Neue Studienergebnisse zeigen, dass invasive Pflanzen die Homogenisierung mikrobieller Gemeinschaften im Boden in den USA vorantreiben

Invasive Pflanzen erobern nicht nur Landschaften – sie verändern auch den Boden darunter. Eine neue Studie, die von Matthew McCary, Assistenzprofessor für Biowissenschaften an der Rice University, mitverfasst wurde, zeigt, dass diese Arten die mikrobiellen Gemeinschaften im Boden in den USA umgestalten, sie einheitlicher machen und die Funktionsweise von Ökosystemen verändern.

Die Ergebnisse, veröffentlicht in Verfahren der National Academy of Scienceswerfen Licht auf die weitreichenden Auswirkungen invasiver Pflanzen, die über das hinausgehen, was wir über der Erde sehen.

Die auf Daten von 377 Parzellen im ganzen Land basierende Untersuchung zeigt, dass invasive Pflanzen mit schnell wachsenden Wurzelsystemen einheimische Arten verdrängen und das natürliche Gleichgewicht der Bodenmikroben stören. Dieser als biotische Homogenisierung bekannte Prozess führt zu weniger vielfältigen Ökosystemen, da ökologische Gemeinschaften mit der Zeit ähnlicher werden.

Die Studie hebt einen kritischen, aber oft übersehenen Aspekt von Pflanzeninvasionen hervor: ihre tiefgreifenden unterirdischen Auswirkungen auf die Bodengesundheit und die Artenvielfalt, sagte McCary, die die Studie gemeinsam mit Gabriela Nunez-Mir, einer Assistenzprofessorin für Biowissenschaften an der University of Illinois Chicago, verfasst hat .

„Invasive Pflanzen können den Boden unter ihnen grundlegend verändern“, sagte McCary. „In Gebieten mit hohem Invasionsgrad beobachteten wir eine bemerkenswerte Ähnlichkeit der Bodenmikrobengemeinschaften in verschiedenen Ökosystemen und geografischen Regionen, was in Gebieten, die von einheimischen Pflanzen dominiert werden, nicht der Fall war.“

Die Forscher fanden heraus, dass die Wurzelmerkmale invasiver Pflanzen eine doppelt so große Variation in der mikrobiellen Zusammensetzung aufwiesen wie die von einheimischen Pflanzen. Die Wurzelsysteme invasiver Arten scheinen schneller zu wachsen, konkurrieren mit einheimischer Flora und Bodenmikroben um Nährstoffe und tragen zur weit verbreiteten Einheitlichkeit mikrobieller Gemeinschaften bei.

Die Studie wies auch auf die entscheidende Rolle spezifischer Wurzelmerkmale wie niedrigere Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnisse (C) und höhere spezifische Wurzellängen bei der Auslösung dieser Veränderungen hin. Das schnelle Wurzelwachstum von Eindringlingen beeinträchtigt den Nährstoffkreislauf und die Verfügbarkeit organischer Stoffe und verstärkt so ihren Einfluss auf das Bodenökosystem.

Die Forscher nutzten Daten des National Ecological Observatory Network, das Bodenproben und Wurzelmerkmalsdaten aus einer Reihe von Ökosystemen in den USA sammelte. Sie berücksichtigten auch andere Faktoren wie Bodeneigenschaften und die C-Verhältnisse, die bei der Erklärung mikrobieller Faktoren eine Rolle spielen Variation. Invasive Pflanzen mit niedrigem C-Verhältnis, verbunden mit schnellem Wurzelwachstum und schneller Nährstoffaufnahme, waren besonders wirksam bei der Veränderung der mikrobiellen Gemeinschaften im Boden.

McCary betonte, dass der Umgang mit invasiven Arten die Berücksichtigung ihrer unterirdischen Auswirkungen umfassen sollte, die ebenso transformativ sind wie ihre oberirdischen Auswirkungen. „Zu verstehen, wie invasive Pflanzen Bodenmikroben beeinflussen, ist für die Wiederherstellung von Ökosystemen von entscheidender Bedeutung“, sagte er.

Obwohl die Studie Einschränkungen aufweist, einschließlich der Verwendung einer Phospholipid-Fettsäure-Analyse zur Charakterisierung mikrobieller Gemeinschaften und phylogenetischer Imputation zur Ergänzung fehlender Pflanzenmerkmalsdaten, bleiben die Ergebnisse robust und helfen dabei, die Notwendigkeit weiterer Forschung mit feineren taxonomischen Auflösungen zu bestätigen, sagte McCary.

„Die Auswirkungen dieser Forschung sind weitreichend, da mikrobielle Gemeinschaften im Boden eine entscheidende Rolle im Nährstoffkreislauf, im Pflanzenwachstum und in der Stabilität des Ökosystems spielen“, sagte er.