Die ökologische Rolle von Silizium in semiariden Weideland: vom Gewächshaus bis ins Feld

• Antragsteller: Professor Dr. Jörg Schaller
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 455559377

Trockengebiete entsprechen rund ein Viertel der Landoberfläche, versorgen rund 50% des weltweiten Viehbestands mit Nahrung und bieten verschiedene Ökosystemdienstleistungen. Diese Ökosysteme sind durch Wassermangel, intensive Landwirtschaft und wiederkehrenden Massenvermehrungen von Heuschrecken geprägt. Unser Verständnis über die Reaktion der Pflanzengemeinschaften in diesen Regionen auf biotische und abiotische Faktoren und die entsprechenden zugrundeliegenden Mechanismen ist jedoch begrenzt. Dies betrifft besonders Trockengebiete, die durch einjährige Pflanzenarten dominiert werden. Pflanzenarten reagieren je nach ihren Eigenschaften unterschiedlich auf Umweltfaktoren. Eine solche Pflanzeneigenschaft ist die Akkumulation von Silizium (Si) in der Pflanzenbiomasse. Silizium beeinflusst verschiedene Pflanzeneigenschaften, die in Trockengebieten von entscheidender Bedeutung sind. Es verändert die Nährstoffstöchiometrie und reduziert den Einfluss von biotischem oder abiotischem Stress. Silizium beeinflusst die Pflanzenreaktion auf Trockenstress über drei Mechanismen. Edaphisch erhöht amorphes Si (ASi) die Wasserhaltekapazität von Böden und das für Pflanzen verfügbare Wasser. Physiologisch steuert Si die Stomataregulation und das Welkeverhalten und anatomisch bildet Si eine Schicht in der Epidermis, die den Wasserverlust der Pflanzen reduziert. Daher beeinflusst Si die Biomasse- bzw. Samenproduktion von Pflanzen unter Trockenstress. Hohe Si-Konzentrationen in der Pflanzenbiomasse reduzieren auch Herbivorie durch Säugetiere und Insekten.Mit dem geplanten Projekt möchten wir zu einem grundlegenden Verständnis der Effekte von Si auf einjährige Arten in Trockengebieten beitragen. Wir werden folgende Einflüsse untersuchen (a) die Variabilität von Si-Akkumulation in Pflanzenarten verschiedener funktioneller Gruppen (Kräuter, Leguminosen, Gräser) unter verschiedenen Umweltbedingungen, (b) der Einfluss von Si auf die Nährstoffstöchiometrie, (c) den Einfluss von Si auf die Reaktion der Pflanzen auf Trockenstress und (d) die Bedeutung des Pflanzen-Si-Gehalts auf Herbivorie durch ein Modellherbivoren. Die Zusammenhänge werden in Gewächshaus- und Feldexperimenten in 12 einjährigen Arten untersucht um die zugrundeliegenden Mechanismen zu identifizieren und deren Relevanz unter natürlichen Bedingungen einzuschätzen. Gemäß den Grundsätzen der eigenschaftsbasierten Ökologie werden wir die Si Konzentrationen in der Pflanzenbiomasse zu der Fitnessreaktion der Arten in Beziehung setzen um deren Erklärungskraft für die Artreaktion abzuschätzen. Das geplante Projekt wird damit die Wissenslücken über die Bedeutung von Si in Trockengebieten reduzieren. Die im Projekt gefundenen Zusammenhänge helfen zu beurteilen, ob Si Gehalte im Boden negative Einflüsse von Trockenheit und Herbivorie auf Pflanzen abmildern können. Das Projekt trägt somit zu einer verbesserten Prognose der Konsequenzen des globalen Wandels bei.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Israel
• ausländischer Mitantragsteller: Dr. Ofir Katz