Wälder sind dynamische Ökosysteme, in denen die Verfügbarkeit von Licht bestimmt, was und wie Arten im Unterholz wachsen. Die Lichtintensität kann in Gewächshäusern oder Pflanzenwachstumskammern leicht manipuliert werden, aber die Rolle von Bodenmikroben bei der Etablierung von Sämlingen und der Konkurrenz mit anderen Pflanzen ist viel weniger bekannt.
Dr. Nianxun Xi von der Sun Yat-sen University (China) und Kollegen aus China und Frankreich untersuchten die Wirkung und Wechselwirkungen zwischen abiotischen (z. B. Lichtverfügbarkeit) und biotischen (z. B. Konkurrenz, Bodenmikrobenzusammensetzung) Bedingungen auf zwei Arten Bauhinia Baumarten Sämlingswachstum. Das fanden die Wissenschaftler heraus hohe Lichtverfügbarkeit erhöht den Einfluss arteigener Bodenmikroben auf Pflanze-Pflanze-Interaktionen Dies trägt grundlegend zum Verständnis bei, wie sich Baumsetzlinge in Waldlücken etablieren können. Innerartliche Konkurrenz und „fehlende Konkurrenz“ korrelierten positiv mit dem Verhältnis von grampositiven zu gramnegativen Bakterien bei schwachem Licht, während das Verhältnis bei starkem Licht negativ korrelierte.
Hunderte von Baum-, Strauch-, Kräuter- und Lianenarten gehören zur Gattung Bauhinia. Die beiden Baumarten, B. brachycarpa und B. variegata, sind gute Modellarten, um schnell wachsende, schattenintolerante mit langsam wachsendem, schattentolerantem Sämlingswachstum zu vergleichen.
Xi und seine Kollegen sammelten Saatgut und Mutterboden in der Umgebung Bauhinia brachycarpa und B. variegata Bäume in einem Waldgebiet in der Yuanjiang-Tal im Jahr 2016. Die Forscher keimten die Samen in den Gewächshäusern der Tropischer Botanischer Garten Xishuangbanna. Das Forschungsprojekt bestand aus einer „Konditionierungs-“ und einer „Reaktionsphase“. In der „Konditionierungsphase“ wuchsen 14 Setzlinge 9 Monate lang in Einzeltöpfen heran, wodurch sich die Bodenmikroben spezifisch für die beiden Baumarten aufbauen konnten.
Die „Reaktionsphase“ der Experimente bestand aus einem multifaktoriellen Blockdesign mit 144 Töpfen für 12 Wochen. Sämlinge wuchsen unter Bedingungen mit schwachem und starkem Licht, auf sterilisiertem oder „lebendem Dünger“ derselben Art oder von der anderen. Einige Sämlinge erfuhren keine Konkurrenz (z. B. wuchsen einzelne Pflanzen in einzelnen Töpfen) oder Konkurrenz innerhalb und zwischen den Arten (ein Baumsämling wuchs zusammen mit einem anderen Sämling in einem einzelnen Topf). Die Wissenschaftler haben alle Pflanzen im August 2017 geerntet und basierend auf Pflanzenbiomassemessungen, Pflanzenboden-Feedback (PSF)-Index, Wettbewerbsintensität (z. B. Wettbewerb unabhängig von der Umgebung) und Wettbewerbsbedeutung (z. B. Einfluss des Wettbewerbs relativ zu Umweltfaktoren) für jede Pflanze berechnet Arten unter verschiedenen Bedingungen. Die Phospholipid-Fettsäure-Analyse schätzte die Biomasse von Pilzen, Gram-positiven und Gram-negativen Bakterien im Boden von jedem Topf.
„Hier zeigen wir, dass die Lichtverfügbarkeit das Gleichgewicht zwischen artspezifischen Bodenrückkopplungen und Pflanze-Pflanze-Wechselwirkungen auf die Biomasse der Sämlinge während der Etablierung von Baumsämlingen vermittelt, und demonstrieren die Bedeutung sowohl der Struktur der Bodengemeinschaft als auch der Identität der Pflanzennachbarn für die PSF-Ergebnisse“, sagten Xi und Kollegen.
Das Sämlingswachstum, die Biomasse mikrobieller Gruppen und das Pflanzen-Boden-Feedback (PSF) unterschieden sich hauptsächlich aufgrund der Lichtverfügbarkeit. Die Anwesenheit von Wettbewerbern führte nur bei hoher Lichtverfügbarkeit zu unterschiedlichen PSF-Werten, was darauf hindeutet, dass der Wettbewerb in Umgebungen mit geringer Produktivität (z. B. wenig Licht) weniger wichtig ist. Intraspezifische Konkurrenz und „keine Konkurrenz“ korrelierten positiv mit dem Verhältnis von grampositiven zu gramnegativen Bakterien bei schwachem Licht, aber das Verhältnis korrelierte negativ bei Bedingungen mit starkem Licht. Die Wettbewerbsbedeutung war stärker in B. variegata unter intraspezifischem Wettbewerb, während unter interspezifischem Wettbewerb die Wettbewerbsintensität stärker war B. brachycarpa. Das Vorhandensein von Artgenossen (z. B. Erde, die von der gleichen Baumart aus der „Konditionierungsphase“ stammt) verringerte die Intensität der Pflanzenkonkurrenz bei schwachem Licht, erhöhte jedoch die Intensität der Pflanzenkonkurrenz bei starkem Licht.
„Wir liefern Beweise dafür, dass interspezifische Konkurrenz die Richtung von Pflanzen-Boden-Feedbacks unter starkem Licht verändern kann, mit potenziellen Auswirkungen auf die Ansiedlung von Sämlingen in Waldlücken und gestörten Umgebungen“, sagten Xi und Kollegen.
In einem Begleitpublikation in der Umwelt- und experimentelle Botanik Zeitschriftuntersuchten die Forscher die Pflanzenmorphologie und Nährstoffgehalte aus denselben Experimenten. Sie fanden heraus, dass der Stickstoff-Phosphor-Gehalt der Blätter unter Bedingungen mit starkem Licht auf dem „lebenden Boden“ abnahm und der Phosphorgehalt der Wurzel und der unteren Blätter stark von Bodenmikroben abhing. Xi und Kollegen haben damit begonnen, die dynamischen Prozesse des Wachstums tropischer Baumsetzlinge und die Auswirkungen auf den Nährstoffkreislauf in Wäldern zu entwirren. Das Verständnis dieser Muster hilft Wissenschaftlern und Förstern besser zu verstehen, wie sich Waldlücken und -störungen auf Waldgemeinschaften auswirken können.
