Räumliche Interaktionen und Isotopenanalyse als Schlüssel zum Verständnis
Die in Australien beheimatete Acacia longifolia wurde ursprünglich in Portugal zur Dünenbefestigung und als Zierpflanze eingeführt. Mittlerweile breitet sie sich in vielen Ökosystemen weltweit unkontrolliert aus, was unterschiedliche Auswirkungen auf einheimische Arten hat.
Aufgrund ihrer Fähigkeit, in Symbiose mit Bakterien an ihren Wurzeln Stickstoff aus der Luft zu binden, wächst die Akazie schnell und produziert viel Biomasse. Dies führt zu einer Anreicherung des natürlicherweise nährstoffarmen Dünenökosystems mit Stickstoff, was eine unerwünschte Düngewirkung zur Folge hat. Zudem verbraucht sie mehr Wasser als heimische Pflanzenarten.
Ein Team um die Ökologinnen Prof. Dr. Christiane Werner und Christine Hellmann hat in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Universitäten Münster und Hamburg einen neuen Ansatz vorgestellt. Dieser Ansatz, publiziert im Fachmagazin „Scientific Reports“, zielt darauf ab, den Einfluss des räumlichen Umfelds auf die Interaktion der Akazien mit anderen Pflanzen zu bestimmen.
Die Forscher entwickelten ein Konzept, das Hintergrundinformationen wie Bodentyp, Nährstoffangebot, Lichteinstrahlung, Wind und Bodenfeuchte berücksichtigt. Solche Modelle können dazu beitragen, das Zusammenspiel von Akazien und anderen Pflanzen besser zu verstehen und Maßnahmen zur Bekämpfung der Akazie effektiver zu planen. Die Interaktionen zwischen Pflanzen und ihrer belebten sowie unbelebten Umwelt beeinflussen maßgeblich die Struktur und Funktion von Ökosystemen.
Zur Bestimmung der Stärke und des räumlichen Einflussbereichs dieser Interaktionen nutzt das Team stable Isotope. Dies sind schwere, nicht-radioaktive Formen von Elementen. Die Häufigkeit dieser Isotope im Verhältnis zu den leichteren Isotopen kann räumlich variieren. Ein gemessenes Isotopenverhältnis kann somit Aufschluss über die Entstehung und Herkunft eines Materials geben. Sogenannte „Isoscapes“, abgeleitet von „Isotop“ und „Landschaft“, visualisieren die räumliche Verteilung von Isotopen in einer Landschaft.
Standortspezifische Auswirkungen und zukünftige Anwendungen der Forschung
Das Team verwendete Isoscapes, basierend auf Blattmaterial einheimischer Arten, um Bereiche zu identifizieren, in denen der von der Akazie eingebrachte Stickstoffanteil hoch ist. Dies ermöglichte die Analyse, wo die eingewanderte Art das Wachstum anderer Arten beeinflusst: entweder positiv durch zusätzlichen Stickstoff oder negativ durch Konkurrenz um Wasser. Bisherige Untersuchungen berücksichtigten lediglich die Pflanzenarten und deren räumliche Nähe zueinander. Da dies der Heterogenität eines Ökosystems nicht gerecht wird, wurden nun weitere Einflüsse, wie fernerkundlich erhobene topografische Daten, einbezogen.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Interaktion der Akazie mit einheimischen Pflanzen nicht nur arten-, sondern auch standortspezifisch ist. Um die jeweiligen Auswirkungen messbar zu machen, wird das Stickstoff-Isotopenverhältnis als Tracer eingesetzt. Dabei wird die Anzahl verschiedener Stickstoff-Isotope in Pflanzenblättern bestimmt. Das Verhältnis der Isotope gibt Aufschluss darüber, ob der Stickstoff von einer Akazie stammt oder aus dem unbeeinflussten System.
Das von den Forscherinnen entwickelte Modell wird derzeit auf die Acacia longifolia in Portugal angewendet. Zukünftig könnte es jedoch auch bei anderen Pflanzen und in anderen Regionen zum Einsatz kommen. Ziel ist es, mit diesen Methoden dazu beizutragen, vielschichtige Zusammenhänge und Dynamiken in natürlichen Ökosystemen besser zu beschreiben, aufzuklären und zu verstehen. Christiane Werner ist Professorin für Ökosystemphysiologie an der Fakultät für Umwelt und Natürliche Ressourcen der Universität Freiburg. Ihre Mitarbeiterin Christine Hellmann forscht an der Universität Bielefeld.
Originalveröffentlichung
Christine Hellmann, André Große-Stoltenberg, Jan Thiele, Jens Oldeland, Christiane Werner (2017): Heterogeneous environments shape invader impacts: integrating environmental, structural and functional effects by isoscapes and remote sensing. In Scientific Reports. doi: 10.1038/s41598-017-04480-4