Die ökologische Rolle von Silizium in tropischen Wäldern: Folgen inter- und intraspezifischer Variation der Siliziumakkumulation für die Regeneration holziger Arten im Unterwuchs

• Antragstellerin: Professorin Dr. Bettina M.J. Engelbrecht
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 423584219

Silizium (Si) kann mehr als 10% der Trockenmasse von Pflanzen ausmachen. Es ist bekannt, dass Si Stress durch Trockenheit, Nährstoffarmut und Herbivore reduzieren kann. Diese Stressoren spielen eine wichtige Rolle für die Keimlingsregeneration, die Artenvielfalt und Ökosystemfunktionen in tropischen Wäldern. Gleichzeitig weist der Si-Gehalt der Blätter tropischer Baumarten eine ausgeprägte inter- und intraspezifische Variation auf, und die Si-Verfügbarkeit im Boden variiert räumlich extrem. Trotzdem wurde die ökologische Rolle von Si in tropischen Wäldern, die eine enorme Biodiversität beherbergen und global wichtige Ökosystemleistungen erbringen, bisher kaum untersucht. Die erste Projektphase konzentrierte sich auf die Untersuchung der Auswirkungen von Si unter kontrollierten Bedingungen und zeigte erstmals, dass stressmindernde Wirkungen von Si, die bisher vor allem bei landwirtschaftlichen Pflanzen und Gräsern dokumentiert wurden, auch bei Jungpflanzen tropischer Baumarten auftreten. Solche Effekte unterscheiden sich artspezifisch stark in ihrem Ausmass und auch in der Richtung. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass Si die Ranghierarchien von Arten zwischen Standorten mit unterschiedlicher Boden-Si-Verfügbarkeit verändern kann, und Si in der Tat eine wichtige, aber bisher übersehene Rolle in tropischen Wäldern spielen könnte. Allerdings beeinflussen im natürlichen Lebensraum viele abiotische und biotische Faktoren gleichzeitig das Wachstum und Überleben von Jungpflanzen und können Auswirkungen von Si maskieren. Die zweite Projektphase konzentriert sich daher auf die Untersuchung der Konsequenzen der Variation von Pflanzen- und Boden-Si für Wachstum und Überleben von Jungpflanzen und ihre Stressreaktionen im natürlichen Lebensraum, dem Unterwuchs tropischer Wäldern. Es wird untersucht, ob und wie die inter- und intraspezifische Variation des Blatt-Si-Gehalts und die räumliche Variation der Si-Verfügbarkeit im Boden die Vitalraten von Jungpflanzen, d. h. ihr Wachstum und Überleben im Unterwuchs beeinflussen - und wie sich diese Effekte über Umweltgradienten hinweg verändern. Die Studie wird beobachtende, experimentelle und Merkmals-basierte Ansätze integrieren. Wir werden interspezifische Variationen des Blatt-Si-Gehalts mit der langfristigen Regenerationsdynamik in Walduntersuchungsflächen entlang von Umweltgradienten am Isthmus von Panama sowie mit funktionellen Blattmerkmalen verknüpfen. Wir werden weiterhin in einem Transplantationsexperiment untersuchen, wie sich die Boden-Si-Verfügbarkeit auf die intraspezifische Variation der Vitalraten und der Stress-Reaktionen auswirkt. Die Studie wird neue und wichtige Erkenntnisse über die ökologische Rolle von Silizium in tropischen Wäldern liefern. Gleichzeitig wird adressiert, ob die Akkumulation von Si in Pflanzen zu einem inter- und intraspezifischen ökologischen Vorteil führt, eine zentrale offene Frage in der Si-Biologie.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartnerin: Dr. Liza S. Comita