Multitrophic plant insect interactions in dependence of belowground processes

Abstract

Oberirdische und unterirdische Nahrungsnetze werden meist getrennt voneinander betrachtet. In den letzten Jahren wurde aber zunehmend deutlich, dass unterirdische Organismen einen starken Einfluss auf oberirdische biotische Interaktionen, wie die zwischen Pflanzen und Blütenbesuchern sowie Pflanze, Herbivoren und Parasitoiden, haben können. In dieser Arbeit wurden die Effekte von Zersetzern (Regenwürmern), unterirdischen Herbivoren (Drahtwürmern) und Blattherbivoren (Schmetterlingsraupen) auf das Pflanzenwachstum von Ackersenf (Sinapis arvensis) und auf Pflanze-Pathogen-, Pflanze-Herbivor-Parasitoid- und Pflanze-Bestäuber- Interaktion untersucht. Blattherbivorie verzögerte den Blühanfang und wirkte sich negativ auf die Pflanzenhöhe und Pflanzenbiomasse vom Ackersenf aus. Außerdem hatte sie einen negativen Effekt auf Blütenmerkmale, was darauf hindeutet, dass Blattherbivorie die Attraktivität der Pflanzen für Blütenbesucher beeinflussen kann. Trotzdem konnten wir in keinem unserer Experimente einen negativen Effekt von Blattherbivorie auf Blütenbesucher feststellen. In zwei unterschiedlichen Experimenten hatten Wurzelherbivore einen positiven Effekt auf Blütenbesucher, was darauf hindeutet, dass Blütenbesucher von Wurzelherbivoren mehr beeinflusst werden als von Blattherbivoren. Die Blütenmerkmale, die zu einem erhöhten Blütenbesuch führten, konnten nicht identifiziert werden, da Wurzelherbivorie keinen Einfluss auf Staubbeutellänge, Nektarproduktion, Blütenblattgröße und Anzahl der Blüten hatte.Obwohl die Pflanzen durch den Herbivoriebefall (sowohl unterirdisch wie auch oberirdisch) ein verändertes Wachstum aufwiesen, konnten keine Unterschiede in den Pflanzen- Reproduktionsparametern (wie Samenzahl und -gewicht) zwischen den verschiedenen Behandlungen festgestellt werden. Diese Ergebnisse zeigen, dass Sinapis arvenis den Herbivorieschaden kompensieren kann. Im Gegensatz dazu führt die Anwesenheit von Zersetzern zu einem erhöhten Pflanzenwachstum und einer erhöhten Samenanzahl, unabhängig vom Vorkommen von Herbivoren. Pflanzen, in deren Substrat sich nur Wurzelherbivore oder Zersetzer befanden, hatten eine erhöhte Blattlausabundanz. Dies weist darauf hin, dass gleichartige oberirdische Muster durch unterschiedliche unterirdische Prozesse hervorgerufen werden können.In einem weiteren Ansatz haben wir die Effekte der Defaunierung von unterschiedlich bewirtschafteten Böden auf oberirdische Systeme studiert. Die Pflanzenbiomasse in konventionell bewirtschafteten Böden war höher als in organisch bewirtschafteten Böden, sicherlich durch die erhöhte Nährstoffzufuhr in konventionellen Böden. Pflanzen in defaunierten Böden hatten ebenfalls eine höhere Pflanzenbiomasse, vermutlich durch den Defaunierungsprozess, der beim Abtöten der Tiere zur Freisetzung von darin enthaltenen Nährstoffen führte. Sowohl die Blattlausabundanz wie auch die Infektion durch Septoria waren niedriger in defaunierten organischen Böden. Daraus kann man ableiten, dass Bodenorganismen in organisch bewirtschafteten Böden wichtiger für die Vermehrung von Blattläusen und die Infektionsrate von Septoria sind als in konventionell bewirtschafteten Böden. Dies deutet darauf hin, dass die Bewirtschaftungsweise den Effekt von Bodenorganismen auf oberirdische Prozesse modifiziert und dass Bodenorganismen in organisch bewirtschafteten Böden eine weit wichtigere Rolle spielen, als in konventionell bewirtschafteten. Die Ergebnisse deuten darauf, dass Bodenorganismen höhere trophische Ebenen, wie Herbivore und Pathogene, modifizieren können, ohne die unterste trophische Ebene (die Pflanze) zu beeinflussen.Bis vor kurzem wurde die Rolle von unterirdischen Organismen auf oberirdische Herbivore, Pathogene und Bestäuber weitgehend ignoriert. Vor allem in natürlichen Habitaten, in denen zahlreiche Pflanzenarten miteinander interagieren, können Bodenorganismen eine Schlüsselrolle spielen indem sie die an eine Pflanze assoziierte Insektengemeinschaft, modifizieren. Um terrestrische Ökosysteme besser zu verstehen, sollten künftige Studien komplexere Systeme studieren, in denen Pflanzen mit Bodenorganismen in unterschiedlichen räumlichen und zeitlichen Kontexten interagieren.