Multitrophische Pflanze-Insekt Interaktionen in Abhängigkeit von unterirdischen Prozessen

Oberirdische und unterirdische Nahrungsnetze werden meist getrennt voneinander betrachtet. In den letzten Jahren wurde aber zunehmend deutlich, dass unterirdische Organismen einen starken Einfluss auf oberirdische biotische Interaktionen, wie die zwischen Pflanzen und Blütenbesuchern sowie Pflanze, Herbivoren und Parasitoiden, haben können. In dieser Arbeit wurden die Effekte von Zersetzern (Regenwürmern), unterirdischen Herbivoren (Drahtwürmern) und Blattherbivoren (Schmetterlingsraupen) auf das Pflanzenwachstum von Ackersenf (Sinapis arvensis) und auf Pflanze-Pathogen-, Pflanze-Herbivor-Parasitoid- und Pflanze-Bestäuber- Interaktion untersucht. Blattherbivorie verzögerte den Blühanfang und wirkte sich negativ auf die Pflanzenhöhe und Pflanzenbiomasse vom Ackersenf aus. Außerdem hatte sie einen negativen Effekt auf Blütenmerkmale, was darauf hindeutet, dass Blattherbivorie die Attraktivität der Pflanzen für Blütenbesucher beeinflussen kann. Trotzdem konnten wir in keinem unserer Experimente einen negativen Effekt von Blattherbivorie auf Blütenbesucher feststellen. In zwei unterschiedlichen Experimenten hatten Wurzelherbivore einen positiven Effekt auf Blütenbesucher, was darauf hindeutet, dass Blütenbesucher von Wurzelherbivoren mehr beeinflusst werden als von Blattherbivoren. Die Blütenmerkmale, die zu einem erhöhten Blütenbesuch führten, konnten nicht identifiziert werden, da Wurzelherbivorie keinen Einfluss auf Staubbeutellänge, Nektarproduktion, Blütenblattgröße und Anzahl der Blüten hatte.Obwohl die Pflanzen durch den Herbivoriebefall (sowohl unterirdisch wie auch oberirdisch) ein verändertes Wachstum aufwiesen, konnten keine Unterschiede in den Pflanzen- Reproduktionsparametern (wie Samenzahl und -gewicht) zwischen den verschiedenen Behandlungen festgestellt werden. Diese Ergebnisse zeigen, dass Sinapis arvenis den Herbivorieschaden kompensieren kann. Im Gegensatz dazu führt die Anwesenheit von Zersetzern zu einem erhöhten Pflanzenwachstum und einer erhöhten Samenanzahl, unabhängig vom Vorkommen von Herbivoren. Pflanzen, in deren Substrat sich nur Wurzelherbivore oder Zersetzer befanden, hatten eine erhöhte Blattlausabundanz. Dies weist darauf hin, dass gleichartige oberirdische Muster durch unterschiedliche unterirdische Prozesse hervorgerufen werden können.In einem weiteren Ansatz haben wir die Effekte der Defaunierung von unterschiedlich bewirtschafteten Böden auf oberirdische Systeme studiert. Die Pflanzenbiomasse in konventionell bewirtschafteten Böden war höher als in organisch bewirtschafteten Böden, sicherlich durch die erhöhte Nährstoffzufuhr in konventionellen Böden. Pflanzen in defaunierten Böden hatten ebenfalls eine höhere Pflanzenbiomasse, vermutlich durch den Defaunierungsprozess, der beim Abtöten der Tiere zur Freisetzung von darin enthaltenen Nährstoffen führte. Sowohl die Blattlausabundanz wie auch die Infektion durch Septoria waren niedriger in defaunierten organischen Böden. Daraus kann man ableiten, dass Bodenorganismen in organisch bewirtschafteten Böden wichtiger für die Vermehrung von Blattläusen und die Infektionsrate von Septoria sind als in konventionell bewirtschafteten Böden. Dies deutet darauf hin, dass die Bewirtschaftungsweise den Effekt von Bodenorganismen auf oberirdische Prozesse modifiziert und dass Bodenorganismen in organisch bewirtschafteten Böden eine weit wichtigere Rolle spielen, als in konventionell bewirtschafteten. Die Ergebnisse deuten darauf, dass Bodenorganismen höhere trophische Ebenen, wie Herbivore und Pathogene, modifizieren können, ohne die unterste trophische Ebene (die Pflanze) zu beeinflussen.Bis vor kurzem wurde die Rolle von unterirdischen Organismen auf oberirdische Herbivore, Pathogene und Bestäuber weitgehend ignoriert. Vor allem in natürlichen Habitaten, in denen zahlreiche Pflanzenarten miteinander interagieren, können Bodenorganismen eine Schlüsselrolle spielen indem sie die an eine Pflanze assoziierte Insektengemeinschaft, modifizieren. Um terrestrische Ökosysteme besser zu verstehen, sollten künftige Studien komplexere Systeme studieren, in denen Pflanzen mit Bodenorganismen in unterschiedlichen räumlichen und zeitlichen Kontexten interagieren.Most ecologists acknowledge that plants are subject to complex interactions between both below- and aboveground dwelling animals. However, these complex interactions are seldomly investigated simultaneously. In a set of experiments we studied the effects of decomposers, root herbivores and leaf herbivores on plant growth, flower visitation, herbivores and their parasitoids. Our results show that belowground communities affect not only plant growth but also aboveground processes, including plant-pathogen, plant-pollinator and even plant-herbivore-parasitoid interactions. Leaf herbivory reduced plant height, shoot mass, and delayed the onset of flowering of Sinapis arvensis. Furthermore, it negatively affected flowering traits suggesting a decrease in plant attractiveness to pollinators. However, we could not identify any effect of leaf herbivory on flower visitors. Flower visitors were positively influenced by the presence of root herbivores in two independent experiments. This strongly suggests that root herbivores can have an impact on the pollination of Sinapis arvensis. However, we could not find any effect of root herbivory on the measured floral traits (anther size, nectar production, petal size, number of flowers). Although in most experiments the experimental plants faced major herbivore-induced growth changes, plant reproduction (seed set and weight per plant) was similar between herbivory treatments and control plants. These results show the ability of Sinapis arvensis to compensate for leaf and root herbivory. Accordingly, reduced size, delayed start of flowering, reduced flowering period or reduced flower visitation could not be used to predict plant fitness in this annual, cross-pollinated herb. In contrast, decomposers increased plant growth and plant fitness (measured as the number of seeds produced), indicating that mustard may benefit from nutrients provided by decomposers, regardless whether plants are attacked by root herbivores or leaf herbivores, or both simultaneously. We found that the indiv idual presence of either root herbivores or decomposers resulted in increased aphid abundance, demonstrating that the same aboveground plant-insect interaction can be released by different belowground processes. Enhanced aphid densities caused higher numbers of parasitoids. Our results give an insight in the effects of belowground organisms on aboveground organisms and it gets clear that many aboveground patterns could be driven by belowground processes through the plant. Using a different approach we investigated the significance of farming practices in modifying the effects of soil organisms on aboveground systems. Plant biomass in soil from conventional farms exceeded that of soils from organic farms, presumably due to the higher nutrient input in the conventional farming system. Soil defaunation likely mobilized nutrients that increased plant growth. Aphid abundance and Septoria infection was reduced by defaunation but only in organic soils. This suggests that soil organisms in organic farming systems are more important for the augmentation of aphids and the infection rate by Septoria than in conventional systems. Hence, farming practice appears to modify the effect of soil organisms on aboveground organisms, and soil organisms played a major role in organic farming systems. Further, the results indicate that soil organisms may modify higher trophic levels (aphid and pathogen infection) without significantly affecting lower trophic levels (plant growth). Until recently the role of soil biota in modifying the attractiveness of plants to herbivores, pathogens and pollinators has been largely ignored. Particularly in natural habitats where plant species interact with each other, soil biota may play a key role in modifying the insect community associated with plants. Future work needs to focus upon more complex systems consisting of plants and soil biota in different spatial and temporal contexts to better understand the functioning of terrestrial systems