Diversity and trophic structure of the soil fauna and its influence on litter decomposition in deciduous forests with increasing tree species diversity

Abstract

Die Beziehung zwischen Artendiversität und Ökosystemfunktionen ist ein wichtiges Thema moderner ökologischer Forschung. Oft werden strukturelle und biotische Eigenschaften von Ökosystemen durch die Pflanzendiversität beeinflusst. Obwohl die grundlegende Abhängigkeit des Bodennahrungsnetzes von der Primärproduktion gut untersucht ist, ist das Wissen über die Interaktionen zwischen Baumartendiversität, unterirdischen Prozessen und Bodentiergemeinschaften ist noch unvollständig. Dies gilt besonders für Waldökosysteme mit Beständen aus mehr als zwei Baumarten. In dieser Studie wurde der Effekt einer zunehmenden Diversität von Laubbaumarten auf die Gemeinschaft der Bodenmakrofauna und die Streuzersetzung untersucht. Es wurden neun Untersuchungsflächen mit vergleichbaren edaphischen und klimatischen Bedingungen im Nationalpark Hainich (Thüringen, Deutschland) angelegt. Diese bildeten einen Diversitätsgradienten von wenig diversen Beständen mit reiner Buche (Fagus sylvatica) über Bestände mittlerer Diversität mit Buche, Esche (Fraxinus excelsior) und Linde (Tilia spp.) bis hin zu hochdiversen Beständen mit Buche, Esche, Linde, Ahorn (Acer pseudoplatanus and A. platanoides) und Hainbuche (Carpinus betulus) (Diversäts Level 1, 2 und 3).Die Diversität der Kronenschicht hatte einen deutlichen Effekt auf die Zusammensetzung der Bodenmakrofaunagemeinschaften. Allerdings war die Beziehung zwischen Baumartendiversität und der Diversität oder Abundanz der untersuchten Tiergruppen (Schnecken, Regenwürmer, Asseln, Laufkäfer und Spinnen) nicht generell linear. Trophische Gruppen reagierten unterschiedlich auf eine veränderte Baumartendiversität: die Abundanz wichtiger Gruppen von Primärzersetzern, z.B. Asseln und Regenwürmer, wurde durch eine hohe Diversität von Streuressourcen mit größeren Mengen an hochqualitativer Streu gefördert. Sapro- und phytophage Schnecken waren hingegen am diversesten und häufigsten in den Beständen mittlerer Diversität. Die Aktivitätsdichte der Räuber in der Streuschicht (Spinnen und Laufkäfer) nahm auf den hochdiversen Flächen aufgrund der schnellen Streuzersetzung und der damit einhergehenden Verkleinerung des Streu-Lebensraumes. Andererseits war die Prädatorendiversität positiv korreliert mit der diverseren Kraut- und Streuschicht der gemischten Bestände. Insgesamt war für die Bodenmakrofauna die Baumartendiversität eine wichtige treibende Kraft, die aber ergänzt wurde durch den strukturierenden Einfluss einzelner Schlüsselarten (z.B. Buche).Von den sechs wichtigsten Baumarten der Untersuchungsflächen: Buche, Linde, Esche, Ahorn (A. pseudoplatanus und A. platanoides) und Hainbuche, sowie für spezifische Flächen-Mischungen wurde der Streuabbau untersucht. Die jährlichen Abbauraten (k) waren typisch für diese Laubbaumarten: k = 0.5 für Buche und k = 1.5 2 für die anderen Baumarten. Die Abbaurate von Fagus erhöhte sich mit zunehmender Baumartendiversität und war zudem mit dem pH-Wert des Bodens, der Feuchte der Streuschicht und der Abundanz der Isopoden korreliert. Der Streuabbau der anderen Baumarten verlief ebenfalls schneller auf den diverseren Flächen (außer Esche und Hainbuche) und war positiv korreliert mit der Abundanz der Regenwürmer. Nährstoffmengen und -freisetzungsraten unterschieden sich zwar zwischen den Baumarten, waren aber zwischen den Diversitäts Levels nicht durchweg unterschiedlich. Muster der Nährstofffreisetzung waren mit den Nährstoffverhältnissen zu Beginn des Experi! ments und stärker noch mit der Regenwurm-Abundanz korreliert. Die reine Baumartendiversität ist nicht unbedingt die treibende Kraft für Abbauprozesse und Nährstoffdynamiken. Charakteristische Eigenschaften einzelner Baumarten, wie z.B. Buche im Kontrast zu Linde und Esche, beeinflussen den Boden, die Habitateigenschaften und die Bodenfaunagemeinschaften. So spielen das Vorkommen und die Häufigkeit bestimmter Baumarten und ihre assoziierte Bodenfauna (z.B. Regenwürmer) eine Schlüsselrolle über ihre direkten und indirekten Effekte auf das ganze Waldökosystem.