Interactive plant-trait and climate effects on litter decomposition along the Chilean coastal range

Im Verlauf des Prozesses der Streuzersetzung zerfällt tote, organische Materie, wird transformiert und ihre Bestandteile werden dann in anorganischer Form freigesetzt. Dieser Prozess ist von hoher Bedeutung in der Ökosystemökologie, da er für überirdische und unterirdische Lebensgemeinschaften die Menge der vorhandenen Ressourcen bestimmt sowie sowohl den Nährstoff- und Kohlenstoffhaushalt als auch die Bodenbildung beeinflusst. Klima, Vegetation (über funktionelle Merkmale) und Zersetzer sind die wichtigsten Einflussfaktoren der Streuzersetzung. Trotzdem interagieren diese Faktoren miteinander, was die Einschätzung ihrer relativen Bedeutung für den Prozess erschwert. So nehmen zum Beispiel Klimafaktoren sowohl direkten (e.g. über Feuchtigkeit, Temperatur) als auch indirekten (über Veränderung der Artenvielfalt, Artenzusammensetzung und Merkmale des Streus) Einfluss. Studien entlang von natürlichen Gradienten und Experimente mit der Translokation von Streu können helfen, diese Effekte zu entwirren. Im Rahmen der vorliegenden Doktorarbeit wurde über den hohen Klimagradienten der Küstenregion Chiles die Bedeutung von Klima- und Streumerkmalen für die Streuzersetzung erforscht. Es wurden Streubeutelexperimente ausgeführt und Streu von Pflanzenarten mit einer hohen Variation funktioneller Merkmale (i.e. Streubeschaffenheit) verwendet. Das Ziel der ersten Studie bestand darin, zu testen, ob sich Destruenten im Erdboden an lokale Streu „anpassen“ und diese somit schneller zersetzen als nicht heimische Streu von ähnlicher Qualität. Unter Annahme dieser so genannten „Heimvorteil- Hypothese“ (home-field advantage hypothesis, HFA) wurde untersucht, ob die Anpassung auftritt und inwiefern dabei verschiedene Ökosysteme unterschieden werden, in denen Streuvorkommen und mikrobiologische Spezialisierung variieren können. Um die HFA zu überprüfen, wurde ein reziprokes Streutranslokationsexperiment zwischen vier Orten entlang der Chilenischen Küste, mit 20 Pflanzenarten verschiedener Streuqualität durchgeführt. Zusätzlich zum Gewichtsverlust sollte der Verlustanteil von zersetzbarem und auslaugbarem Material (relativer N/K und P/K Verlust) herangezogen werden, um den spezifischen Beitrag der Destruenten zur Zersetzung zu verstehen, und weiterhin eine Verwechslung der klimatischen Effekte zu vermeiden. Die Ergebnisse widerlegen für jedes Ökosystem die HFA Hypothese, da die Gewichts- und Nährstoffverluste der verschiedenen Streuarten auf einer Rangliste konstant bleiben. Bei jedem Standort wurde Streu aus den ariden Zonen am schnellsten zersetzt, während Streu aus den mediterranen und gemäßigten Zonen den langsamsten Gewichts- bzw. Nährstoffverlust erfuhr. Die Resultate unterstützen somit die These, dass in den untersuchten Ökosystemen die Beschaffenheit des Streus die Aktivität der Destruenten steuert und diese unabhängig von der Herkunft des Materials variiert. Zudem kann postuliert werden, dass die Destruentengemeinschaft sich wahrscheinlich schnell anpassen kann, wenn auswärtige Streu in das Ökosystem gelangt. Im zweiten Experiment konnte die relative Bedeutung des Einflusses der Streuqualität und des Mikroklimas (Bodenfeuchtigkeit und Temperatur) auf die Streuzersetzung näher bestimmt und weiterhin identifiziert werden, wie die Effekte der beiden Faktoren während des Zersetzungsprozesses variieren. Durch die Nutzung eines reziproken Streutranslokationsexperiments entlang des Klimagradienten in Chile war es möglich, der Zersetzung von 30 Pflanzenarten mit hoher Variation funktioneller Merkmale über zwei Jahre hinweg zu folgen. Die Merkmale hatten einen starken Einfluss auf die Streuzersetzung im Gradienten, während eine Erhöhung der Zersetzung mit steigender Bodenfeuchtigkeit nur in den feuchtesten Klimazonen beobachtet werden konnte. Insgesamt bestimmten im ersten Jahr des Experiments die funktionellen Merkmale über das Maß der Zersetzung. Danach gewann der Faktor der Bodenfeuchtigkeit merklich an Bedeutung. Darüber hinaus zeigten statistische Analysen von Untergruppen der 30 Pflanzenarten, dass der Effekt funktioneller Merkmale auf die Streuzersetzung an Bedeutung gewinnt, wenn die Variation von Merkmalsausprägungen höher ist. Folglich hängen die relativen Effekte der funktionellen Merkmale und des Klimas auf die Zersetzung von der Variation des Klimas und der funktionellen Merkmale ab, ändern sich aber auch mit der Zeit. In der dritten Untersuchung wurde die Rolle der Diversität (Artenvielfalt und funktionelle Dispersion, FDis) auf die Zersetzung von Streumischungen über Ökosysteme hinweg beurteilt. Hier wurden FDis Werte genutzt, basierend auf den funktionellen Merkmalen, in Beziehung stehend zum Nährstofftransfer innerhalb der Streu oder Widerständigkeit der Streu, zwei Mechanismen, welche die Streumischungseffekte erklären könnten. Es konnte nur eine kleine Anzahl von signifikanten Mischungseffekten auf die Zersetzung (sowohl positiv als negativ) entlang des Klimagradienten gefunden werden, was am meisten an den aridesten Standorten passierte. Diese Mischungseffekte waren an allen Standorten unabhängig von der Anzahl der Arten in der Streumischung, waren aber stärker mit steigender FDis an den zwei aridesten Standorten. An diesen Standorten stand die FDis basierend auf funktionellen Merkmalen in Beziehung zum Nährstoffgehalt, korrelierend mit positiven Mischungseffekten, während Merkmale in Beziehung zu hemmenden sekundären Zusammensetzungen mit negativen Mischungseffekten korrelierten. Insgesamt weist diese Studie darauf hin, dass Mischungseffekte auf Zersetzung eher selten entlang des klimatischen Gradienten auftreten. Allerdings lässt dies erkennen, dass eine mechanische Herangehensweise an die Messung funktioneller Diversität zu einem tieferen Verständnis führen könnte, unter welchen Bedingungen und in welche Richtung Diversität Zersetzung beeinflusst. Insgesamt unterstreicht diese Doktorabeit die Wichtigkeit von funktionellen Merkmalen in der Streuzersetzung: dieser Faktor bestimmt nicht nur die Affinität der Destruenten und legt Artenrankings in Bezug auf Unzersetzbarkeit fest, kann aber auch über funktionelle Diversität erweiterte Kontrolle ausüben. Es wurde demonstriert, dass die Studie einer breiten Vielfalt funktioneller Merkmale und Streuarten entscheidend dafür ist, die relative Wichtigkeit der Streumerkmale auf die Zersetzung korrekt vorherzusagen und wahrscheinlich das Auftreten von Streumischungseffekten kontrolliert. Ebenso erlaubt die Nutzung eines großen klimatischen Bereichs kritische Unterschiede zwischen Ökosystemen zu erkennen. Diese Ergebnisse sind von besonderer Wichtigkeit, um Streuzersetzungsfeedbacks auf das Klima korrekt vorherzusagen und die Wichtigkeit von Studien zu unterstreichen, die einen repräsentativen Umfang in Klima und Vegetation beinhalten. Von besonderem Interesse sind unterrepräsentierte Ökosysteme, wie zum Beispiel aride und semiaride Klimazonen. In diesen Ökosystemen konnte gezeigt werden, dass Streumerkmale die Zersetzung und Streumischungseffekte stark bestimmen können, im Kontrast zu den Resultaten von mediterranen und gemäßigten Wäldern. Alle drei der durchgeführten Experimente verdeutlichen die Wichtigkeit der funktonellen Merkmale und schaffen zusätzlich einen Rahmen für neue Forschung zum Verständnis von menschengemachten Veränderungen in der funktionellen Komposition von Vegetation für die Zersetzung und somit für Kohlenstoff- und Nährstoffkreisläufe.