Welche Rolle spielt pflanzliche Vielfalt für die Ökosystemfunktionen?

Pflanzendiversität ist ein wichtiges Element funktionierender Ökosysteme, da sie stabilisierend auf die Gemeinschaften von Bodenmikroorganismen und –tieren wirkt. Aktuelle Langzeitstudien zeigen, dass der Verlust an Pflanzendiversität zu Aussterbekaskaden in der Bodengemeinschaft führt und somit die Ökosystemfunktionen (Produktivität, Zersetzung, Stoffkreisläufe) beeinträchtigt.
Ziel des Jena-Experiments ist es, die wechselseitigen Zusammenhänge zwischen ober- und unterirdischer Biodiversität genauer zu erforschen.
Das Jena-Experiment wurde bereits 2002 als Langzeitstudie etabliert und strebt ein ganzheitlicheres Verständnis der Mechanismen an, die den stabilisierenden Effekten von Biodiversität zugrunde liegen. Die bisherigen Ergebnisse zeigen deutlich positive Zusammenhänge zwischen Pflanzendiversität, Vielfalt in Bodengemeinschaften und Stabilität der Ökosystemfunktionen. Basierend auf diesen Ergebnissen arbeitete ich im Rahmen meiner Doktorarbeit gemeinsam mit meiner Kollegin Britta Merkel an der Beantwortung folgender Fragen:

• Welche Effekte hat die Vielfalt von Pflanzeneigenschaften (z.B. Wurzelexudate, Stickstoff-Fixierung) auf Bodenmikroorganismen und -tiere?
• Wie wichtig ist der unterirdische Ressourceneintrag (Wurzeln, Exudate) für den Zusammenhang zwischen Diversität und Funktion?
• Wie entwickeln sich die Langzeiteffekte des Pflanzenartenreichtums und der Vielfalt an funktionellen Pflanzengruppen auf Bodenmikroorganismen und -tiere?

Das Jena-Experiment umfasst zwei verschiedene Diversitätsgradienten: den Pflanzenarten-Diversitätsgradienten (1 – 60 Arten) und den Diversitätsgradienten der funktionellen Pflanzengruppen (1 – 4 funktionelle Gruppen: Gräser, kleine Kräuter, große Kräuter, Leguminosen).

Hier geht es zu Homepage des Jena-Experiments: http://the-jena-experiment.de

Ergebnisse und Schlussfolgerungen (Kurzfassung)
1| Pflanzendiversität ist wichtig für das Funktionieren und die Stabilität von mikrobiellen Stoffwechselvorgängen im Boden (mikrobielle Atmung/ Stoffumsetzung, C use efficiency, C-N-Verhältnis). Auch der Transfer von Stickstoff im Boden wird von der Pflanzendiversität beeinflusst.

2| Bis sich ein Boden nach seiner Nutzung als konventioneller Acker “erholt” und wieder dem in halb-natürlichen Wiesen gleicht, dauert es länger als 10 Jahre.

3| Die (zeitliche) Stabilität von mikrobiellen Stoffwechselvorgängen im Boden nimmt mit der Zeit zu (beobachtet über einen Zeitraum von 10 Jahren).

4| Durch Nutzung von Kunstdünger werden Leguminosen wie z.B. Klee verdrängt und dadurch die positive natürliche Wirkung der Leguminosen auf den Boden überlagert (Leguminosen verbessern die mikrobielle C-use-efficiency).

5| Stickstoffdünger ist dafür bekannt, negative Wirkungen auf die Biodiversität und auf Ökosystemfunktionen auszuüben. Deswegen sind nachhaltige Management-Praktiken wie die Kultivierung von Leguminosen zur Grünland-Düngung der konventionellen Düngung vorzuziehen. Denn durch die Nutzung nachhaltiger Düngemethoden entsteht eine win-win-Situation: sowohl Ökosystemleistungen wie z.B. Futtermittel-Produktion können erreicht werden, als auch die Aufrechterhaltung der Ökosystem-Funktionen wie biologische Zersetzung, Stoff- und Wasserkreislauf bleiben erhalten.

Methoden
• Substrat-induzierte Respiration (SIR) von Boden-Mikroorganismen gemessen mit dem O2-Mikrokompensations-Apparat.
• Isotopen-Analysen (15N, 13C) von Bodenorganismen (Mikroorganismen, Meso- und Macrofauna)
• PLFA (Phospholipid-Fettsäuren)-Zusammensetzung von Bodenmikroorganismen (Bakterien und Pilze)

Konferenzbeiträge
• Strecker, T, S. Scheu, N. Eisenhauer: “How does plant diversity influence the stability of microbial biomass?” Ecological Society of Germany, Autria and Switzerland (GfÖ) – 42th Annual Meeting 2012, University of Lueneburg, Germany.
• Strecker, T., R. Barnard, P. Niklaus , M. Scherer-Lorenzen , S. Scheu, A. Weigelt, N. Eisenhauer: “Fertilization superimposes the legume effect on microbial efficiency in a grassland plant diversity gradient“, Ecological Society of America – 97th Annual Meeting 2012, Portland, Oregon.

Publikationen
1. Strecker T, Annette Jesch A, Eisenhauer N, Bachmann D, Jüds M, Ravenek J, Roscher C, Weigelt A Scheu S (2021): Incorporation of mineral nitrogen into the soil food web as affected by plant community composition. Ecology and Evolution 11 (9): 4295-4309. https://doi.org/10.1002/ece3.7325

2. Strecker T (2021): The Role of Plant Diversity, Plant Functional Groups, and Mineral Nitrogen for Soil Microbial Functioning and Soil Mesofauna in Temperate Grassland. Dissertation. Georg-August-Universität Göttingen 2021. http://hdl.handle.net/21.11130/00-1735-0000-0005-15A7-7

3. Lange M, Roth VN, Eisenhauer N, Roscher C, Dittmar T, Fischer-Bedtke C, Gonzalez Macé O, Hildebrandt A, Milcu A, Mommer L, Oram NJ, Ravenek J, Scheu S, Schmid B, Strecker T, Wagg C, Weigelt A, Gleixner G (2021): Plant Diversity enhances production and downward transport of biodegradable dissolved organic matter. Journal of Ecology 109 (3): 1284-1297. DOI: 10.1111/1365-2745.13556

4. Buzhdygan OY, Meyer ST, Weisser WW, Eisenhauer N, Anne Ebeling A, Stuart R. Borrett SR, Nina Buchmann N, Cortois R, De Deyn GB, de Kroon H, Gleixner G, Hertzog L, Hines J, Lange M, Mommer L, Ravenek J, Scherber C, Scherer-Lorenzen M, Scheu S, Schmid B, Steinauer K, Strecker T, Tietjen B, Vogel A, Weigelt A, Petermann JS (2020) Biodiversity increases multitrophic energy use efficiency, flow, and storage in grasslands. Nature Ecology and Evolution 4: 393-405. doi.org/10.1038/s41559-020-1123-8

5. Roscher C, Karlowsky S, Milcu A, Gessler A, Bachmann D, Jesch A, Lange M, Mellado-Vázquez P, Strecker T, Landais D, Ravel O, BuchmannN, Roy J, Gleixner G (2019), Functional composition has stronger impact than species richness in carbon gain and allocation in experimental grasslands. PloS ONE 14(1): e0204715. DOI: 10.3171/journal.pone.0204715.

6. Jesch A, Barry KE, Ravenek J, Bachmann D, Strecker T, Weigelt A, Buchmann N, De Kroon H, Gessler A, Mommer L, Roscher C, Scherer-Lorenzen M (2018) Belowground resource partitioning alone cannot explain the biodiversity-ecosystem function relationship: A field test using multiple tracers. Journal of Ecology, 108, pp. 2002-2018, DOI: 10.1111/1365-2745.12947.

7. Cortois R, Veen G F, Duyts H, Abbas M, Strecker T, Kostenko O, Eisenhauer N, Scheu S, Gleixner G, De Deyn G B, van der Putten W H (2017) Possible mechanisms underlying abundance and diversity responses of nematode communities to plant diversity. Ecosphere 8(5): e01719. https://doi.org/10.1002/ecs2.1719

8. Eisenhauer E, Lanoue A, Strecker T, Scheu S, Steinauer K, Thakur MP, Mommer L (2017) Root biomass and exudates link plant diversity with soil bacterial and fungal biomass, Scientific Reports, 7, article number 44641, DOI: 10.1038/srep44641.

9. Steinauer K, Jensen B, Strecker T, de Luca E, Scheu S, Eisenhauer N (2016) Convergence of Soil microbial properties after plant colonization of an experimental plant diversity gradient, BMC Ecology 16:19, DOI: 10.1186/s12898-016-0073-0.

10. Meyer ST, Ebeling A, Eisenhauer N, Hertzog L, Hillebrand H, Milcu A, Strecker T, et al (2016) Effects of biodiversity strengthen over time as ecosystem functioning declines at low and increases at high biodiversity. Ecosphere, 7 (12), p. e01619. https://doi.org/10.1002/ecs2.1619

11. Strecker T, Gonzalez Mace O, Scheu S, Eisenhauer E (2016) Functional composition of plant communities determine the spatial and temporal stability of soil microbial properties in a long-term plant diversity experiment, Oikos 125: 1743-1754, DOI: 10.1111/oik.03181.

12. Thakur MP, Milcu A, Manning P, Niklaus PA, Roscher C, Power S, Reich PB, Scheu S, Tilman D, Ai F, Guo H, Ji R, Pierce S, Guerrero Ramirez N, Richter AN, Steinauer K, Strecker T, Vogel A, Eisenhauer N (2015) Plant diversity drives soil microbial biomass carbon in grasslands irrespective of global environmental change factors. Global Change Biology, 21, 4076-4085, DOI: 10.1111/gcb.13011.

13. Strecker T, Barnard RL, Niklaus PA, Scherer-Lorenzen M, Weigelt A, Scheu S, Eisenhauer N (2015) Effects of plant diversity, functional group composition, and fertilization on soil microbial properties in experimental grassland. Plos One 10(5): e0125678. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0125678

14. Wright AJ, Ebeling A, de Kroon H, Roscher C, Weigelt A, Buchmann N, Buchmann T, Fischer C, Hacker N, Hildebrandt A, Leimer S, Mommer L, Oelmann Y, Scheu S, Steinauer K, Strecker T, Weisser WW, Wilcke W, Eisenhauer N (2015) Flooding disturbance increase resource availability and productivity, but reduce stability in diverse plant communities. Nature Communications 6: 6092, DOI: 10.1038/ ncomms7092.

15. Bachmann D, Gockele A, Ravenek JM, Roscher C, Strecker T, Weigelt A, Buchmann N (2015) No Evidence of Complementary Water Use along a Plant Species Richness Gradient in Temperate Experimental Grasslands. Plos One 10(1): 0116367. DOI:10.1371/journal.pone.0116367

16. Hertel D, Strecker T, Müller-Haubold H, Leuschner C (2013) Fine root biomass and dynamics in beech forests across a precipitation gradient – is optimal resource partitioning theory applicable to water- limited mature trees? Journal of Ecology (101) 1183-1200. DOI: 10.1111/1365-2745.1212

Kurzer Lebenslauf
• seit 02/2021: Vorstandsmitglied in einer Elterninitiative, zuständig für Finanzmittelanträge und -einwerbung (ehrenamtlich)
• seit 08/2020: Elternzeit
• 06/2020: Disputation (Note: “magna cum laude”)
• 06/2010 – 06/2020: Promotionsstudentin (DFG project), betreut durch Prof. Stefan Scheu (Abt. Tierökologie, Universität Göttingen) und Prof. Nico Eisenhauer (idiv, Universität Leipzig)
• 08/2016 – 09/2019: Elternzeit
• 2009-05/2010: Wissenschaftliche Angestellte, Abteilung Pflanzenökologie und Ökosystemforschung (Prof. C. Leuschner), Universität Göttingen
• 2008: Diplom (Note: “mit Auszeichnung”)
Titel der Diplomarbeit: “Local adaptation and negative soil feedbacks in Artemisia vulgaris L.”, betreut durch Prof. Stefan Scheu, Dr. Harald Auge (Dep. Community Ecology, UFZ Halle/Saale), Dr. Josephine Haase (ETH Zürich)
• 2002 – 2008: Biologiestudium, TU Darmstadt. Hauptfächer: Terrestrische Ökologie, Umweltwissenschaften, Pflanzenphysiologie
• 2000 – 2002: Architekturstudium bis inkl. 4. Semester
• 2000: Abitur (Georg-Büchner-Gymnasium Darmstadt; Note: 1,4)

Interessen
• Nachhaltige Entwicklung, Klimapolitik
• Draußen sein