Abstract Describing how and why species composition of ecological communities varies across spatial and temporal scales is a primary objective for ecological research. A key challenge is to distinguish changes in community composition resulting from external factors from the natural background variability. In this thesis I aimed to study: 1) the level of temporal variation in community composition of stream macroinvertebrates, 2) the role of different environmental factors to temporal variability, 3) the effect of temporal variability on bioassessment outcomes, and 4) comparability of different approaches to study community variability through time. A majority of the studied macroinvertebrate communities showed lower level of inter-annual variation, i.e. temporal turnover, than expected by chance. The observation of high community stability was further supported by the low level of inter-annual variation in taxonomic completeness (quotient of observed and expected number of species, O/E). Despite the low absolute variation in O/E, ecological status assessments varied annually. Thus the use of one year data may bias management decisions. Macroinvertebrate communities experienced similar dynamics across several spatial extents, from riffles within a stream to streams among regions, suggesting that large-scale extrinsic factors are the major driver of community dynamics. Especially climatically exceptional years may have a strong imprint on community variability. However, at the within-stream scale, coherence was lower than expected, indicating that community dynamics may be driven by different processes at different spatial extents. Stream macroinvertebrate community dynamics were strongly related to in-stream vegetation, temporal variability decreasing with increasing macrophyte cover. Importantly, the effect of in-stream vegetation on temporal turnover of macroinvertebrate communities was masked by the stochastic effect of habitat connectivity, suggesting that unless stochastic effects are controlled for, the role of deterministic processes may be obscured, thus affecting our ability to understand and predict community changes through time. In addition, different approaches to study temporal variability may disagree on estimates for the level of temporal turnover and factors explaining it – a fact that should be taken into account when planning and comparing studies. / Tiivistelmä Yksi ekologisen tutkimuksen keskeisistä tavoitteista on kuvata, miten ja miksi eliöyhteisöjen koostumus muuttuu paikasta ja ajankohdasta toiseen. On tärkeää pystyä erottamaan erilaisten ulkoisten tekijöiden aiheuttamat muutokset luonnollisesta taustavaihtelusta. Väitöskirjani tavoitteena oli selvittää 1) miten paljon virtavesien pohjaeläinyhteisöissä tapahtuu ajallista vaihtelua 2) mitkä ympäristötekijät vaikuttavat yhteisöjen ajalliseen vaihteluun 3) miten ajallinen vaihtelu vaikuttaa ympäristön tilan arviointiin ja 4) kuinka vertailukelpoisia ovat eri lähestymistavat ajallista vaihtelua tutkittaessa. Valtaosa tutkituista pohjaeläinyhteisöistä vaihteli vuosien välillä vähemmän kuin olisi sattumalta odotettavissa osoittaen varsin suurta ajallista pysyvyyttä. Käsitystä yhteisöjen pysyvyydestä tuki myös vähäinen vuosittainen vaihtelu ekologista tilaa kuvaavassa taksonomisessa eheydessä (=havaitun ja odotetun lajiston suhde O/E). Huolimatta näennäisen pienestä vaihtelusta O/E suhteessa paikkakohtaiset tilaluokka-arviot saattoivat vaihtua vuodesta toiseen. Yhden vuoden aineistoon perustuvat tilan arvioinnit voivat siis johtaa virheellisiin johtopäätöksiin. Pohjaeläinyhteisöjen ajallinen vaihtelu oli samankaltaista eri mittakaavoilla niin peräkkäisten koskipaikkojen kuin eri alueilla sijaitsevien purojen välillä. Suuren mittakaavan ympäristötekijät näyttävät siis säätelevän eliöyhteisöjen ajallista vaihtelua. Erityisesti ilmastotekijöiltään poikkeukselliset vuodet säätelevät eliöyhteisöjä, ja niiden vaikutus voi näkyä vielä useiden vuosien kuluttua. Vaihtelun samankaltaisuus peräkkäisten koskipaikkojen välillä oli kuitenkin odotettua pienempää. Yhteisöjä voivat siis säädellä osittain eri tekijät eri mittakaavoilla. Tutkittujen pohjaeläinyhteisöjen ajallisen vaihtelun voimakkuus liittyi erityisesti vesikasvillisuuden määrään: vaihtelu väheni kasvillisuuden lisääntyessä. Kasvillisuuden määrän vaikutus peittyi kuitenkin satunnaisten tekijöiden alle. Jos satunnaisia tekijöitä ei huomioida, deterministiset syy-seuraussuhteet voivat jäädä huomaamatta heikentäen mahdollisuuksiamme ymmärtää ja ennustaa eliöyhteisöjen vaihtelua. Lisäksi eri lähestymistavat ajallista vaihtelua tutkittaessa voivat johtaa erilaisiin arvioihin vaihtelun suuruudesta ja siihen vaikuttavista tekijöistä, mikä tulisi ottaa huomioon tutkimuksia suunnitellessa ja niiden tuloksia vertailtaessa.

Abstract Ecological research based on both species and their traits help us to understand the main mechanisms and environmental factors structuring biological communities. In general, variation in community composition is thought to be a consequence of both stochastic and deterministic factors. In stream ecology, the traditional view has been that the local habitat conditions pose a strong environmental filter that selects only species with the right functional traits into the local communities. However, recent studies on streams have also suggested that the responses of species to environmental gradients may be independent of those of other species due to stochastic factors, such as species dispersal, which then result in more continuous communities along environmental gradients. The aim of this thesis was to explore the relative importance of the deterministic and stochastic factors in the structuring of taxonomic and functional trait-based macroinvertebrate communities in streams in a high-latitude catchment by comparing the variation in these community facets along environmental and spatial gradients. Also, the relationship between environment and the functionally-defined communities was explored closely. The results indicated how the taxonomic composition of the communities may be more closely related to the stochastic and dispersal-related factors, whereas the functional composition of the communities may be more closely related to the deterministic environmental filtering processes. However, the overall structure of the communities seems to be strongly controlled by the variation in environment, although the heterogeneous and harsh conditions of the streams may preclude the formation of predictable community types. Nonetheless, some noticeable responses of different traits to different environmental factors were found, suggesting that definable functional trait-environment relationships may be discovered if key traits of the species can be identified. Overall, these findings underline the benefits of describing both taxonomic and functional-based communities when exploring the mechanisms behind the structuring of macroinvertebrate communities. The results also have applications for conservation practices. Conservation efforts should focus on varying environmental conditions in order to cover all aspects of macroinvertebrate community variation. / Tiivistelmä Lajeihin ja lajien toiminnallisiin lajiominaisuuksiin pohjautuva ekologinen tutkimus tuo uutta tietoa biologisten yhteisöjen taustalla vaikuttavista tekijöistä. Yleisesti yhteisöjen rakentumiseen vaikuttavat niin deterministiset kuin stokastiset ympäristössä vaikuttavat tekijät. Virtavesiyhteisöjen on perinteisesti ajateltu rakentuneen niin sanottujen ympäristösuodattimien mukaisesti, jolloin ympäristön vaihtelu suodattaa tietynlaisiin ympäristöihin vain lajit, joilla on tarvittavat ominaisuudet paikalla selviytyäkseen. Useat viimeaikaiset tutkimukset ovat kuitenkin osoittaneet virtavesiyhteisöissä elävien lajien esiintymisen vaihtelevan ympäristössä myös itsenäisesti erilaisista stokastisista, kuten lajien dispersaaliin vaikuttavista, tekijöistä johtuen. Tässä väitöstutkimuksessa tutkin näiden determinististen ja stokastisten ympäristötekijöiden suhteellisia vaikutuksia taksonomisesti ja toiminnallisesti luokiteltujen pohjaeläinyhteisöjen rakentumiseen pohjoisissa virtavesissä. Myös yksittäisten lajiominaisuuksien ja toiminnallisten yhteisöjen suhde pohjoisten virtavesien ympäristöolosuhteisiin oli tarkastelun alla. Tutkimuksen tulokset antoivat viitteitä siitä, että ympäristössä toimivat stokastiset ja lajien dispersaaliin liittyvät tekijät vaikuttaisivat voimakkaammin taksonomisesti luokiteltujen yhteisöjen vaihteluun, kun taas toiminnallisesti luokitellut yhteisöt vaikuttaisivat rakentuneen enemmän determinististen ympäristöprosessien mukaisesti. Kokonaisuudessaan yhteisöt vaikuttaisivat kuitenkin rakentuneen voimakkaasti vaihtelevien ympäristöolosuhteiden ohjaamana, ja tämä vaihtelu voi estää selkeästi ennustettavien yhteisörakenteiden synnyn. Muutamia selkeitä lajiominaisuusvasteita kuitenkin löytyi, mikä antaa viitteitä ennustettavissa olevien toiminnallisten yhteisöjen olemassaolosta, mikäli yhteisöjen menestymisen kannalta merkittävimmät lajiominaisuudet vain osataan määrittää. Nämä tulokset osoittavat, miten sekä taksonomisesti että toiminnallisesti luokiteltujen yhteisöjen käyttäminen rinnakkain yhteisöekologisissa tutkimuksissa voi auttaa selventämään yhteisöjen synnyn taustalla vaikuttavia tekijöitä. Tuloksilla on merkitystä myös virtavesiyhteisöjen suojelun kannalta. Suojelutoimenpiteet tulisi kohdistaa kattamaan ympäristöolosuhteita laajasti, jotta ympäristöolosuhteiden mukaan vaihtelevat yhteisöt tulisivat parhaalla mahdollisella tavalla katetuiksi.

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The life of bryophytes is closely connected with their surrounding environment. Changes in atmospheric conditions on the microscale directly affect the physiological functions of bryophytes, which in turn determine their distribution. The current development of technologies allows us to measure the microclimate affecting bryophytes directly in the field. Nevertheless, there have not been many studies published examining the response of bryophytes to in situ measured microclimate. This diploma thesis is one of the first in Europe to provide data from continuous field microclimatic measurement performed on a scale relevant to bryophytes. It deals with the influence of the microclimate on the bryophyte species richness and community composition within a single gorge in the Bohemian Switzerland National Park. For 17 months, 38 HOBO Pro v2 Onset dataloggers were recording air temperature and air humidity 10 cm above the ground. I performed detailed bryological survey on two differently sized plots (circle with a radius of 1 or 2 m) around each of the dataloggers. The microclimate is influenced by the topography and character of the vegetation, therefore I derived topographical data from a digital terrain model (resolution of 1 m), calculated the canopy openness using hemispherical photographs and...

<p>  </p> <p>Plant roots form an intimate relationship with a diversity of soil microorganisms. Some soil-borne microbes cause harmful diseases on crops, but others promote plant growth and enhance host resilience against stressors. Beneficial bacteria have a high potential as a strategy for sustainable agricultural management, many of which have been recognized and commercialized for improving crop growth. Unfortunately, field inoculants of beneficial bacteria often give inconsistent results due to various environmental factors hindering their beneficial properties. Improving crop production utilizing beneficial bacteria requires two approaches: 1) breeding for crops with the enhanced association for beneficial bacteria and 2) improving formulation methods for producing more potent microbial products. To contribute to these goals, we address three critical questions utilizing the tomato root microbiome as a model system. First, we asked how beneficial root-associated bacteria could be efficiently identified. We developed a strategy to select beneficial bacteria from a novel collection of 183 bacterial endophytes isolated from roots of two field-grown tomato species. The results suggest that isolates with similar traits impact plant growth at the same levels, regardless of their taxonomic classification or host origin. Next, we asked whether host genetics contribute to the root microbiome assembly and response to beneficial microbes. An assessment of the root microbiome profile and plant binary interaction experiments suggested the role of host genetics in influencing root recruitment and response to beneficial bacteria. Subsequently, we asked whether root-associated bacteria induce physiological changes in root tissues in the host. We identified two isolates from our bacterial endophyte collection that significantly promoted the growth of tomato genotype H7996 (<em>Solanum lycopersicum</em>). Plant-binary interaction experiments suggested a significant increase of cell wall lignification in the root vasculature starting 96-hour post-inoculation with beneficial bacteria. Additional studies are needed to uncover a possible correlation between the induced vasculature lignification and the growth-promoting effects of the two isolates on H7996. Altogether, our findings highlight the multi-faceted role of root-associated bacteria in promoting plant growth and support the development of crop improvement strategies in optimizing host association with soil bacteria.</p>

Die Kulturlandschaft und ihre Bewirtschaftung haben sich seit dem Beginn der großräumigen Intensivierungsprozesse (z.B. Meliorationen, synthetischer Düngung und Herbizidgebrauch) in den 1950/60er Jahren in Mitteleuropa dramatisch geändert. Viele der ehemaligen artenreichen Grünlandflächen wurden in den letzten Jahrzehnten beseitigt (z.B. durch Umbruch zu Acker). Dies führte zu einem allgemeinen Grünlandrückgang in Deutschland. Heute werden die meisten Ackerflächen und die restlichen Grünlandflächen sehr intensiv bewirtschaftet. Die gegenläufige Entwicklung, die Umwandlung von Äckern zu Grünland, ist eher eine regionale Erscheinung, z.B. im Hügeland oder im Zuge von Kompensationsmaßnahmen. Die Artenzusammensetzung dieser Grünländer unterscheidet sich jedoch häufig von solchen mit längerer Habitatkontinuität. Um die Effekte von solch weiträumigen Meliorationsmaßnahmen auf die Phytodiversität, die Landschaftsstruktur und die hiermit einhergehende Grünlandfragmentierung sowie deren Auswirkungen auf die Pflanzenarten des Grünlandes zu erfassen, ist es nötig, historische Daten aus den 1950er Jahren, bevor die gravierenden, ackerbaulichen Intensivierungen begannen, auszuwerten. Feucht- sowie artenreiche Frischgrünländer waren in den 1950/60er Jahren ein typischer und weit verbreiteter Habitattyp, gelten jedoch aktuell als sehr bedroht in Mitteleuropa. Wiederholungsstudien mit mehreren Untersuchungsflächen und einem Untersuchungs-zeitraum von 50-60 Jahren, der vor den weiträumigen Intensivierungen beginnt, fehlen bislang und klar verortete historische Vegetationsdaten sind selten. Obwohl der Graslandanteil in einigen Hügelregionen in Deutschland zugenommen hat ist die ökologische Qualität vieler dieser Flächen gering. Zusätzlich sind artenreiche Kalkmagerrasen als ein Relikt früherer Bewirtschaftsformen und typischer Bestandteil des Hügellandes durch Nutzungsaufgabe (Sukzession) und Nährstoffeintrag gefährdet. Das Ziel dieser Doktorarbeit war es, den Landschaftswandel und die Veränderungen im Grünland in sechs Flussauengebieten (sowie einem durch Naturschutzstatus geschützten Gebiet) und einem typischen Gebiet des Hügellandes in Norddeutschland zu untersuchen. Hierzu wurden sowohl der Grünlandanteil, die Habitatkontinuität, der aktuelle Habitattyp, der Fragmentierungsgrad als auch die Auswirkungen auf die Artenzahlen, Artenzusammensetzung und die funktionelle Diversität untersucht. Die Studien in den Flussauen basieren auf fein aufgelösten historischen Vegetationskarten und dazugehörigen Vegetationsaufnahmen aus demselben Zeitraum. In 2008 wurden diese sechs Gebiete (+1 geschütztes Gebiet) mittels einer Biotoptypenkartierung erneut erfasst. Innerhalb dieser kanpp 2800 ha (2500 + 293 ha) früherer Grünländer wurden randomisierte Punkte gelegt und zusätzlich Vegetationaufnahmen in allen aktuellen Grünländern (inklusive Sukzessionsstadien) angefertigt. Die Fallstudie (2500 ha) aus dem niedersächsischen Hügelland basiert auf aktuellen Vegetationsaufnahmen, die ebenfalls mittels randomisierter Punkte in den bestehenden Grünländern (394 ha) angefertig wurden. Zusatzdaten über z.B. die aktuelle Bewirtschaftung oder die Habitatkontinuität (Auswertung historischer Karten) wurden ebenfalls erfasst. Die erste Studie zeigte, dass die ehemaligen artenreichen Feucht- und Frischgrünländer in den ungeschützten Gebieten drastisch, um über 80% der ursprünglichen Fläche, zurückgegangen sind. Sie wurden größtenteils durch Äcker, Intensivgrünländer aber auch Brachestadien ersetzt. Bedingt durch diesen starken Flächenrückgang hat die Fragmentierung der Restflächen stark zugenommen. Die durch ein Naturschutzgebiet geschützte Untersuchungsfläche an der Havel zeigte im Vergleich relative geringe Veränderungen. Daraus lässt sich deuten, dass lokale Effekte wie Düngung oder Drainage und nicht überregionale Effekte wie Klimaerwärmung oder der Eintrag von Stickstoff durch Luft die Hauptursache für den dokumentierten Wandel sind. Die zweite Studie in den Grünländern der Auen zeigte, dass sich die Artenzusammensetzung in den letzten fünf bis sechs Jahrzehnten in allen Gebieten stark verändert hat, die Artenzahlen der Vegetationsaufnahmen um 30-50% und auch die funktionelle Diversität in ähnlichem Maße zurückgegangen sind. Die Ellenberg-Zeigerwerte (EIV) für Nährstoffverfügbarkeit sind im Vergleich zu den 1950/60er Jahren stark gestiegen und die Unterschiede zwischen den ungeschützen und dem geschützten Gebiet unterstützen ebenfalls die Annahme, dass Veränderungen größtenteils durch lokale Faktoren und nicht durch überregionale Effekte verursacht wurden. Der Trend in den ungeschützten Gebieten geht zu artenamen Grünlandgesellschaften, die von wenigen konkurrenzstarken und mahdtoleranten Arten dominiert werden. Frühblühende und auf Insektenbestäubung angewiesene Pflanzen sind stark zurückgegangen, mit entsprechenden Auswirkungen auf die Tierwelt. Die dritte Studie verknüpft den dramatischen Grünlandrückgang und die zunehmende Fragmentierung mit der Artenverarmung seit den 1950/60er Jahren. Hierfür wurden mittels definierter Kriterien eine Liste von 78 für das Feucht- und Frischgrünland charakteristischen Grünlandarten definiert, die die Grundlage für die weiteren Analysen bildeten. Die Artenzahlen auf Ebene der Vegetationsaufnahmen nahmen um 30-66% ab. Die getesteten Landschaftsstrukturmaße hatten keinen nachweisbaren Einfluss auf die Artenzahlen auf Landschaftsebene. Die Distanz zum nächstgelegenen und geeigneten Habitat für die charakteristischen Arten hatte einen geringen negativen Effekt auf die Artenzahl der Vegetationsaufnahmen. Die Ellenberg-Zeigerwerte (N, F) und die Diversitätsmaßzahlen an charakteristischen Arten weisen ebenfalls auf den Effekt der lokalen Bewirtschaftung und nicht auf Fragmentierung als treibende Kraft beim Rückgang und dem Wandel der Artengarnitur hin. Im Gegensatz zu den Untersuchungsgebieten in den Flussauen hat sich der Grünlandanteil in der Fallstudie im niedersächsischen Hügelland seit den 1950er Jahren verdoppelt. Es wurden sechs verschiedene Grünlandtypen mit einer Spanne von unter 15 bis zu deutlich mehr als 27 Arten pro Aufnahme erfasst. Die besonders artenreichen Bestände sind aber mit ca. 6% der Fläche sehr selten. Die Anzahl an insektenbestäubten Pflanzen als auch die absoluten Artenzahlen gehen mit steigender Nutzungsintensität (indiziert durch die Ellenberg-Zeigerwerte Nährstoffe (N) und Mahdtoleranz (M)) wie in den Untersuchungsgebieten in den Flussauen zurück. Artenreiche Grünländer kommen nur auf mit Schafen beweideten Flächen mit einer Habitatkontinuität von mindestens 100 Jahren vor. Grünländer mit mittleren Artenzahlen sind größtenteils auf früheren Äckern mit einer Habitatkontinuität von weniger als 30 Jahren zu finden. Die dargestellte Untersuchung hat dramatische Verluste in den Grünlandflächen der Flussauen aufgezeigt. Die Restflächen sind fragmentiert und die Artenzahlen sowie die funtionelle Diversität stark zurückgegangen. Die Fallstudie im niedersächsischen Hügelland zeigt, dass selbst in Landschaften mit hohem Grasslandanteil die ökologische Qualität von den meisten Grünländern nur noch gering ist.

Crop rotation may be used to prevent the continuous selection of particular weed species adapted to one crop type. This might be useful for weed management, economy in herbicide applications and promoting biodiversity. Common simple crop sequences might be diversified by introducing perennial forage crops. Impacts of such perennial crops on weeds were studied with four approaches : 1) Large-scale weed surveys in 632 fields in western France showed that weed species composition differed most strongly between perennial alfalfa crops and annual crops. Comparisons of fields before, during and after perennial alfalfa suggested that community composition varies in a cyclic way during such crop rotations. Several weed species problematic in annual crops were suppressed during and after perennial crops, but the appearance of other species led to equal or even higher plant diversities. 2) A 3-year field experiment with contrasting crop management options allowed an investigation of the underlying mechanisms for this: The absence of soil tillage reduced weed emergence but increased the survival of established plants. The permanent vegetation cover and frequent hay cuttings reduced weed growth, plant survival and seed production. 3) Greenhouse experiments testing the regrowth ability of individual plants after cutting showed strong differences between species and functional groups. An two-factorial experiment suggested that the negative impacts of cutting and competition on weed growth were mainly additive. 4) Special measurements of weed seed predation in the field experiment showed positive correlations with vegetation cover, indicating that this ecosystem service may be particularly fostered by perennial crops. Consistent preferences of seed predators for certain weed species indicates that seed predation may be another cause of the observed weed community shifts.

La rotation de cultures peut être utilisée pour empêcher la sélection continue d’espèces adventices adaptées à un type de culture. Elle pourrait favoriser la gestion des adventices, l’économie d’herbicides et la biodiversité. Les successions de cultures simples d’aujourd’hui pourraient être diversifiées par des cultures fourragères pérennes. Les impacts des ces cultures sur les adventices ont été étudié utilisant quatre approches : 1) Des relevés d’adventices sur 632 champs dans l’ouest de la France ont montré que la composition spécifique varie le plus entre des cultures fourragères pérennes et des cultures annuelles. Une comparaison des champs avant, pendant, et après des cultures fourragères pérennes a suggéré que la composition des communautés varie d’une manière cyclique pendant ces rotations. Plusieurs espèces problématiques dans des cultures annuelles ont été supprimées pendant et après les cultures pérennes, mais l’apparition d’autres espèces a produit une diversité de plantes comparable, voire supérieure. 2) Une expérimentation au champ de trois ans avec des modes de gestion contrastés a permis d’étudier les mécanismes sous-jacents: L’absence de travail du sol a réduit la levée des adventices, mais a augmenté la survie des plantes adultes. Le couvert végétal permanent et les fauches fréquentes ont réduit la croissance, la survie des plantes et la production de graines. 3) Des expérimentations sous serre analysant la croissance poste fauche de plantes individuelles ont montré des différences importantes entre espèces et groupes fonctionnels. Une expérimentation à deux facteurs a suggéré que les impacts négatifs de la fauche et de la compétition sur la croissance des adventices ont été additifs. 4) Des mesures spéciales de prédation de graines d’adventices sur l’expérimentation au champ ont montré des corrélations positives avec le couvert végétal et la prédation, indiquant une importance particulière de ce service écosystémique dans des cultures pérennes. La préférence des graines de certaines espèces montre que la prédation de graines peut être une autre cause des changements de communautés d’adventices. / Crop rotation may be used to prevent the continuous selection of particular weed species adapted to one crop type. This might be useful for weed management, economy in herbicide applications and promoting biodiversity. Common simple crop sequences might be diversified by introducing perennial forage crops. Impacts of such perennial crops on weeds were studied with four approaches : 1) Large-scale weed surveys in 632 fields in western France showed that weed species composition differed most strongly between perennial alfalfa crops and annual crops. Comparisons of fields before, during and after perennial alfalfa suggested that community composition varies in a cyclic way during such crop rotations. Several weed species problematic in annual crops were suppressed during and after perennial crops, but the appearance of other species led to equal or even higher plant diversities. 2) A 3-year field experiment with contrasting crop management options allowed an investigation of the underlying mechanisms for this: The absence of soil tillage reduced weed emergence but increased the survival of established plants. The permanent vegetation cover and frequent hay cuttings reduced weed growth, plant survival and seed production. 3) Greenhouse experiments testing the regrowth ability of individual plants after cutting showed strong differences between species and functional groups. An two-factorial experiment suggested that the negative impacts of cutting and competition on weed growth were mainly additive. 4) Special measurements of weed seed predation in the field experiment showed positive correlations with vegetation cover, indicating that this ecosystem service may be particularly fostered by perennial crops. Consistent preferences of seed predators for certain weed species indicates that seed predation may be another cause of the observed weed community shifts. / Fruchtfolgen können dazu dienen, die kontinuierliche Selektion von Unkrautarten zu verhindern, die an eine bestimmte Kultur angepasst sind. Dies könnte dem Unkrautmanagement, der Einsparung von Herbiziden, und der Biodiversität dienen. Heutige, sehr einfache Furchtfolgen könnten durch mehrjährige Futterkulturen diversifiziert werden. Die Einflüsse solcher mehrjähriger Kulturen auf Unkräuter wurden in vier Ansätzen untersucht : 1) Vegetationsaufnahmen auf 632 Feldern in Westfrankreich zeigten, dass die Unkrautzusammensetzung zwischen mehrjährigen Futterkulturen und einjährigen Kulturen stark variiert. Der Vergleich von Feldern vor, während und nach mehrjährigen Futterkulturen legte nahe, dass die Pflanzengemeinschaft während solcher Fruchtfolgen zyklisch variiert. Mehrere problematische Unkrautarten wurden während und nach den mehrjährigen Kulturen zurückgedrängt. Das Auftauchen anderer Arten führte jedoch zu einer gleichbleibenden oder leicht erhöhten Pflanzenvielfalt. 2) Ein dreijähriger Feldversuch mit verschiedenen Bearbeitungsoptionen ermöglichte es, die zugrunde liegenden Mechanismen zu untersuchen: Die fehlende Bodenbearbeitung hat das Auflaufen der Unkräuter reduziert und das Überleben der adulten Pflanzen erhöht. Die permanente Vegetationsbedeckung und die häufigen Heuschnitte haben das Wachstum, das Überleben und die Samenproduktion vermindert. 3) Gewächshausexperimente zum Nachwachsen von Unkrautpflanzen nach Heuschnitten zeigten große Unterschiede zwischen verschiedenen Arten und funktionellen Gruppen. Ein Experiment mit zwei Faktoren lässt vermuten, dass die negativen Effekte der Schnitte und der Konkurrenz auf das Unkrautwachstum sich addieren. 4) Spezielle Messungen der Prädation von Unkrautsamen auf den untersuchten Feldern zeigten positive Korrelationen mit der Vegetationsbedeckung, was auf eine besondere Wichtigkeit dieser Ökosystemdienstleistung in ausdauernden Kulturen hindeutet. Die Präferenz von bestimmten Samenarten deutet darauf hin, dass Samenprädation ein weiterer Grund für die beobachteten Änderungen der Unkrautgemeinschaften sein kann.

We investigated the effects of substrate (cellulose or starch) and different clay contents on the production of microbial extracellular polymeric substances (EPS) and concomitant development of stable soil aggregates. Soils were incubated with different amounts of montmorillonite (+ 0.1%, + 1%, + 10%) both with and without two substrates of contrasting quality (starch and cellulose). Microbial respiration (CO2), biomass carbon (C), EPS-protein, and EPS-polysaccharide were determined over the experimental period. The diversity and compositional shifts of microbial communities (bacteria/archaea) were analysed by sequencing 16S rRNA gene fragments amplified from soil DNA. Soil aggregate size distribution was determined and geometric mean diameter calculated for aggregate formation. Aggregate stabilities were compared among 1–2-mm size fraction. Starch amendment supported a faster increase than cellulose in both respiration and microbial biomass. Microbial community structure and composition differed depending on the C substrate added. However, clay addition had a more pronounced effect on alpha diversity compared to the addition of starch or cellulose. Substrate addition resulted in an increased EPS concentration only if combined with clay addition. At high clay addition, starch resulted in higher EPS concentrations than cellulose. Where additional substrate was not provided, EPS-protein was only weakly correlated with aggregate formation and stability. The relationship became stronger with addition of substrate. Labile organic C thus clearly plays a role in aggregate formation, but increasing clay content was found to enhance aggregate stability and additionally resulted in the development of distinct microbial communities and increased EPS production.