Die ökologische Rolle von Silizium in tropischen Wäldern: Effekte auf Nährstoffstöchiometrie, Trockenresistenz und Herbivorie

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Bettina M.J. Engelbrecht; Professor Dr. Jörg Schaller
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 423584219

Silizium (Si) ist nach Sauerstoff das zweithäufigste Element in der Erdkruste. Es hat für Pflanzen eine Vielzahl von Funktionen, einschließlich der Linderung von biotischem und abiotischem Stress, Veränderung von Nährstoffverhältnissen und der Förderung von Wachstum. Da Pflanzen Si akkumulieren oder die Aufnahme verhindern können, weisen Pflanzenarten eine große Bandbreite an Si-Konzentrationen in ihren Blättern auf. Die Ökologie und Physiologie von Si wurde bisher am besten in Gräsern untersucht, zu denen viele Si-Akkumulatoren gehören. Allerdings wurde eine signifikante Si-Akkumulation in Blättern auch in einer Reihe von nicht-monokotylen Angiospermenfamilien dokumentiert, und selbst bei Nichtakkumulatoren kann die Variation von Blatt-Si erhebliche ökologische Auswirkungen haben.Tropische Wälder gehören zu den artenreichsten Systemen auf der Erde und stellen wichtige Ökosystemdienstleistungen. Da sie die höchsten Si-Aufnahmeraten aller Biome aufweisen, wurden sie als Modellsystem für die Untersuchung der ökologischen Rolle von Si vorgeschlagen. Gleichzeitig beeinflusst Si mehrere Schlüsselprozesse, die für die Pflanzenleistung, die Verbreitung von Arten und die Zusammensetzung der Artengemeinschaften in tropischen Wäldern wichtig sind, darunter den Nährstoff- und Wasserhaushalt, sowie Herbivorie. Eine kürzlich von uns durchgeführte Studie hat gezeigt, dass die Si-Konzentrationen innerhalb und zwischen tropischen Baumarten stark variieren, was weitreichende, bisher unerkannte ökologische Konsequenzen haben kann, die für Mechanismen der Erhaltung der Biodiversität und für das Management tropischer Wälder unter globalem Wandel relevant sind. Aufbauend auf der vorherigen Studie werden wir im nächsten Schritt untersuchen, inwieweit die potentiellen Effekte von Si auf Nährstoff- und Wasserhaushalt und Herbivorenabwehr in tropischen Wäldern tatsächlich auftreten. Mit diesem Ziel werden wir deskriptive mit experimentellen Ansätzen im Gewächshaus, im Labor und im Feld kombinieren. Wir werden (1) die zwischenartliche Variation der Blatt-Si-Konzentrationen innerhalb einer diversen lokalen Baumgemeinschaft in Panama umfassend dokumentieren und die Beziehungen zu Phylogenie und Ökologie analysieren. Wir werden (2) die Folgen von unterschiedlicher Boden-Si-Verfügbarkeit auf Blatt-Si-Gehalte und Nährstoff-Stöchiometrie in einem Si-Düngungsexperiment untersuchen. Basierend auf experimentellen Manipulationen von Blatt-Si-Konzentrationen werden wir (3) die Rolle von Si für die Trockenresistenz von Pflanzen in einem 'common garden' Experiment im Unterwuchs eines Waldes quantifizieren und (4) den Effekt von Si für Herbivorie im natürlichen Habitat, und in Fütterungsversuchen mit einem Modellherbivoren untersuchen. Die Studie wird die große Wissenslücke zur ökologischen Rolle dieses häufigen Elements in tropischen Wäldern schließen, und zum Verständnis dieser Wälder unter aktuellen und zukünftigen Bedingungen beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Panama
• Kooperationspartner: Professor Dr. Benjamin L. Turner, Ph.D.