Im Rahmen des vom BMBF finanzierten BIOLOG-Programms untersuchen Arbeitsgruppen der Universität Jena, des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie in Jena, des Umweltforschungszentrums Halle und der Universität Leipzig in einem eigenständigen Teilprojekt (DIVA-Projekt) unterschiedliche Fragen zum Thema Biodiversität. In diesem DIVA-Projekt "Der Einfluss von Biodiversität auf Ökosystemprozesse in Grünlandbeständen" soll in experimentellen und theoretischen Untersuchungen die Bedeutung von biologischer Vielfalt für die Stabilität von Ökosystemen erläutert werden. Modernste molekularbiologische, biochemische, mathematische und freilandökologische Methoden werden eingesetzt, um die genetische und phänotypische Diversität zu quantifizieren und mit Messungen der Stoffflüsse durch die Ökosysteme zu korellieren.

Gesamtziel des Vorhabens

Weltweit führen anthropogene Einflüsse zu einem Rückgang an biologischer Vielfalt in einem bisher unbekannten Ausmaß. Eine große Anzahl von Arten ist bereits ausgestorben und bei vielen der verbliebenen Arten ist die genetische Diversität bereits reduziert. Dieser Verlust an biologischer Vielfalt wirft die Frage auf, welche Bedeutung Biodiversität für die Funktionsfähigkeit von Ökosystemen hat. Erste Untersuchungen dieser Frage in den letzten Jahren haben gezeigt, dass ein Verlust an Biodiversität tatsächlich mit einem Verlust an Ökosystemfunktionen einhergehen kann. Die Untersuchungen zeigten jedoch sehr deutlich, dass es nur dann zu einem generellen Verständnis des Zusammenhanges zwischen Biodiversität und ökosystemaren Prozessen kommen kann, wenn Untersuchungen innerhalb eines Ökosystems an verschiedenen Organismen (Tieren, Pflanzen, Mikroorganismen) und auf unterschiedlichen organisatorischen Ebenen (Blatt, Ökosystem, Gebiet) gleichzeitig durchgeführt werden.
Das Verbundprojekt untersucht die Wechselwirkungen zwischen Biodiversität, Ökosystemprozessen und Störung. Hierbei steht die Frage nach der Stabilität etablierter Grünlandökosysteme im Vordergrund. Im Verbundprojekt wird mit Hilfe von experimentellen Störungen untersucht, ob etablierte Grünlandökosysteme mit niedriger Diversität eine geringere Stabilität aufweisen als Ökosysteme mit hoher Diversität. Dazu werden Prozesse von der Boden- und Blatt- bis zur Ökosystemebene sowie verschiedene Organismengruppen (Mykorrhizapilze, Pflanzen, Insekten) untersucht. Verschiedene Aspekte der pflanzlichen Biodiversität werden erfasst (genetische, taxonomische, strukturelle sowie funktionelle Diversität) und in einem mathematischen Modell in Hinblick auf ihre Wirkungen auf Ökosystemstabilität berücksichtigt. Darüber hinaus wird ein Modell zur Indikation ökosystemarer Prozesse erstellt, das der schnellen Erfassung und Bewertung von Ökosystem-funktionen anhand taxonomischer und struktureller Biodiversität dient. Nach Erstellen dieses Indikatorsystems kann es im räumlichen Monitoring angewendet und so für Naturschutz-Aspekte relevant werden.

Konkrete Projektziele

Unterschiedlich intensiv genutzte Wiesen im Thüringer Schiefergebirge. Während die Wiese im linken Bild nur 27 Pflanzenarten aufweist, konnten auf der rechten Wiese 43 Pflanzenarten erfasst werden. Die Biomasseproduktion der artenarmen Wiese ist dennoch nahezu doppelt so hoch wie die der artenreichen Fläche.

Das im Department Bodenökologie bearbeitet Teilprojekt STOFF-MYKO setzt sich als Ziel, die vier Knoten Eintrag, Transformation, Akkumulation und Verlust von Kohlenstoff in und aus Böden im Zusammenhang mit der Pflanzendiversität und der Nutzungsintensität in Graslandschaften Mitteldeutschlands quantitativ und auf der Ebene der biologischen Mechanismen zu erläutern. Bezüglich des Eintrags werden insbesondere die mykorrhizalen Symbiosen zwischen Bodenpilzen und Pflanzenwurzeln analysiert, weil sie viele Photoassimilate direkt in die Böden leiten. Die entsprechend leicht verfügbaren Energie- und Stoffsressourcen fördern die mikrobielle Aktivität in der Rhizosphäre und im nicht rhizosphärischen Boden, die für die Balance zwischen Streumineralisierung und Humifizierung prägend ist. Aus dieser Balance resultiert letztendlich das Gleichgewicht zwischen der Akkumulation von mehr oder weniger stabilen organischen Kohlenstofffraktionen und deren Mineralisation mit entsprechendem Kohlendioxidausstoß aus den Böden. Die verschiedenen Ebenen (Mykorrhizen, Mikrobielle Biomasse, C-Akkumulation und C-Ausstoß) stehen im engen Zusammenhang mit der Diversität der Pflanzendecke, wobei die Mechanismen des Zusammenhangs und der Wechselwirkungen zwischen den Ebenen noch unklar sind.

Bei Fragen stehen folgende Mitarbeiter gerne zur Verfügung:
elke.schulz@ufz.de, marc.breulmann@ufz.de, stefan.hempel@ufz.de, francois.buscot@ufz.de