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Schwerpunktprogramm (SPP) 1374: Biodiversitäts-Exploratorien; Exploratories for Long-Term and Large-Scale Biodiversity Research (Biodiversity Exploratories), Teilprojekt: Der Einfluß von Landnutzungsintensität auf die Biodiversität und funktionelle Rolle biologischer Bodenkrusten unter besonderer Berücksichtigung der biogeochemischen Kreisläufe von Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphor - CRUSTFUNCTION III

Biologische Bodenkrusten (Biokrusten) sind Hotspots an mikrobieller Diversität und Aktivität, die als 'Ökosystemingenieure' biogeochemische Kreisläufe (N, P) kontrollieren und die Bodenoberfläche stabilisieren. Biokrusten sind ein komplexes Netzwerk vielfältiger, interagierender Mikroorganismen mit verschiedensten Lebensweisen. In den gemäßigten Breiten ist wenig über die Einflussfaktoren auf Struktur und Funktion der Biokrusten bekannt. Daher wollen wir die Diversität der Mikroorganismen in Biokrusten (Bakterien, Protisten, Pilze und Algen) und ihre biogeochemische Funktion in den Waldflächen der Biodiversitätsexploratorien (BE) entlang von Landnutzungsgradienten untersuchen, um deren Beeinflussung durch Landnutzung und Umweltfaktoren zu verstehen.Das zentral organisierte, neue Störexperiment in den Waldflächen ist eine hervorragende Möglichkeit, um die Entwicklung einer Biokruste unter natürlichen Bedingungen nach einer starken Störung zu verfolgen. Eine Teilfläche simuliert Kahlschlag (die Stämme werden entfernt), die andere Teilfläche einen zukünftig häufiger auftretenden Orkan (Stämme verbleiben auf der Fläche). Wir werden die Entwicklung der Bodenkrusten von einem jungen zu einem reifen Stadium visuell (Flächenbedeckung) und durch Probenahme (Biomasse, Nährstoffe, Bodenorganik, Mikrobiota) mittels Feld-, analytischen und molekularen Methoden regelmäßig über zwei Jahre verfolgen. Außerdem werden wir an der zentralen Bodenbeprobungskampagne in allen 150 Waldflächen teilnehmen und parallel Biokrusten sammeln. Wir werden die mikrobielle Biomasse in der Biokruste quantifizieren, ihre Gemeinschaftsstruktur mittels Hochdurchsatzsequenzierung beschreiben und dies mit dem Umsatz von Stickstoff- und Phosphorverbindungen verschneiden. Um Schlüsselorganismen dieser Prozesse zu identifizieren und in hoher räumlicher Auflösung zu visualisieren, wird zusätzlich ein Laborexperiment unter Anwendung von stable isotope probing und NanoSims durchgeführt. Die Daten zur Biodiversität und funktionellen Genomik werden mit den Nährstoffstatus der Biokrusten (Konzentration und chemische Speziierung von C, N und P) verknüpft. Das Laborexperiment mit stabilen Isotopen wird unser Verständnis von Biokrusten Schlüsselorganismen im N- und P-Nährstoffkreislauf und den Einfluss der räumlichen Heterogenität fundamental verbessern. Diese Daten erlauben zum ersten Mal die quantitative und qualitative Rekonstruktion der wichtigsten Stoffkreisläufe und mikrobiellen Interaktionsmuster in Biokrusten als Reaktion auf Landnutzung und Störung. Abschließend werden die ermittelten Daten in das gemeinsame bodenkundliche Netzwerk der BE integriert und dienen dann als Keimzelle für ein Synthese-Vorschlag mit dem Ziel, die Leistung der Biokruste quantitativ und qualitativ mit anderen Hotspots in Böden, wie Detritus- oder Rhizosphäre, zu vergleichen.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1374: Biodiversitäts-Exploratorien; Exploratories for Long-Term and Large-Scale Biodiversity Research (Biodiversity Exploratories), Teilprojekt: MacroBEEs: Wie beeinflusst Landnutzung Interaktionen zwischen Bienen und Pflanzen sowie deren mutualistische Kosequenzen?

Interaktionen zwischen Bienen und Blütenpflanzen sind Teil eines 'berühmten' und evolutiv 'alten' Mutualismus, welcher die reproduktive Fitness von Pflanzen und Bienen maßgeblich bestimmen kann. Die Struktur, Stabilität und Fitness-Auswirkungen hängen dabei von der Diversität und Zusammensetzung der interagierenden Gemeinschaft ab, welche ihrerseits stark von der vorherrschenden Landnutzung beeinflusst werden. So nimmt die Diversität von Interaktionspartnern und Interaktionen mit zunehmend intensiverer Landnutzung ab. Welche Auswirkungen das auf die reproduktive Fitness der Interaktionspartner hat, ob diese Auswirkungen abhängig von der Art oder Gemeinschaft variieren, und wie das mit der Struktur des Interaktionsnetzwerkes zusammen hängt, wurde bisher jedoch kaum experimentell untersucht und soll nun in MacroBEEs geklärt werden. Dabei bauen wir auf bereits bestehenden Daten zu Interaktionsnetzwerken abhängig von Landnutzung auf und nutzen sowohl das etablierte Plot-Netzwerk als auch die neuen 'multi-grassland experiment' Plots, um besser zu verstehen, wie sich Landnutzung unabhängig von anderen Faktoren auf die reproduktive Fitness der Interaktionspartner auswirkt. Im Rahmen von drei 'Work Packages' (WPs), sollen folgende Fragen geklärt werden:1. Wie wirken sich Landnutzungs-bedingte Veränderungen in der Diversität und Zusammensetzung von Pflanzengemeinschaften auf die Besuchsmuster und Furagierentscheidungen von wilden Bienen und Honigbienen aus (WP1)?2. Wie beeinflussen diese Furagierentscheidungen die taxonomische und chemische (Nährstoff-) Zusammensetzung der erstellten (Pollen und Nektar) Diäten und damit die Gesundheit und Fitness der Tiere (WP2)?3. Wie beeinflussen Veränderungen der Besuchsmustern den Transfer von Pollen innerhalb und zwischen Pflanzenarten und folglich den Samenansatz und damit den Bestäubungserfolg von Pflanzen (WP3)? Um diese Fragen zu beantworten, werden wir ganz unterschiedliche Methoden anwenden (Beobachtungen im Feld, DNA Metabarcoding von Pollen von Bienen und Blüten, chemischer Analytik, Fütterungsversuche mit Bienen im Labor, Netzwerkanalysen und Modeling) und eng mit anderen geplanten sowie den Kern-Projekten zusammenarbeiten. Dabei können wir auf Daten zu Bestäubernetzwerken in Abhängigkeit von Landnutzung seit 2008 zurückgreifen, was die einzigartige Möglichkeit eröffnet, Langzeiteffekte von Landnutzung auf Netzwerk Stabilität, Widerstandfähigkeit, Interaktions-Asymmetrien usw. dieses bedeutenden Mutualismus zu untersuchen. Indem wir zusätzlich die Mechanismen untersuchen, welche den Auswirkungen von Landnutzung auf den Reproduktionserfolg von Bienen und Pflanzen zu Grunde liegen, ermöglicht MacroBEEs ein weitreichenderes Verständnis darüber, wie sich Landnutzung auf die funktionale Stabilität von Bestäubernetzwerken und damit die Sicherheit der Bestäubungsleistung in Pflanzengemeinschaften auswirkt.