Steigende Biomasseentzüge aus Wäldern, erhöhtes Waldwachstum durch anhaltend hohe atmosphärische Stickstoffeinträge und direkte und indirekte Auswirkungen des Klimawandels rücken den Kreislauf und die Verfügbarkeit von Phosphor (P) in Waldökosystemen vermehrt in den Fokus wissenschaftlicher Untersuchungen. Den P-Verlusten mit dem Sickerwasser kommt dabei außerdem besondere Bedeutung für die Eutrophierung von Oberflächengewässern zu. Bisher liegen jedoch kaum Erkenntnisse über die Höhe und Prozessdynamik des P-Austrags und die Transportwege von P in Waldböden vor. Eigene Studien zeigten kürzlich, dass signifikante P-Verluste aus Waldböden während starker Niederschlagsereignisse auftreten können. Da der Oberflächenabfluss in Wälder in der Regel vernachlässigbar ist, spielt insbesondere der Transport über preferentielle Fließwege (z.B. Makroporen) eine wichtige Rolle. Welche Prozesse jedoch den P-Transport entlang dieser Fließwege steuern und welche P-Formen überwiegend transportiert werden, ist weitestgehend unbekannt. Ebenso wurde bisher nicht untersucht, ob unterschiedliche Ernährungsstrategien von Waldökosystemen einen Effekt auf die P-Transportmechanismen haben. Eine Grundannahme des SPP 1685 ist, dass recycelnde Systeme, in denen die P- Verfügbarkeit aus der mineralischen Phase gering ist, sich an diese P-Limitierung angepasst haben. Sie können Phosphor hoch effizient recyceln und P-Verluste aus dem System minimieren. Dagegen bestand für akquirierende Systeme, welche überwiegend verfügbares P der mineralischen Phase nutzen, vermutlich nicht die Notwendigkeit angepasste Strategien zu einem effizienten P-Recycling zu entwickeln. Um die Relevanz dieser beiden hypothetischen Ernährungsstrategien auf P-Transportprozesse in Waldböden experimentell zu überprüfen, werden wir daher Böden in Waldökosystemen mit unterschiedlicher P-Verfügbarkeit aus der mineralischen Phase betrachten (SPP-Kernstandorte). Die Ziele unserer Studie sind dabei: 1) die Identifizierung der P-Transportpfade durch den Boden und der am Transport beteiligten P-Formen; 2) die modell-basierte Abschätzung der P-Verluste aus den betrachteten Systemen. Die preferentiellen Fließwege von infiltrierendem Wasser sollen mit Hilfe von Farbtracer-Experimenten visualisiert werden. Durch die anschließende chemische Analyse der P-Fraktionen in den preferentiellen Fließwegen sollen Rückschlüsse auf P-Transportmechanismen in Waldböden gezogen werden. Zur Abschätzung der P-Verluste aus dem System werden basierend auf den identifizierten Transportmechanismen und beobachteten Fließwegen numerische Modelle parametrisiert, welche die Komponenten des Wasserhaushaltes simulieren. Durch diesen kombinierten Ansatz können erstmals die Transportmechanismen und Austragsraten von Phosphor aus Waldökosystemen in Abhängigkeit ihrer Ernährungsstrategie (P-Verfügbarkeit aus der mineralischen Phase) vergleichend betrachtet werden.
Ziel von WRON ist, den Einfluss unterschiedlicher Landnutzungsformen auf die Biodiversität der Otjimbingwe-Region im westlichen Zentralnamibia am Beispiel von Großwild zu erfassen. Die größten Populationen von Wildtieren leben in Namibia im Ökosystem Farmland. Wir untersuchen die Habitatnutzung ausgewählter Carnivorenarten auf Farmen mit unterschiedlichen Nutzungsformen (Rinderfarmen und Wildtierfarmen mit unterschiedlichen Bestandsdichten; Gäste- und Jagdfarmen) in Bezug auf Ressourcenverfügbarkeit und -verteilung, Habitatfragmentierung und Mensch-Tierkonflikten. Zielarten sind Braune Hyäne (Parahyaena brunnea) und Leopard (Panthera pardus). Neben den beiden Topprädatoren sind auch kleinere Beutegreifer-Arten wie Karakal (Caracal caracal), Gepard (Acinonyx jubatus) und Schabrackenschakal (Canis mesomelas) sowie potentielle Beutetierarten wie Warzenschweine, Antilopen und größere Vogelarten (Strauß, Perlhühner) in die Untersuchungen eingeschlossen. Projekt Braune Hyäne: Im Mittelpunkt steht die Frage, wieso sich die Braune Hyäne in den letzten Jahren auf kommerziell genutztem Farmland in Namibia so stark vermehren konnte. Dabei interessieren uns die Fragen: Wo halten sich Braune Hyänen auf? Wie lange bleiben sie in ein und derselben Region? Wie viele gibt es überhaupt und sind sie gleichmäßig über alle Farmen verteilt? Was ist ihre Nahrungsgrundlage? Spielen Köderplätze und offene Müllkippen eine besondere Rolle in der Ernährung? Steht die Braune Hyäne in Konkurrenz zu Leoparden? Alle Projekte werden in Zusammenarbeit mit Biologiestudenten und den lokalen Farmern durchgeführt. Das Ziel ist, mit den erhaltenen biologischen Erkenntnissen praktische Lösungsansätze zu bieten, die unterstützend bei der Bewirtschaftung der Farmen (Viehbetrieb oder Wildtiere) mitwirken sollen. Diese Lösungsansätze sollten in Managementpläne einfließen, die ebenfalls von anderen Farmern (landesweit) genutzt werden, um Verluste und Konflikte zu minimieren und zusätzlich die Toleranz gegenüber Beutegreifern zu erhöhen.
Fragmentation of the natural environment has contributed to major biodiversity loss in South East Asia. Reptiles represent a significant biomass and occupy important functions in our ecosystem. However, these organisms are highly sensitive to relatively minor changes in temperature and habitat alteration. In this study we will investigate the effects of habitat fragmentation and potentially climate change on agamids at several sites in Southeast Asia. We will identify the species richness of agamids, their habitat use, and their diet. By using morphometrics, we aim to correlate morphology and habitat use and diet to explore the ecological niches these lizards occupy. We will also test for microhabitat preferences and optima to understand the ecological impacts on these species caused by forest fragmentation. We hope to use this approach to lay the foundations for macro-ecological modelling proving insights into future distributions and the impact of habitat connectivity.
Die Larven ('Raupen') der meisten Schmetterlingsarten leben solitär. Nur wenige Arten bilden komplexere Sozialverbände aus, dies aber konvergent in vielen taxonomischen Gruppen. Die ökologischen Randbedingungen, unter denen gemeinschaftliches Leben und Suchen nach Nahrung vorteilhaft sind, sind bis heute unbefriedigend verstanden. Wir untersuchen, welche Mechanismen zum Zusammenhalt der Gruppen beitragen, welche Rolle dabei chemische und mechanische Kommunikation zwischen den Raupenindividuen spielt, wie wichtig physiologische (vor allem thermobiologische) Effekte bei in Gruppen lebenden Arten sind und welche Konsequenzen das gemeinschaftliche Leben für die Nahrungssuche und mögliche Konkurrenz unter den Geschwistern hat. Diese Untersuchungen werden vergleichend an mehreren Arten mit unterschiedlich komplexen Sozialsystemen durchgeführt, ausgehend von den lockeren, auf die frühen Larvenstadien beschränkten Geschwisterverbänden von Landkärtchen (Araschnia levana) bis zu dauerhaft in Gemeinschaftsnestern lebenden Raupengesellschaften (z. B. Wollafter, Eriogaster lanestris).
Bodenmikroorganismen können Phosphor (P) sowohl mobilisieren als auch immobilisieren und beeinflussen daher stark die P-Verfügbarkeit für Pflanzen. In diesem Projekt stellen wir die Hypothese auf, dass das Verhältnis vom mikrobiellen P zum labilen P, mit der Entwicklung von P erwerbenden zu P recycelnden Ökosystemen zunimmt. Mikrobielle und pflanzliche P-Aufnahme wird mittels 33P untersucht, der in pflanzlicher und mikrobieller Biomasse und in pflanzlichen und mikrobiellen Lipiden quantifiziert wird. In welchem Maß Mikroorganismen P während des Abbaus von organischer Bodensubstanz mineralisieren und immobilisieren, wird mit einem 14C/33P markiertem Monoester überprüft. Die saisonale Dynamik von tatsächlicher und potentieller P-Mobilisierung (33P-Verdünnung und Phosphatase-Aktivität) und mikrobieller P-Immobilisierung wird anhand von Böden, die den Übergang von erwerbenden zu recycelnden Ökosystemen repräsentieren, analysiert. Darüber hinaus wird der Beitrag des P aus der organischen Auflage zum mikrobiellen P anhand eines Feldexperiments untersucht. Die räumlichen Muster mikrobieller und pflanzlicher P-Mobilisierung in der Rhizosphäre werden anhand der Verteilung von saurer und alkalischer Phosphatase-Aktivität (Boden-Zymographie) und Rhizodeposition (14C-Imaging) analysiert.
Das übergeordnete Ziel dieses Projekts ist es, die interspezifische Diversität von Ektomykorrhizapilzen (EcM) für die Phosphoraufnahme und Ernährung von Bäumen in Pakquirierenden und P-rezyklierenden Ökosystemen zu untersuchen. Der Fokus wird auf der Buche als einer ektomykorrhizalen Hauptbaumart dieser Ökosysteme liegen. Folgende Punkte sollen adressiert werden:(i) Die Pilzgesellschaften P-akquirierender und -rezyklierender Ökosysteme unterscheiden sich, weil in dem ersten Fall P mit Hilfe organischer Exsudate aus Mineralien gelöst werden muss und im zweiten Fall P mit Hilfe saprophytischer Enzyme aus der organischen Materie freigesetzt werden muss, um pflanzenverfügbar zu sein. Um diese Hypothese zu prüfen, werden Pilze in verschiedenen Bodenkompartimenten und Wurzel-assoziierte Pilze mittels Hochdurchsatzsequenzierung erfasst und funktionalen Gruppen zugeordnet. Die aktive EcM Gesellschaft wird durch Kombination von Morphotyping und ITS Sequenzierung quantifiziert. Die Pilzprofile werden in Relation zu Bodenparametern, mikrobieller Aktivität und sekretierten Phosphatasen und Oxalat-produzierenden EcM Aktivitäten analysiert.(ii) Der zeitliche Verlauf des P Bedarfs und der P Aufnahme in Relation zu Phänologie und saisonalen Veränderungen der EcM Gesellschaft ist nicht bekannt. Durch Applikation von radioaktivem Phosphat zu verschiedenen wichtigen Zeitpunkten wie Blattaustrieb, früher Sommer, Spätsommer, Herbst und Winter soll die Aufnahme und pflanzeninterne Allokation von P bestimmt werden. Dabei wird auch die P-Akquisition der EcM Gesellschaft spezifisch erfasst und ihre enzymatischen Aktivitäten untersucht. Des Weiteren werden Biomasse der Pflanze und Morphologie des Wurzelsystems, Gesamt-P sowie der Einbau von P in freie Mikroben untersucht. Mit Hilfe dieser Daten soll ein Modell für die Aufnahme und Allokation von P in Relation zu ektomykorrhizaler, mikrobieller und pflanzlicher Aktivität entwickelt werden.(iii) Um die Beiträge spezifischer EcM für die P Aufnahme zu erfassen, soll eine neue Methode für zeitlich und räumlich aufgelöste Flussmessungen von radioaktivem P etabliert werden. Nach Installation und Kalibrierung der Messanlage mit Hilfe einfacher Modellpflanzen (Pappel), sollen die Beiträge unterschiedlicher EcM Arten für die P Aufnahme und Translokation an jungen Buchen untersucht werden. Dies Daten sollen zur Verbesserung des obigen Modells genutzt werden. Insgesamt werden diese Untersuchungen einen wichtigen Beitrag zur Rolle der EcM Diversität im P Zyklus unterschiedlich P versorgter Ökosysteme liefern.
Pflanzen können zwischen 10 und 80% ihres P-Bedarfs aus Unterböden decken, aber in welchen Bindungsformen P im Unterboden von Wäldern vorliegt, wie gut es dort zugänglich ist und v.a. wie lange der Sauerstoff in den Unterboden-Phosphaten verweilt, ist nur wenig verstanden. Dieses Projekt hat zum Ziel, die Hypothese zu testen, dass mit zunehmendem P-Mangel im Oberboden die Pflanzen verstärkt auf P im Unterboden zugreifen. Als Grundlage hierfür werden wir in der ersten Phase des SPP aufklären, (i) wie hoch die P-Vorräte in den Unterboden der Versuchsstandorte sind, welche Bindungsformen dominieren und welche delta18O-Signaturen Bodenphosphate dort aufweisen, (ii) wie Pflanzenwurzeln die P-Gradienten im Unterboden verändern, (iii) wie gut die Phosphate im Unterboden für Mikroorganismen und damit 18Oisotopenaustauschreaktionen zugänglich sind, (iv) ob und wie abiotische, positionsabhängige isotopenaustauschreaktionen stattfinden können, anhand derer sich Informationen zur Verweilzeit der Phosphate im Unterboden ableiten lassen, und (v) welche Zusammenhänge zur Isotopensignatur in Phosphaten des Xylemsaftes bestehen. Die P-Bindungsformen und Konzentrationen werden mittels sequenziellen Fraktionierungsverfahren, NanoSIMS, XANES-und NMR-Spektroskopie erfasst. Isotopenbestimmungen und -austauschexperimente erfolgen mittels massenspektrometrischen und Raman-spektroskopischen Analysen unter Einbeziehung quantenchemischer Modellierungen.
Verbundforschungsprojekt zur Aufklaerung der Zusammenhaenge zwischen carcinogenen Faktoren in der Nahrung und der bekannten hohen Speiseroehrenkrebsrate im Schwerpunktgebiet.
In einem Gemeinschaftsprojekt biologischer und physikalisch-ozeanographischer Arbeitsgruppen sollen in einem scharf umrissenen Gebiet im Weseraestuar die hydrographischen Bedingungen und die Produktivitaet einer Tiergemeinschaft mit extrem hoher Biomasse erfasst werden. Diese Gemeinschaft wird von dem roehrenbauenden Borsten-Wurm Lanice conchilega gepraegt, der zahlen- und gewichtsmaessig dominiert. Die ueber zwei Jahrzehnte beobachtete hohe Bestaendigkeit und der Artenreichtum dieser Gemeinschaft stehen in einem scheinbaren Widerspruch zu der grossen Variabilitaet des tidenbeeinflussten, kuestennahen Lebensraumes. Um diesen scheinbaren Widerspruch zu erklaeren, sollen hydrographische Bedingungen, Nahrungsangebot (Truebstoffe) und -weitergabe unmittelbar ueber und am Meeresboden sowohl im Jahresgang als auch im Detail innerhalb kurzer Zeitspannen mit Hilfe einer neu entwickelten Feldstation zur ozeanographischen Messwerterfassung bestimmt werden. Die hohe Produktivitaet der Lanice-Gemeinschaft und ihr Stoffumsatz sollen quantifiziert und anhand der oekologisch bedeutsamen ozeanographischen Messwertergebnisse erklaert werden.
Bei den meisten bestandsbildenden Waldbäumen, aber auch bei krautigen Pflanzen, ist die Mykorrhiza, eine enge Symbiose zwischen Pflanzenwurzeln und Bodenpilzen, von entscheidender Bedeutung für die Nährstoffversorgung. Charakteristische Strukturmerkmale der ektrotrophen Form dieser Symbiose, die im wesentlichen bei holzigen Pflanzen ausgebildet wird, sind die Bildung eines Hyphenmantels, der locker aufgebaut, aber auch sehr komplex ausgestaltet sein kann und die Wurzel vollständig umschließt, und eines Hartig'schen Netzes, das eine apoplastische Stoffaustauschzone mit transferzellartigen Strukturen darstellt. Kontrovers wird die Möglichkeit und Bedeutung der rein apoplastischen Nährstoffanlieferung von der Bodenlösung über den Hyphenmantel an diese Austauschzone diskutiert, wobei deren mögliche Begrenzung eine vollständige Abhängigkeit der Wurzel hinsichtlich der Nährstoffversorgung von ihrem pilzlichen Symbiosepartner bedeutet. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, einerseits die apoplastische Permeabilität des Hyphenmantels bei verschiedenen Mykorrhiza-Assoziationen der Kiefer und Pappel zu untersuchen und zum anderen den Apoplasten im Bereich des Hartig'schen Netzes bezüglich der Nähr- und Schadstoffbereitstellung wie auch des pH-Wertes näher zu charakterisieren, um damit Aussagen über den Beitrag der Mykorrhiza zur Nährstoffversorgung des pflanzlichen Symbiosepartners treffen zu können.
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