Collembolengemeinschaften in Agrarökosystemen: Steuerung durch Umweltfaktoren - Einfluß auf den Stoffumsatz

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Klaus Holger Mebes

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Collembolen stellen in den Agrarökosystemen gemäßigter und kühler Klimate eine dominierende Gruppe innerhalb der Bodenfauna dar. Da Mikroorganismen den Hauptanteil am Stoffumsatz im Boden haben und sie eine wichtige Nahrungsquelle für Collembolen sind, scheint eine Steuerung der Stoffumsetzungsprozesse im Boden über die Steuerung der Dominanzverhältnisse in Collembolengemeinschaften denkbar. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Erforschung der Wirkungsmechanismen bei der Steuerung der Collembolengemeinschaften durch Umweltparameter und die Erfassung und Quantifizierung des Einflusses von Collembolen auf den Stoffumsatz.Dazu wurden die Collembolengemeinschaften einer landwirtschaftlichen Versuchsfläche im oberbayerischen Tertiärhügelland bei unterschiedlicher räumlicher und zeitlicher Auflösung untersucht. Da die Datenerfassung für die vorliegende Arbeit in das Probenahmedesign des Forschungsverbunds Agrarökosysteme (FAM) eingebunden war, konnten zur statistischen Auswertung und Interpretation der zeitlichen und räumlichen Dominanzdynamik der Collembolen Informationen über verschiedene Umweltparameter zur mikrobiellen Biomasse, zur Dichte epigäischer Prädatoren und zur Bodenbeschaffenheit aus der Datenbank des FAM verwendet werden. Der Vergleich der Arten- und Individuenzahlen vor und nach der Bewirtschaftungsumstellung von konventioneller auf integrierte Bewirtschaftung und ökologischen Landbau ergab eine Erhöhung beider Werte an den meisten Dauerbeprobungsstandorten. Flächenstillegung und Bewirtschaftungsumstellung hatten Veränderungen der Collembolengemeinschaften innerhalb weniger Jahre zur Folge. Die größere Dynamik der Abundanzen und Artenzahlen in einem Acker im Vergleich zur angrenzenden Brache war wahrscheinlich auf die Bewirtschafungsmaßnahmen im Acker zurückzuführen. Die Bewirtschaftungsysteme ökologischer Landbau, integrierter Pflanzenbau, und die Brach- bzw. Grünlandflächen waren durch bestimmte Collembolenarten gekennzeichnet. Eine ehemalige Hopfenfläche zeigte eine veränderte Dominanzstruktur im Vergleich zur angrenzenden Referenzfläche, obwohl beide Flächen seit mehr als fünf Jahren gleichartig bewirtschaftet wurden. Eine Clusteranalyse auf der Grundlage der Collembolendominanzen an 10 verschiedenen Standorten spiegelte die verschiedenen Nutzungstypen exakt wider. Die Bodentemperatur, der Wassergehalt, die Trockendichte, die Bodentextur, die Nährstoffgehalte, verschiedene mikrobielle Parameter und die Dichte epigäischer Prädatoren waren mit den Dominanzen, Juvenilanteilen und Vertikalverteilungen bestimmter Collembolenarten korreliert. Die wichtigsten Umweltparameter waren die Bodentemperatur, der Wassergehalt, der mikrobielle Kohlenstoff und die Bewirtschaftungsintensität.Ein Transekt von drei Kunststoffbarrieren, die auf beiden Seiten mit sehr kleinen „Minibarberfallen" bestückt waren, diente zur Erfassung des Einflusses der epedaphischen Ausbreitung auf die Abundanzdynamik von Collembolen. I. palustris, L. cyaneus und die Sminthuridae waren die dominanten Collembolentaxa, die in den Minibarberfallen gefangen wurden. Die Anzahl der in den Fallen gefangenen Collembolen nahm vom Acker zur Brache ab, was sich durch günstigere Bedingungen in der Brache erklären ließe. Die Ausbreitungsrichtung der Collembolen hing vom Barrierenstandort (Acker, Grenze, Brache) ab. Die deutlichsten Abundanzunterschiede zwischen den Collembolengemeinschaften von Acker und Brache innerhalb der Gattung Folsomia konnten nicht auf epedaphische Ausbreitung zurückgeführt werden, während die höheren bzw. zunehmenden Abundanzen der Taxa I. palustris und Sminthuridae in der Brache im Vergleich zum Weizenacker zum Teil durch Migration erklärt werden können. Zur Erfassung des Einflusses von Collembolen auf den Stickstoffumsatz wurden mit defaunier-tem Ackerboden gefüllte Mikrokosmen mit einzelnen Collembolenarten der Taxa F. quadrioculata-Gruppe, P. armata-Gruppe, H. nitidus, I. notabilis und L. cyaneus und einer Mischung dieser Collembolenarten (ohne H. nitidus) bestückt. Diese Ansätze wurden mit defaunierten Kontrollen verglichen. Die Menge und zeitliche Dynamik der Nitratauswaschung aus den Mikrokosmen zeigte artspezifische Unterschiede. Während die einzelnen Collembolenarten eine Nitratimmobilisierung bewirkten, wurde die Stickstoffmineralisierung von der Collembolenmischung gefördert. Unter der Annahme, daß die optimalen Laborbedingungen im Freiland während eines Drittels des Jahres herrschen, würden die signifikanten Immobilisierungseffekte von L. cyaneus bzw. P. notabilis 9 bzw. 7 kg Nitrat-Stickstoff pro Hektar und Jahr zurückhalten. Für die Streuabbauversuche wurden mit Senfstreu gefüllte Minicontainer an vier Standorten mit unterschiedlichen Bodeneigenschaften bzw. Bewirtschaftung für eine Zeitdauer von vier Monaten im Winter ausgebracht. Die Collembolen zeigten eine deutliche Anreicherung in der Senfstreu im Vergleich zum umgebenden Boden, und ihre Dominanzstrukturen in den beiden Substraten waren signifikant unterschiedlich. Der gesamte Masseverlust an den vier Standorten unterschied sich kaum voneinander und nahm mit steigender Bodenriefe zu und unter dem Einfluß der Mesofauna ab. Der Effekt der Fauna war von Standort zu Standort unterschiedlich, was zum Teil auf die Artenzusammensetzung in der Streu zurückgeführt werden konnte: Hohe Dominanzen von P. notabilis waren von einem erhöhten Masseverlust begleitet.Die vorliegende Arbeit zeigt, daß Collembolen sich sowohl zur Indikation unterschiedlicher Bewirtschaftungs Systeme eignen als auch ein Potential zur Synchronisation der Mobilisierung von Nährstoffen mit den Bedürfnissen von Nutzpflanzen darstellen. Durch die Abhängigkeit der Collembolen von den vielfältigen auf sie einwirkenden Umweltparametem bietet sich außerdem eine Möglichkeit zur Steuerung der Populationsdynamik der einzelnen Arten, die wiederum artspezifische Auswirkungen auf die Mikroorganismengemeinschaft und damit auf den Nährstoffumsatz haben. Die Erforschung gezielter Steuerungsmechamsmen steht jedoch erst am Beginn.

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Bibliographic Citations