkurrenz innerhalb von Artgemeinschaften oder durch landwirtschaftliches Management) beeinflussen die Artvielfalt, die Artzusammensetzung und die Produktivität von Grasland. Es ist jedoch unbekannt, ob und inwieweit diese auch durch die interspezifische Variation in der Nährstoffstöchiometrie und die quantitativen Nährstoffbedürfnisse von Arten beeinflusst sind. Um Verbreitungsmuster von Arten, Biodiversität und Ökosystemdynamiken besser zu verstehen, ist es wichtig, die Mechanismen hinter der Regulierung von Nährstoffkonzentrationen und der Nährstofflimitierung von Arten aufzuklären. Es wird vermutet, dass die Verbreitung und das Vorkommen von Pflanzen- und Herbivorenpopulationen entlang eines stöchiometrischen Ressourcengradienten durch artspezifische Unterschiede in der Homöostasie eingeschränkt oder beeinflusst wird.

Das Projekt zielt unter anderem auf die Beantwortung folgender Fragen:

• Welche Nährstoffe treten in anderen Konzentrationen in der Biomasse auf als im Boden? Hängt diese Variabilität in den Nährstoffkonzentrationen mit der Landnutzung oder der Phytodiversität zusammen?
• Werden durchschnittliche Nährstoffkonzentrationen und mittlere Homöostasielevel in ausgewählten Arten durch die Landnutzungsintensität und die Nährstoffverfügbarkeit im Boden beeinflusst? Sind diese mit der Produktivität von Graslandökosystemen verknüpft?
• Ist artenreiches Grasland hinsichtlich der Nährstoffzusammensetzung und Nährstoffkonzentration in der Biomasse bzw. hinsichtlich ihrer Produktivität stabiler als artenarmes Grasland?

PIs: Prof. Dr. Kleinebecker, Prof. Dr. Nico Blüthgen, PD Dr. Karsten Mody (beide TU Damstadt)

Laufzeit: 2014-2017

Mittelgeber: DFG

Publikationen

• Busch V, Klaus VH, Prati D, Schäfer D, Boch S, Müller J, Socher SA, Chisté M, Mody C, Blüthgen N, Fischer M, Hölzel N, Kleinebecker T (submitted) Winners and losers of management intensification: species-specific occurrence of plant species along a land-use intensity gradient in grasslands.

• Busch V, Klaus VH, Penone C, Schäfer D, Boch S, Prati D, Müller J, Socher S, Niinemets Ü, Peñuelas J, Hölzel N, Fischer M, Kleinebecker T (2018) Nutrient stoichiometry and land use rather than species richness determine plant functional diversity. Ecology and Evolution 8 (1): 601–616 [doi:10.1002/ece3.3609] Open Acces

• Kleinebecker T, Busch V, Hölzel N, Hamer U, Schäfer D, Prati D, Fischer M, Hemp A, Lauterbach R, Klaus VH (2018) And the winner is … ! A test of simple predictors of plant species richness in agricultural grasslands. Ecological Indicators 87: 296-301 [doi:10.1016/j.ecolind.2017.12.031]