Rhizodepositionsmuster in der tropischen Aufforstung
Die großflächige Aufforstung von Wäldern wird zunehmend als wirksame naturbasierte Lösung zur Abschwächung des Klimawandels angesehen, insbesondere in tropischen und subtropischen Regionen. Gemischt bepflanzte Wälder gelten dabei als besonders vielversprechend, da sie eine höhere ökologische Stabilität aufweisen und ein breiteres Spektrum an Ökosystemleistungen bereitstellen als Monokulturen.
Trotz des wachsenden Interesses an den Zusammenhängen zwischen Biodiversität und Ökosystemfunktionen gibt es bislang nur wenige experimentelle Studien, die die langfristige Rolle der Rhizodeposition für die Aufrechterhaltung von Ökosystemleistungen in gepflanzten Waldgemeinschaften untersuchen. Diese Wissenslücke erschwert das Verständnis der Mechanismen, durch die Baumartenvielfalt zentrale Ökosystemfunktionen wie die Kohlenstoffspeicherung und den Nährstoffkreislauf fördert.
Seit 2008 ist Frau Prof. M. Brunn am ältesten tropischen Baumdiversitätsexperiment des International Network of Tree Diversity Experiments (TreeDivNet) in Sardinilla, Panama, beteiligt. Die Versuchsfläche wurde intensiv untersucht; zwischen 2001 und 2017 fanden jährliche Bauminventuren statt. Die bislang letzte umfassende Feldkampagne wurde 2017 durchgeführt (Schnabel et al., 2025).
Im Rahmen des Projekts S-LtBEF: Sardinilla – Understanding Long-term Biodiversity-Ecosystem Functioning Relationships in the World’s Oldest Tropical Tree Diversity Experiment sowie mit zusätzlicher Förderung durch das REaCh – RPTU Center for Early Career Researchers nahm sie an der Kampagne zum 25-jährigen Bestehen des Experiments teil. Gemeinsam mit dem Masterstudenten Tilo Mexner (Osnabrück University) wurde untersucht, wie sich Baumartenvielfalt auf Ökosystemfunktionen und -leistungen in sich regenerierenden tropischen Wäldern auswirkt – über Zeiträume, die für die tropische Holznutzung relevant sind.
Die während dieser Kampagne erhobenen Daten und die vorbereitenden Arbeiten auf der Versuchsfläche bilden eine wichtige Grundlage für laufende und zukünftige Forschungsarbeiten. Sie werden durch zahlreiche Projekte internationaler Forschender und Arbeitsgruppen ergänzt und tragen zu einem umfassenden Verständnis langfristiger Biodiversitätseffekte in tropischen Waldökosystemen bei.
Der Eintrag organischer Substanz und von Nährstoffen aus terrestrischen Lebensräumen in aquatische Ökosysteme sowie dessen ökologische Auswirkungen sind gut untersucht. Deutlich weniger Aufmerksamkeit wurde bislang den umgekehrten Effekten gewidmet – also dem Einfluss aquatischer Systeme auf terrestrische Ökosysteme.
Im Rahmen von SystemLink (GRK 2360), einer von der DFG geförderten Graduiertenschule an der RPTU Kaiserslautern-Landau, untersuchen wir, wie sich anthropogene Stressoren in aquatischen Lebensräumen über Ökosystemgrenzen hinweg ausbreiten und terrestrische Nahrungsnetze beeinflussen. Dabei stehen sowohl Bottom-up- als auch Top-down-Prozesse im Fokus, um die Mechanismen besser zu verstehen, die aquatische und terrestrische Ökosysteme miteinander verknüpfen und ihre Reaktionen auf Umweltveränderungen bestimmen.
Girardi, J.P., Korz, S., Muñoz, K., Jamin, J., Schmitz, D., Rösch, V., Riess, K., Schützenmeister, K., Jungkunst, H.F., Brunn, M. (2022) Nitrification inhibition by polyphenols from invasive Fallopia japonica under copper stress. Journal of Plant Nutrition and Soil Science 185(6): 923-934.
Grange, S.K., Girardi, J.P., Mendoza-Lera, C., Dyckmans, J., Muñoz, K., Brunn, M., Jungkunst, H.F. (2025) Stable isotopes as a tool towards a better understanding of the biogeochemical traits of invasive Fallopia japonica: a pot experiment. Isotopes in Environmental and Health Studies. 1-15.
Manfrin, A., Schirmel, J., Mendoza-Lera, C., Ahmed, A., Bohde, R., Brunn, M., …, Schulz, R. (2023) SystemLink: moving beyond aquatic-terrestrial interactions to incorporate food web studies. Limnology and Oceanography Bulletin 32(2): 77-81.
Weltweit speichern Böden mehr Kohlenstoff als die Vegetation und die Atmosphäre zusammen und sind damit ein zentraler Bestandteil des globalen Klimasystems. Der im Boden gespeicherte Kohlenstoff stammt sowohl aus oberirdischen Streueinträgen als auch aus unterirdischen Wurzeleinträgen. Aktuelle Forschungsergebnisse zeigen, dass wurzelbürtiger Kohlenstoff besonders wichtig für die langfristige Stabilisierung von Bodenkohlenstoff ist. Dadurch rückt die Rhizosphäre – die direkte Kontaktzone zwischen Pflanzenwurzeln und Boden – zunehmend in den Fokus der Forschung zum Kohlenstoffkreislauf.
Trockenheit kann die Kohlenstoffaufnahme von Bäumen erheblich verringern und damit die Funktion von Wäldern als Kohlenstoffsenke schwächen. Gleichzeitig deuten neuere Studien darauf hin, dass Böden anders auf Trockenstress reagieren als die oberirdische Vegetation. Dies erschwert Vorhersagen über die Stabilität und Speicherung von Kohlenstoff unter zukünftigen Klimabedingungen. Darüber hinaus berücksichtigen viele Studien kurzfristige Reaktionen auf wiederkehrende Trockenperioden nur unzureichend, insbesondere in Ökosystemen, die nicht an Wasserknappheit angepasst sind.
Das KROOF Projekt stellt weltweit ein einzigartiges Freilandexperiment dar, das die Untersuchung von Trockenheits- und Wiederbefeuchtungseffekten auf zwei der wichtigsten europäischen Baumarten ermöglicht: Rotbuche (Fagus sylvatica) und Fichte (Picea abies). Mithilfe innovativer Probenahmeverfahren und modernster Analysemethoden untersuchen wir, wie klimabedingte Veränderungen der Kohlenstoffallokation die Bodenkohlenstoffdynamik und das langfristige Kohlenstoffspeicherpotenzial von Waldökosystemen beeinflussen.
Von 2019 bis 2023 war Frau Prof. M. Brunn am KROOF-Projekt beteiligt und untersuchte Kohlenstoffallokationsprozesse in der Rhizosphäre sowie deren Bedeutung für die Stabilisierung von Bodenkohlenstoff unter Trockenheits- und Wiederbefeuchtungsbedingungen.
Brunn, M., Krüger, J, Lang, F. (2023) Experimental drought increased the belowground sink strength towards higher topsoil organic carbon stocks in a temperate mature forest. Geoderma 431: 116356. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2023.116356
Hikino, K., Danzberger, J., Riedel, V.P., Hesse, B.D., Hafner, B.D., Gebhardt, T., Rehschuh, R., Ruehr, N.K., Brunn, M., Bauerle, T.L., Landhäusser, S.M., Lehmann, M.M., Rötzer, T., Pretzsch, H., Buegger, F., Weikl, F., Pritsch, K., Grams, T.E.E. (2022) Dynamics of initial carbon allocation after drought release in mature Norway spruce - Increased belowground allocation of current photoassimilates covers only half of the carbon used for fine-root growth. Global Change Biology 28 (23): 6889-6905. https://doi.org/10.1111/gcb.16388
Brunn, M., Hafner, B.D., Zwetlsloot, M.J., Weikl, F., Pritsch, K., Hikino, K., Ruehr, N.K., Sayer, E.J., Bauerle, T.L. (2022) Carbon allocation to root exudates is maintained in mature temperate tree species under drought. New Phytologist 235 (3). https://doi.org/10.1111/nph.18157
Grams T.E.E, Hesse, B.D., Gebhardt, T., Weikl, F., Rötzer, T., Kovacs, B., Hikino, K., Hafner, B.D., Brunn, M., Bauerle, T., Häberl, K.-H., Pretzsch, H., Pritsch, K. (2021) The Kroof experiment – realization and efficacy of a recurrent drought experiment plus recovery in a beech/spruce forest. Ecosphere 12 (3), 20. https://doi.org/10.1002/ecs2.3399
Wurzelexsudate – lösliche Verbindungen, die von Pflanzenwurzeln in den Boden abgegeben werden – spielen eine zentrale Rolle in Ökosystemprozessen. Dennoch gibt es bislang nur wenige Ansätze, die bestehende Forschung zu Exsudaten systematisch zusammenzufassen und zentrale Wissenslücken zu adressieren.
Im Rahmen eines internationalen Konsortiums führender Exsudationsökologen arbeiten wir an der Weiterentwicklung von Probenahme- und Analysemethoden. Ziel ist es, besser zu verstehen, wie Wurzelexsudate die Pflanzenernährung, die mikrobiellen Gemeinschaften und Aktivitäten im Boden sowie die Ökosystemfunktionen beeinflussen, und zukünftige Forschungsprioritäten zu identifizieren.