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2152Die ökologische Rolle von Silizium in tropischen Wäldern: Effekte auf Nährstoffstöchiometrie, Trockenresistenz und HerbivorieThe ecological role of silicon in tropical forests: effects on plant nutrient stochiometry, drought resistance and herbivory01/02/2020 00:00:0030/06/2022 00:00:00laufendcurrentProgrammbereich 1 „Landschaftsprozesse“Research Area 1 „Landscape Functioning“x3x11xSchaller, Jörgx2548x<div class='ntm_PB1'>PB1</div>  2020 Die ökologische Rolle von Silizium in tropischen Wäldern: Effekte auf Nährstoffstöchiometrie, Trockenresistenz und Herbivorie The ecological role of silicon in tropical forests: effects on plant nutrient stochiometry, drought resistance and herbivory Programmbereich 1 „Landschaftsprozesse“ Schaller, Jörg Drittmittel Research Area 1 „Landscape Functioning“ current laufend <div class="ExternalClass5F4E0E42946343539EC4EB9313634495"><p>​Silizium (Si) ist nach Sauerstoff das zweithäufigste Element in der Erdkruste. Es hat für Pflanzen eine Vielzahl von Funktionen einschließlich der Linderung von biotischem und abiotischem Stress, Veränderung von Nährstoffverhältnissen und der Förderung von Wachstum. Da Pflanzen Si akkumulieren oder die Aufnahme verhindern können, weisen Pflanzenarten eine große Bandbreite an Si-Konzentrationen in ihren Blättern auf. Die Ökologie und Physiologie von Si wurde bisher am besten in Gräsern untersucht, zu denen viele Si-Akkumulatoren gehören. Allerdings wurde eine signifikante Si-Akkumulation in Blättern auch in einer Reihe von nicht-monokotylen Angiospermenfamilien dokumentiert und selbst bei Nichtakkumulatoren kann die Variation von Blatt-Si erhebliche ökologische Auswirkungen haben.</p><p>Tropische Wälder gehören zu den artenreichsten Systemen auf der Erde und stellen wichtige Ökosystemdienstleistungen. Da sie die höchsten Si-Aufnahmeraten aller Biome aufweisen, wurden sie als Modellsystem für die Untersuchung der ökologischen Rolle von Si vorgeschlagen. Gleichzeitig beeinflusst Si mehrere Schlüsselprozesse, die für die Pflanzenleistung, die Verbreitung von Arten und die Zusammensetzung der Artengemeinschaften in tropischen Wäldern wichtig sind, darunter den Nährstoff- und Wasserhaushalt sowie Herbivorie. Eine kürzlich von uns durchgeführte Studie hat gezeigt, dass die Si-Konzentrationen innerhalb und zwischen tropischen Baumarten stark variieren, was weitreichende, bisher unerkannte ökologische Konsequenzen haben kann, die für Mechanismen der Erhaltung der Biodiversität und für das Management tropischer Wälder unter globalem Wandel relevant sind.</p><p>Aufbauend auf der vorherigen Studie werden wir im nächsten Schritt untersuchen, inwieweit die potentiellen Efekte von Si auf Nährstoff- und Wasserhaushalt und Herbivorenabwehr in tropischen Wäldern tatsächlich auftreten. Mit diesem Ziel werden wir deskriptive mit experimentellen Ansätzen im Gewächshaus, im Labor und im Feld kombinieren. Wir werden (1) die zwischenartliche Variation der Blatt-Si-Konzentrationen innerhalb einer diversen lokalen Baumgemeinschaft in Panama umfassen dokumentieren und die Beziehungen zu Phylogenie und Ökologie analysieren. Wir werden (2) die Folgen von unterschiedlichen Boden-Si-Verfügbarkeit auf Blatt-Si-Gehalte und Nährstoff-Stöchiometrie in einem Si-Düngungsexperiment untersuchen. Basierend auf experimentellen Manipulationen von Blatt-Si-Konzentrationen werden wir (3) die Rolle von Si für die Trockenresistenz von Pflanzen in einem 'common garden' Experiment im Unterwuchs eines Waldes quantifizieren und (4) den Effekt von Si für Herbivorie im natürlichen Habitat, und in Fütterungsversuchen mit einem Modellherbivoren untersuchen. Die Studie wird die große Wissenslücke zur ökologischen Rolle dieses häufigen Elements in tropischen Wäldern schließen und zum Verständnis dieser Wälder unter aktuellen und zukünftigen Bedingungen beitragen.</p></div> <div class="ExternalClassE6E01EDD1820406A9A7DD21DB1A57E31"><p>​Silicon (Si) is the second most abundant element in the Earth's crust after oxygen. It is widely recognised to have a variety of functions in plants, including the alleviation of biotic and abiotic stress, changing nutrient relations and promoting biomass production. Plants can accumulate Si or avoid accumulation, and plant species thus exhibit a wide range of Si concentrations in their leaves. The ecology and physiology of Si has been best studied in grasses, which include many Si accumulators. Nevertheless, significant foliar Si accumulation has also been documented in a number of non-monocot angiosperm families, and even for non-accumulators variation of foliar Si can have substantial ecological impacts both at the plant and ecosystem level.</p><p>Tropical forests are among the most species rich systems on earth and provide important ecosystem services. Because they have the highest Si uptake rates of any biome, they have been suggested as a model system to study the ecological role of Si. At the same time, Si is known to influence several key processes that are important for plant performance, species distribution and community composition in tropical forests, including nutrient and water relations, as well as herbivory. Nevertheless, our knowledge about variation of Si across plant species and its ecological role remains rudimentary for tropical forests. We recently showed that Si concentrations vary tremendously within and across tropical tree species, which should have pervasive, as yet unrecognized, ecological consequences, relevant for understanding mechenisms of maintenance of biodiversity and for managing tropical forests under global change.</p><p>Building upon this initial study, we will take the next step and evaluate, whether the potential effects of Si on nutrient and water relations, and on herbivore defenses actually occur in tropical forests. Towards this aim, we will integrate observational data with experimental approaches in the screenhouse, the laboratory and the field. We will (1) conduct an extensive survey of leaf Si concentrations within a diverse local tree community in Central Panama, and analyse relations to phylogeny and ecology. For a subset of 12 species we will (2) assess the consequences of different soil Si availability for leaf Si contents and C&#58;N&#58;P stochiometry in a Si fertilization experiment. Based on experimental manipulations of leaf Si concentrations we will further (3) evaluate the role Si for plant drought resistance in a common garden drought-irrigation experiment in the forest understory, and (4) assess the effect of Si on herbivory in the natural habitat, and in feeding trials with a model herbivore. The proposed study will thus substantially contribute to closing the vast knowledge gap on the ecological role of this abundant element in tropical forests, and improve their understanding under current and future conditions.</p></div> <div class="ExternalClass12119E11-013A-4DFA-92B7-B97D798AAE5A"></div> <div class="ExternalClassF4B90874-35CB-404D-9E9E-EE9F10CC78E6"><ul><li>UBT - Universität Bayreuth </li></ul></div> <div class="ExternalClass368876D0-18BE-41CE-85D8-5D9471DC01F7"><ul><li>DFG-Projekte im Normalverfahren</li></ul></div> <div class="ExternalClass3FFFE0B3-E1D3-4EFB-AA6A-0CBAA26746A9"></div> <div class="ExternalClassE4C94939-3AB7-4252-AA86-F3F513456C2A"><ul><li>Prof. Bettina Engelbrecht</li></ul></div><div class="ExternalClass5F4E0E42946343539EC4EB9313634495"><p>?Silizium (Si) ist nach Sauerstoff das zweithäufigste Element in der Erdkruste. Es hat für Pflanzen eine Vielzahl von Funktionen einschließlich der Linderung von biotischem und abiotischem Stress, Veränderung von Nährstoffverhältnissen und der Förderung von Wachstum. Da Pflanzen Si akkumulieren oder die Aufnahme verhindern können, weisen Pflanzenarten eine große Bandbreite an Si-Konzentrationen in ihren Blättern auf. Die Ökologie und Physiologie von Si wurde bisher am besten in Gräsern untersucht, zu denen viele Si-Akkumulatoren gehören. Allerdings wurde eine signifikante Si-Akkumulation in Blättern auch in einer Reihe von nicht-monokotylen Angiospermenfamilien dokumentiert und selbst bei Nichtakkumulatoren kann die Variation von Blatt-Si erhebliche ökologische Auswirkungen haben.</p><p>Tropische Wälder gehören zu den artenreichsten Systemen auf der Erde und stellen wichtige Ökosystemdienstleistungen. Da sie die höchsten Si-Aufnahmeraten aller Biome aufweisen, wurden sie als Modellsystem für die Untersuchung der ökologischen Rolle von Si vorgeschlagen. Gleichzeitig beeinflusst Si mehrere Schlüsselprozesse, die für die Pflanzenleistung, die Verbreitung von Arten und die Zusammensetzung der Artengemeinschaften in tropischen Wäldern wichtig sind, darunter den Nährstoff- und Wasserhaushalt sowie Herbivorie. Eine kürzlich von uns durchgeführte Studie hat gezeigt, dass die Si-Konzentrationen innerhalb und zwischen tropischen Baumarten stark variieren, was weitreichende, bisher unerkannte ökologische Konsequenzen haben kann, die für Mechanismen der Erhaltung der Biodiversität und für das Management tropischer Wälder unter globalem Wandel relevant sind.</p><p>Aufbauend auf der vorherigen Studie werden wir im nächsten Schritt untersuchen, inwieweit die potentiellen Efekte von Si auf Nährstoff- und Wasserhaushalt und Herbivorenabwehr in tropischen Wäldern tatsächlich auftreten. Mit diesem Ziel werden wir deskriptive mit experimentellen Ansätzen im Gewächshaus, im Labor und im Feld kombinieren. Wir werden (1) die zwischenartliche Variation der Blatt-Si-Konzentrationen innerhalb einer diversen lokalen Baumgemeinschaft in Panama umfassen dokumentieren und die Beziehungen zu Phylogenie und Ökologie analysieren. Wir werden (2) die Folgen von unterschiedlichen Boden-Si-Verfügbarkeit auf Blatt-Si-Gehalte und Nährstoff-Stöchiometrie in einem Si-Düngungsexperiment untersuchen. Basierend auf experimentellen Manipulationen von Blatt-Si-Konzentrationen werden wir (3) die Rolle von Si für die Trockenresistenz von Pflanzen in einem 'common garden' Experiment im Unterwuchs eines Waldes quantifizieren und (4) den Effekt von Si für Herbivorie im natürlichen Habitat, und in Fütterungsversuchen mit einem Modellherbivoren untersuchen. Die Studie wird die große Wissenslücke zur ökologischen Rolle dieses häufigen Elements in tropischen Wäldern schließen und zum Verständnis dieser Wälder unter aktuellen und zukünftigen Bedingungen beitragen.</p></div><div class="ExternalClassE6E01EDD1820406A9A7DD21DB1A57E31"><p>?Silicon (Si) is the second most abundant element in the Earth's crust after oxygen. It is widely recognised to have a variety of functions in plants, including the alleviation of biotic and abiotic stress, changing nutrient relations and promoting biomass production. Plants can accumulate Si or avoid accumulation, and plant species thus exhibit a wide range of Si concentrations in their leaves. The ecology and physiology of Si has been best studied in grasses, which include many Si accumulators. Nevertheless, significant foliar Si accumulation has also been documented in a number of non-monocot angiosperm families, and even for non-accumulators variation of foliar Si can have substantial ecological impacts both at the plant and ecosystem level.</p><p>Tropical forests are among the most species rich systems on earth and provide important ecosystem services. Because they have the highest Si uptake rates of any biome, they have been suggested as a model system to study the ecological role of Si. At the same time, Si is known to influence several key processes that are important for plant performance, species distribution and community composition in tropical forests, including nutrient and water relations, as well as herbivory. Nevertheless, our knowledge about variation of Si across plant species and its ecological role remains rudimentary for tropical forests. We recently showed that Si concentrations vary tremendously within and across tropical tree species, which should have pervasive, as yet unrecognized, ecological consequences, relevant for understanding mechenisms of maintenance of biodiversity and for managing tropical forests under global change.</p><p>Building upon this initial study, we will take the next step and evaluate, whether the potential effects of Si on nutrient and water relations, and on herbivore defenses actually occur in tropical forests. Towards this aim, we will integrate observational data with experimental approaches in the screenhouse, the laboratory and the field. We will (1) conduct an extensive survey of leaf Si concentrations within a diverse local tree community in Central Panama, and analyse relations to phylogeny and ecology. For a subset of 12 species we will (2) assess the consequences of different soil Si availability for leaf Si contents and C&#58;N&#58;P stochiometry in a Si fertilization experiment. Based on experimental manipulations of leaf Si concentrations we will further (3) evaluate the role Si for plant drought resistance in a common garden drought-irrigation experiment in the forest understory, and (4) assess the effect of Si on herbivory in the natural habitat, and in feeding trials with a model herbivore. The proposed study will thus substantially contribute to closing the vast knowledge gap on the ecological role of this abundant element in tropical forests, and improve their understanding under current and future conditions.</p></div>  <div class="ExternalClass206CFAC7-4CAB-4D25-B1F9-BF8F80055A76">Dr. rer. nat. Jörg Schaller</div>Schaller, Jörg<div class="ExternalClass54A8DE70-651D-4454-8FD0-0DF83D76B2B4">Dr. rer. nat. Jörg Schaller</a></div>   <div class="ExternalClassF4B90874-35CB-404D-9E9E-EE9F10CC78E6"><ul><li>UBT - Universität Bayreuth </li></ul></div>x926x<div class="ExternalClass368876D0-18BE-41CE-85D8-5D9471DC01F7"><ul><li>DFG-Projekte im Normalverfahren</li></ul></div>   <div class="ExternalClassE4C94939-3AB7-4252-AA86-F3F513456C2A"><ul><li>Prof. Bettina Engelbrecht</li></ul></div>22 <div class="ExternalClass6EB6D53C-4A06-418C-ADD0-CD52262D1E75"><ul><li>Silizium-Biogeochemie</li></ul></div><div class="ExternalClassFB1B188A-03FF-4A1C-978B-89CFBAEBC748"><ul><li>Silicon Biogeochemistry</li></ul></div>
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