Die Nachfrage nach Agrarprodukten ist im Laufe der letzten Jahrhunderte durch die wachsende Weltbevölkerung in Kombination mit einem zunehmenden Pro-Kopf- Bedarf stark gestiegen. Weltweit steigt der Druck auf Ökosysteme durch Ausweitung und Nutzungsintensivierung landwirtschaftlich genutzter Flächen Auf intensiv genutzten Grasflächen führt der hohe Einsatz von Düngemitteln und häufiger Mahd zu einem Verlust der Pflanzendiversität. Dies bedingt eine geringere Stabilität des Ökosystems gegenüber Wetterextremen wie Trockenheit oder massiven Regenfällen, was wiederum eine Gefahr für die biologische Vielfalt auf höheren trophischen Ebenen (u.a. invertebrate Herbivore) und wichtige Ökosystem-Prozesse darstellt. In dieser Arbeit werden die direkten und indirekten Auswirkungen verschiedenen Bewirtschaftungsintensitäten in Kombination mit manipulierter Vegetationszusammensetzung innerhalb eines Grasland Management Experimentes (GrassMan) in der Nähe der Norddeutschen Städte Neuhaus und Silberborn im Solling untersucht. Zwei Mahdfrequenzen (1x; 3x), zwei Düngungsintensitäten (keine Düngung; NPK Düngung) und drei unterschiedlich manipulierte Grasnarben (Gräser reduziert, Kräuter reduziert & nicht manipuliert) ergaben zwölf verschiedene Behandlungskombinationen, welche jeweils sechs Mal repliziert wurden. Auf den daraus resultierenden 72 Parzellen (jeweils 15 m mal 15 m) wurden die Auswirkungen von Pflanzendiversität, Mahdhäufigkeit und Düngung auf die Produktivität, den Stickstoffhaushalt, trophische Interaktionen und deren Wechselwirkungen im Grasland untersucht. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt darauf, die Auswirkungen landwirtschaftlicher Intensivierung, reduzierter Artenvielfalt sowie Verschiebungen in der Zusammensetzung der Grasnarbe auf Pflanze-Insekt- Interaktionen zu untersuchen. Im zweiten Kapitel wird gezeigt, dass über den Versuchszeitraum die Pflanzenbiodiversität keinen signifikanten Einfluss auf die oberirdische Biomasse- Produktion hatte. Die Grasnarbenzusammensetzung hatte lediglich große Auswirkungen auf die oberirdische Biomasse-Produktion, wenn in einem Jahr noch vor dem Erreichen der maximalen oberirdischen Biomasse extrem trockene Witterung auftrat. In solchen Jahren produzierten Parzellen mit natürlicher Artenzusammensetzung größere Erträge als manipulierte Flächen. Während eine höhere Bewirtschaftungsintensität zu einem Anstieg der oberirdischen Biomasse führte, war keine signifikante Veränderung der Pflanzenartenzahl über den Untersuchungszeitraum zu verzeichnen. Höhere Mahdfrequenz führte dagegen zu einer erhöhten Pflanzenartenanzahl im Vergleich zu der am Beginn der Experimente. Die bestehende Artenzusammensetzung in dem naturnahen Grünland (ohne Manipulation), war sehr robust und vier Jahre nach dem Manipulieren zeigten die verschiedenen Grasnarben fast keine Unterschiede mehr in der Zusammensetzung von Gräsern, Kräutern und Leguminosen. Ein größerer Anteil von Gräsern war typisch für gedüngte Parzellen und größere Anteile von Kräutern waren eine typische Folge von häufigerem Mähen. Durch Düngung wurde der Anteil von Leguminosen reduziert, allerdings wurden auch zum Ende des Experimentes noch in fast allen Parzellen Leguminosen gefunden. In Kapitel drei werden die starken Auswirkungen der landwirtschaftlichen Intensivierung sowie Pflanzendiversität und Artenzusammensetzung auf die Abundanz von Nacktschnecken gezeigt. Die Schneckenabundanz war höher auf den Parzellen mit einer niedrigen Mahdhäufigkeit und hoher Verfügbarkeit von bevorzugten Nahrungsressourcen. Die Abnahme der Schneckenabundanz durch eine höhere Mahdfrequenz war in den Parzellen mit natürlicher Vegetation am geringsten. Dies könnte ein Beleg dafür sein, dass sich Störungen auf Invertebrate (z. B. durch Mahd oder Beweidung) in natürlicherer Vegetation weniger stark auswirken. In Kapitel vier werden die Einflüsse von Pflanzenbiodiversität, Zusammensetzung der funktionellen Gruppen und der Nutzungsintensität auf Zikaden untersucht. Eine häufigere Mahd bedingte eine niedrigere Artenzahl an Zikaden. Düngung hatte nur indirekt - aufgrund von gegenläufigen Effekten auf die oberirdische Biomasse, Diversität und Zusammensetzung der Vegetation - einen marginal negativen Effekt auf die Zikadendiversität. Zikadendiversität profitierte von einer von Gras dominierten Vegetation, sowie von einer höheren Pflanzendiversität, welche ihrerseits durch Manipulation der Grasnarbe und das Grasland-Management beeinflusst wurde. In Kapitel fünf wird gezeigt, dass erhöhter Herbivoriedruck mit den anderen experimentellen Behandlungen (Mahdhäufigkeit, Düngung und Manipulation der funktionellen Gruppen) interagiert und mehrere Vegetationsparameter und einige Komponenten des Stickstoffkreislaufs beeinflusst. Es stellte sich heraus, dass sowohl Grasland-Management als auch invertebrate Herbivoren die Produktivität und den Stickstoffhaushalt beeinflussen und einen stärkeren Einfluss haben als die Vegetationszusammensetzung. Insgesamt wird mit dieser Versuchsreihe deutlich gemacht, dass Grasland- Management, Manipulation der Vegetationszusammensetzung und experimentell erhöhte Herbivorie einen direkten und indirekten Einfluss auf Produktivität, Zusammensetzung und Biodiversität der Vegetation sowie den Stickstoffhaushalt haben. Die Interaktionen zwischen Vegetation, Herbivoren und dem Stickstoffkreislauf werden mit zunehmender Anzahl wechselwirkender Faktoren zunehmend komplexer. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine Erhöhung der Produktivität ohne Pflanzenartenverlust durch eine ausgereifte Management- Strategie ermöglicht wird. Schlussfolgerung Zusammenfassend wird in dieser Arbeit gezeigt, dass die Manipulation zu Gunsten krautiger Pflanzen einen positiven Effekt auf die gesamte Pflanzendiversität sowie auf die Abundanz von Schnecken hat. Außerdem kann nicht nur eine höhere Pflanzendiversität, sondern auch natürlichere Pflanzengesellschaften zu höheren Populationen von Invertebraten führen. Zikadendiversität profitiert von verschiedenen Faktoren – zum Einen indirekt von einer höheren Pflanzendiversität auf nährstoffarmen, krautdominierten Flächen, da diese eine größere Vielfalt and Nahrungsressourcen für spezialisierte Arten bieten. Ebenso war die Zikadendiversität positiv von einem höheren Grasanteil an der Vegetation auf gedüngten Flächen mit niedrigerer Pflanzenbiodiversität beeinflusst, da Gräser die bevorzugte Nahrungsquelle für viele der gefundenen Zikadenarten mit einem eher generalistischen Nahrungsspektrum waren. Grasland-Management und Herbivorie haben insgesamt einen wesentlich stärkeren Einfluss auf den Stickstoffhaushalt als die Manipulation der Vegetationszusammensetzung, wobei Düngung der stärkste Faktor ist. Herbivore können den Stickstoffkreislauf durch einen höheren Eintrag von totem Pflanzenmaterial, Wurzelexsudaten und durch Ausscheidungen beschleunigen. Dieser Eintrag von Nährstoffen hat folglich positiven Einfluss auf den Bodenstickstoffgehalt (NH4 , NO3 ) und auf Stickstoffflussraten (Mineralisierung, Nitrifikation, N2O). Neben dem starken Einfluss von Düngung auf den Stickstoffkreislauf können die Emissionen von N2O, einem wichtigen Treibhausgas, auch innerhalb eines kurzen Zeitraums durch starke Herbivorie zunehmen. Somit könnte ein steigender Nährstoffeintrag durch Düngung in Kombination mit erhöhter Herbivorie zu einer Erhöhung von N 2 O-Emissionen im Grasland führen. Dieser additive Effekt könnte dann zur globalen Erwärmung beitragen.

Orientador: Gustavo Quevedo Romero / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-18T12:38:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Goncalves_AnaZangirolame_M.pdf: 2619238 bytes, checksum: 7829d9724c33ae79b0974c3db972f845 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Inúmeros organismos vivem associados a plantas da família Bromeliaceae e rejeitos derivados desses organismos (e.g., fezes e detritos vegetais) podem contribuir para a nutrição das bromélias. A aranha Psecas chapoda (Salticidae) habita Bromelia balansae, Ananas comosus e Aechmea distichantha (Bromelioideae) em uma grande extensão geográfica. Dependendo da estrutura da roseta e dos tricomas absorventes, estas bromélias podem absorver mais ou menos nitrogênio derivado da aranha. A obtenção de nitrogênio pode variar de acordo com o período do ano (e.g., seco vs. chuvoso) e também devido à presença de microorganismos associados às folhas das bromélias. No presente estudo utilizamos métodos isotópicos e fisiológicos para responder as seguintes questões: (1) a aranha contribui para a nutrição e crescimento de B. balansae, An. comosus e Ae. distichantha? (2) quais respostas fisiológicas (i.e., concentrações de clorofilas, carotenóides e proteínas solúveis) as plantas apresentam por ganharem nitrogênio derivado da aranha? (3) existe variação sazonal na absorção de nitrogênio proveniente das aranhas? (4) as bactérias associadas à filosfera de B. balansae facilitam a absorção de nutrientes por estas plantas? Nossos resultados mostraram que P. chapoda favorece nutricionalmente suas três bromélias hospedeiras. Entretanto, nossos resultados indicam que o mutualismo entre aranhas e bromélias é sazonalmente restrito gerando resultados condicionais. A variação interespecífica na obtenção de nitrogênio ocorreu provavelmente devido às diferentes performances e rotas fotossintéticas de cada espécie. Enquanto B. balansae parece utilizar nitrogênio para crescimento, Ae. distichantha aparentemente acumula nitrogênio para condições de estresse nutricional. Adicionalmente, mostramos que plantas com densidade natural de bactérias acumularam 57% mais proteínas solúveis e cresceram 13% mais do que as bromélias que tiveram a abundância de bactérias reduzidas com antibióticos. Estes resultados sugerem pela primeira vez que bactérias aceleram a ciclagem de nutrientes na filosfera e podem favorecer nutricionalmente estas plantas / Abstract: Many organisms live associated with Bromeliaceae plants and materials derived from these organisms (e.g., faeces and plant debris) may contribute to bromeliad nutrition. The spider Psecas chapoda (Salticidae) lives in Bromelia balansae, Ananas comosus and Aechmea distichantha (Bromelioideae) in a large geographic extent. Depending on the structure of the rosette and trichomes, these bromeliads may absorb more or less nitrogen derived from spiders. The acquisition of nitrogen may vary according to the seasons (e.g., dry vs. wet) and also due to the presence of microorganisms associated with bromeliad leaves. In this study we used physiological and isotopic methods to answer the following questions: (1) Do spiders contribute to the nutrition and growth of B. balansae, An. comosus and Ae. distichantha? (2) Which physiological responses (i.e., chlorophylls, carotenoids and soluble protein concentrations) the plants have by receiving nitrogen from spiders? (3) Is there seasonal variation in the absorption of nitrogen from spiders? (4) Do bacteria associated with B. balansae phyllosphere facilitate nutrient absorption by these plants? Our results showed that P. chapoda nutritionally improve their three host plants. However, our results indicate that this mutualism is seasonally restricted generating conditional outcomes. The interespecific variation in nitrogen acquisition occurred probably due to different performances and photosynthetic routes of each plant species. While B. balansae appear to use nitrogen for growth, Ae. distichantha apparently accumulate nitrogen for nutritional stress conditions. Additionally, we showed that plants with natural density of bacteria accumulated 57% more soluble proteins and grew 13% more than bromeliads that had their abundance of bacteria reduced with antibiotics. These results suggest for the first time that bacteria accelerate nutrient cycling in the phyllosphere and may nutritionally favor these plants / Mestrado / Ecologia / Mestre em Ecologia