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Soil aggregate stability is an integral marker of soil fertility. Well aggregated soil contributes to high rootability, a proper water and aeration regime, resistance against compaction and erosion as well as storage capability of organic carbon. The aggregation of soil primary particles and microaggregates is promoted not only by a large variety of physico-chemical but also biological interactions, that are based on e.g. the excretion of bacterial extracellular polymeric substance (EPS) or fungal glomalin, concretion of biomineralization products or adsorption of hydrophobic cell debris on soil particle surfaces. Hence, microbial growth, exudation and grazing of bacterial-feeding organisms on sessile prokaryotes – most living within a viscouse EPS matrix (biofilms) – are assumed to play a regulating role in the occlusion of POM within soil aggregates. In consequence, microbial communities would have physical influence on organic matter cycling e.g. in agricultural soils. In the present doctoral thesis, a sandy agricultural soil was treated with EPS degrading enzymes, the bacterial feeding nematode Acrobeloides buetschlii or two different non-converging microbial communities. After these treatments, respective changes of POM occlusive strength were measured. Results show no or little influence of microbial communities living in pores above the lower mesopore scale (~10 μm) on the POM occlusive strength, whereas the applied methods were not suitable to affect organisms within smaller pores. If there is a markable stabilizing effect of microbial processes, it is located within the finer mesopores as indicated by current literature. The present work highlighted this indication from a new point of view. Future research should focus on the role of EPS as an aggregation agent within small mesopores. Die Aggregatstabilität in Böden ist ein integrales Merkmal von Bodenfruchtbarkeit. Gut aggregierter Boden unterstützt Durchwurzelbarkeit, Wasser- und Luftversorgung, die Widerstandsfähigkeit gegen Verdichtung und Erosion sowie seine Fähigkeit organischen Kohlenstoff zu speichern. Zur Aggregierung von Primärpartikeln und Mikroaggregaten trägt eine große Vielfalt nicht nur physico-chemischer sondern auch biologischer Wechselwirkungen bei, die z.B. auf die Ausscheidung bakterieller extrazellulärer polymerer Substanzen (EPS) oder pilzlichen Glomalins, auf Biomineralisationsprodukte oder die Adsorption hydrophober Zellfragmente an Bodenpartikel zurückgehen. Daher kann angenommen werden, dass mikrobielles Wachstum, Exsudation und die Beweidung sessiler Prokaryoten, von denen die meisten in einer viskosen EPS Matrix leben (Biofilm), einen regulierenden Einfluss auf die Stärke der POM Okklusion in Bodenaggregaten haben. Folgerichtig hätten mikrobielle Gemeinschaften einen physikalischen Einfluss auf den Kohlenstoffkreislauf z.B. in Ackerböden. In dieser Arbeit wurde sandiger Ackerboden mit EPS-verdauenden Enzymen, der auf bakteriellen Biofilmen weidenden Nematodenart Acrobeoloides buetschlii sowie verschiedenen nicht konvergierenden mikrobiellen Gemeinschaften behandelt. Nach der Inkubation wurde die jeweilige Veränderung der POM-Okklusionsstärke gemessen. Die Ergebnisse zeigen wenig bis keinen Einfluss der im oberen Mesoporenbereich (< 10 μm) lebenden microbiellen Gemeinschaften auf die POM-Okklusionsstärke, während die verwendeten Methoden nicht geeignet waren, Organismen in feineren Poren zu erreichen. Sofern ein bedeutender stabilisierender Effekt durch mikrobielle Prozesse existiert, ist dieser im unteren Mesoporenbereich verortet, wie in der aktuellen Literatur angedeutet wird. Diese Arbeit hebt jenen Effekt aus einem neuen Blickwinkel hervor. Zukünftige Arbeiten sollten ihren Fokus auf die Rolle von EPS als Aggregierungsmittel im unteren Mesoporenbereich legen.

In der vorliegenden Arbeit wurden die Einflüsse der landwirtschaftlichen Nutzung auf die Struktur und Biomasse von Nematoden entlang eines Tiefengradientens und innerhalb zweier Vegetationsperioden an einem Ackerstandort untersucht. Die Freilandanalyse der Nematodengemeinschaft wies auf ein mit Nährstoffen angereichertes und gestörtes Ökosystem, mit einer geringen Diversität, hin. Entlang des Tiefengradienten bildeten die Nematoden Metacommunities, welche Umweltgegebenheiten wie Nahrungsquellen und abiotischen Faktoren widerspiegeln. Signifikant höhere Biomassen wurden unter Weizen im Vergleich zu Mais als Ackerfrucht beobachtet. Die Streuapplikation induzierte einen „bottom-up“ Effekt mit größeren Biomassen in den niedrigen als in den höheren trophischen Stufen. Die Nematoden Biomassen sowie die faunistischen Indizes (Channel Index, Enrichment Index) zeigten, dass der Kohlenstofffluss im Bakterienkanal des Bodens dominierte. Allerdings deckte das 13C Pulse-Labelling Experiment im Feld auf, dass der Kohlenstofffluss durch die Pilzgemeinschaft sowie die pilzfressenden Nematoden wesentlich höhere Umsatzraten aufweist. In einem 14C-Laborexperiment wurde ein vollständiges Budget des Flusses von wurzelbürtigem Kohlenstoff in das Nahrungsnetz der Nematoden bestimmt. Hierbei wiesen die pflanzenparasitären Nematoden die höchsten 14C-Gehalte innerhalb weniger Tage auf, da sie direkt an den Wurzeln fressen und über die Herbivorenkette den Nährstoffzyklus im Boden eröffnen. The present research considered the effects of agricultural management practice on the nematode community structure and biomass in three different depths and two successive vegetation periods at an arable field site. The resource quality was manipulated by crop plant and organic amendment, to investigate the major soil carbon pathways based on roots, bacteria and fungi. The nematode community analysis pointed to a highly enriched and disturbed ecosystem with low biodiversity. Along the depth gradient the nematodes formed distinct metacommunities, reflecting resource availability and abiotic environmental factors. Wheat supported significantly greater nematode biomass than maize. The litter amendment induced bottom-up effects, with greater biomass allocation at lower than at higher trophic levels. The biomass of nematode families as well as faunal indices (Channel Index, Enrichment Index) revealed a predominance of the bacterial carbon channel in the arable soil. A 13C pulse-labelling experiment investigating the flux of root- derived C into the soil food web revealed high turnover rates in the fungal carbon pathway. This was evident for soil fungi as well as for fungal-feeding nematodes and contradicts general assumptions of a more active bacterial pathway in arable soils. A laboratory experiment with 14C isotope was used to compile a complete budget for the root-derived carbon in the nematode food web. Here plant-feeding nematodes, which feed on living plant roots, thereby opening the root C cycling into the food web, showed highest amounts of 14C allocation within a few days.

Diese Arbeit untersucht die Reaktion der Stieleiche auf pflanzenparasitären Nematoden mittels RNA-Sequenzierung und Analyse von stabilen Isotopen und Fettsäuren. Einblicke in Rhizosphäreninteraktionen wurden über mutualistische Partner (Ektomykorrhizapilze, Rhizosphärenhelferbakterien), fungivore Collembolen und multitrophische Gemeinschaften gewonnen. Die Struktur und Biomasse der Mikroorganismen sowie die Fitness der Eichen wurden erfasst. Die Effekte wurzelfressender Nematoden auf die Eiche wurden durch das endogene rhythmische Wachstum des Baumes reguliert. Die Nematoden lösten eine stärkere Reaktion während des Sprosswachstumsschubs aus, u.a. Aktivierung von Abwehrmechanismen und Hemmung der Photosynthese, wohingegen beim Wurzelwachstumsschub pathogen bezogene Signale unterdrückt waren. Die Anwesenheit des Pilzsymbionten schwächte die Pflanzenabwehr und verbesserte die Stresstoleranz, was indirekt das Wachstum der Mikroorganismen förderte. Die Helferbakterien begünstigten den Mykorrhizapilz, was wiederum das Pflanzenwachstum stimulierte und dem negativen Effekt der Nematoden entgegenwirkte. Parasitäre Nematoden und fungivore Collembolen beeinflussten die Verteilung des pflanzlichen Kohlenstoffes unabhängig voneinander; Nematoden verringerten und Collembolen verbesserten die Allokation von Photoassimilaten in Gram-postiven Bakterien. Zudem war steigende trophische Diversität der Bodenfauna in der Rhizosphäre entscheidend für die Balance innerhalb der mikrobiellen Gemeinschaft, welche das Pflanzenwachstum fördert. Diese Arbeit stellt die Bedeutung der endogenen Ressourcenzuteilung von Pflanzen für unterirdische biotische Wechselbeziehungen heraus. Diese Pflanzenstrategie als bedeutender Faktor für Rhizosphärenprozesse sollte in zukünftige Studien Berücksichtigung finden. Die Einbeziehung der Hauptakteure in der Rhizosphäre ermöglicht zudem ein realistischeres Bild von Nematoden-Pflanzen Interaktionen und damit ein effektiveres Management., This thesis investigated the response of Pedunculate oak to the plant-parasitic nematode Pratylenchus penetrans, using RNA-sequencing, stable isotope labelling and fatty acid analyses. Insight into rhizosphere interactions was gained by employing beneficial biotic partners (ectomycorrhizal fungi, rhizosphere helper bacteria), fungal grazers (Collembola) and multitrophic environments. Microbial biomass and community structure as well as oak fitness were assessed. The effects of root-feeding nematodes on oak were largely governed by the endogenous rhythmic growth of the tree. The nematodes triggered a stronger response during shoot flush, e.g. activation of multi-layered defence mechanisms and repression of photosynthesis, as compared to root flush where pathogen-related signalling was repressed. With the presence of the mycorrhizal symbiont plant defence was attenuated and stress tolerance enhanced, indirectly promoting the growth of rhizosphere microorganisms. The helper bacteria fostered the ectomycorrhizal fungus, which in turn stimulated plant growth, counteracting the negative effects of nematodes. Plant-parasitic nematodes and Collembola grazers had independent roles in plant carbon allocation patterns, with nematodes hampering whilst Collembola enhancing the flux of recent photoassimilates to Gram-positive bacteria. Lastly, increasing trophic diversity of the soil fauna in the rhizosphere of oaks was crucial for the maintenances of a microbial community equilibrium that promotes plant growth. In sum, this study highlights the importance of endogenous resource allocation pattern of plants in determining the outcome of belowground biotic interactions. Therefore such plant traits should be considered as important drivers for rhizosphere processes in future studies. Moreover, taking into account the rhizosphere main players in studies on parasitic nematode-plant interactions will result in a more realistic picture and thus more effective nematode management.

Rezente Korallenriffe sind einer ganzen Reihe von Bedrohungen ausgesetzt. Das Pleistozän bietet die Gelegenheit Veränderungen an Korallenriffgemeinschaften durch Klimaschwankungen hinweg zu studieren und mit heutigen Riffen zu vergleichen. Am besten sind pleistozäne Riffe in der Karibik untersucht, während aus dem Indo-Pazifik, der über eine deutlich höhere Biodiversität verfügt, bisher nur wenige quantitative Studien vorliegen. Frühere Studien zeigen eine erstaunliche Stabilität und Langlebigkeit der Korallengemeinschaften hinsichtlich Diversität und taxonomischer Zusammensetzung trotz extremer Meeresspiegelschwankungen und starker klimatischer Veränderungen im Quartär. Die vorliegende Arbeit behandelt zwei Regionen, aus der quantitative Daten auf Artniveau über die Zusammensetzung der fossilen Korallengemeinschaften bisher weitestgehend fehlten: das tropische Vanuatu (Südpazifik) und der subtropische Sinai, Ägypten (nördliches Rotes Meer). In Vanuatu sind mindestens 5 fossile Riffterrassen mit einem Alter von etwa 5000 - 400.000 Jahren überliefert, von denen 4 detailliert untersucht werden konnten. Veränderungen in der Diversität wurden sowohl lateral als auch vertikal nur mit unterschiedlichen Riffhabitaten in Verbindung gebracht. Die Riffe waren insgesamt über die Interglaziale bin ins mittlere Holozän hinweg stabil. Nur die Gattung Acropora scheint erst in den letzten 96.000 Jahren häufiger zu werden. In Ägypten wurden Daten aus der jüngsten interglazialen Terrasse (MIS 5e, ~125.000 Jahre) mit rezenten Daten aus dem Roten Meer verglichen und eine Migration von Arten nach Norden während des letzten Interglazials belegt. Diese Beobachtung unterstützt frühere Arbeiten, die eine Verschiebung der Riffdiversität in höhere Breiten verbunden mit einer Abnahme der Diversität in niederen Breiten aufzeigten, sowie Studien, die das nördliche Rote Meer als mögliches Refugium für Korallen im Zuge der weiteren Klimaerwärmung sehen. The Pleistocene provides the opportunity to study changes of coral reef communities through times of climate change, and to compare fossil to recent reefs. Whereas Pleistocene reefs from the Caribbean are well studied and understood, the much larger Indo-Pacific region with a greater coral diversity is represented by only a few quantitative studies on community ecology. Previous studies observed an astonishing persistence and stability in community composition and diversity throughout several interglacial episodes until today, which is contradictory to the claim that recent coral reefs are especially sensitive to climate change. The present study deals with two Indo-Pacific regions that so far lacked quantitative data of fossil reef communities: tropical Vanuatu (Coral Sea) and subtropical Sinai, Egypt (northern Red Sea). In Vanuatu at least seven fossil reef terraces with ages between 5,000 and 400,000 years are preserved, of which four could be studied in more detail. A great variability was observed among terraces and especially among sub-environments within terraces. Reefs remained stable in terms of diversity throughout the Pleistocene and Holocene but it seems that the dominance of the coral genus Acropora is a fairly recent phenomenon in Vanuatu, because this genus does not play a large role in terraces older than 96,000 years (MIS 5c). In Egypt quantitative and binary data from the last interglacial episode (MIS 5e) were compared with data from the recent Red Sea and adjacent regions. These show a northward migration of coral taxa during the last MIS5e. This observation confirms earlier studies that demonstrated a range expansion of tropical reef communities towards higher latitudes, and supports studies that suggest the northern Red Sea and especially the Gulf of Aqaba as future refuge for corals during climate warming. These results indicate that coral reefs were able to cope with dramatic environmental changes in the absence of anthropogenic impact.

Collembola feed on a wide range of soil fungi, but possible interactions with other resources like algae, Cyanobacteria or seeds are poorly understood. The results of this thesis show that algae differ in their attractiveness and quality for Collembola and even euedaphic species benefit from them. Sympatric species of Collembola show differences in their food choice behaviour as well as in the utilisation of ingested food. The lipid analysis of consumers and their recourses assigned two new trophic biomarkers for Collembola reared on algal diets. Furthermore, this study provided proof that living algal cells can be detected in the faeces of Collembola. This confirms the assumption that Collembola contribute to the dispersal of algae. Simultaneously, fatty acid pattern of faecal pellets suggested that faeces are enriched with gut-associated microorganisms which were also deposited. This mechanism could have important influence on soil microbial communities.

Amphibienpopulationen sind weltweit bedroht. Für fundierte Entscheidungen im Naturschutz ist ein wissenschaftliches Hintergrundwissen notwendig. Eine wichtige Komponente ist die Verbreitung der Arten und die Gründe hierfür. Dies setzt auch Klarheit bezüglich des taxonomischen Status voraus. Vernachlässigte Regionen liegen meist in den Tropen. Um diese Lücke zu füllen, untersucht die vorliegende Arbeit die Makroökologie westafrikanischer Amphibien. Eine neue Art der Familie Phrynobatrachidae wird beschrieben. Anschließend werden die taxonomischen Unterschiede zweier Mitglieder der Familien der Hyperoliidae und der Arthroleptidae untersucht. Dies ebnet den Weg für die Makroökologie. Es wird analysiert, ob Westafrika eine einzigartige biogeographische Region ist. Die Untersuchung zeigen, dass Westafrika in der Tat einzigartig ist. Die Ähnlichkeiten innerhalb der Region sind größer als die innerhalb ähnlicher Habitate aus unterschiedlichen Regionen. Der Cross River ist die wichtigste Barriere. Mehrere geographische Zonierungen innerhalb Westafrikas werden entdeckt. Es wird untersucht, ob der Chytrid Pilz, Batrachochytrium dendrobatidis, (Bd), ein wichtiger Faktor beim Rückgang der Amphibien Populationen, in West Afrika vorkommt. Bisher gibt es keinen positiven Nachweis westlich Nigerias. Dennoch sagen Modelle geeignete Habitate für Bd vorher. Die wahrscheinlichste Erklärung ist, dass die Dahomey Gap als natürliche Barriere die Ausbreitung von Bd verhindert. Als letztes werden die Nischen westafrikanischer Amphibien eruiert. Für die meisten Arten werden Nischenmodelle berechnet. Dies bestätigt bereits bekannte Gebiete hoher Alpha Diversität und zeigt bisher unbekannte Gebiete auf. Des Weiteren werden Erklärungen für unterschiedliche Verbreitungsgebietsgrößen gesucht. Generell wird die Nischenbreite hierfür verantwortlich gemacht. Die vorliegenden Daten lassen allerdings auch den Schluss zu, dass das Ausbreitungsvermögen das beobachtete Muster ebenfalls erklären kann. Amphibian populations are declining globally. For informed conservation decisions a sound scientific background is needed. One major component is species distribution and the underlying causes. This also requires clarity on the taxonomic status. Often neglected regions are located in the tropics. In order to fill this gap, the present thesis examines the macroecology of West African amphibians. A new species of the family Phrynobatrachidae is described. Afterwards, the taxonomic differences between morphologically similar members of the families Hyperoliidae and Arthroleptidae are discussed. Beside other studies, this sets the field for macroecology. It is tested whether West Africa is a unique biogeographic region. The similarity of amphibian assemblages from Sub-Saharan Africa is analysed and it is shown that West Africa contains unique assemblages. Similarities within the region are higher than similarities between habitats across different regions. The main barrier towards Central Africa is the Cross River. Several geographic divisions within West Africa are detected. It is examined whether the chytrid fungus Batrachochytrium dendrobatidis (Bd), one important factor for amphibian population declines in many other regions, occurs in West Africa. So far there is no positive record west of Nigeria. However, models predict that environmental suitability for Bd is high. The most plausible explanation for the absence is that the Dahomey Gap acted as a natural barrier against the spread of the Bd. Finally, the niches of West African amphibians are investigated. For most species environmental niche models are calculated. This confirms previously known areas of high alpha diversity and so far unknown species rich areas are detected. In a further study, explanations for differing range sizes are searched for. Niche breadth is commonly assumed to be the general cause. However, the analysed data also suggests that dispersal ability can also explain the observed pattern.

Durch die Zunahme der Biogasproduktion in den letzten Jahren hat sich auch die Menge von Gärprodukten, die verbleibenden Rückstände, entsprechend erhöht. In Deutschland fallen jährlich mehr als 50 Millionen Tonnen Gärprodukte an, die als Dünger verwendet werden. Damit werden Nährstoffe in den Kreislauf landwirtschaftlicher Ökosysteme zurück-geführt. Allerdings sind die agroökologischen Wirkungen noch nicht hinreichend erforscht. Aus diesem Grund wurden die folgenden Parameter untersucht: Einfluss von trockenen und flüssigen Gärprodukten auf dem Ertrag von drei ausgewählten Fruchtarten im Vergleich zu oder in Kombination mit Mineraldünger in On-Farm Versuchen; Wachstum, Entwicklung und Ertrag von zwei ausgewählten Fruchtarten im Vergleich zu Mineraldünger, Gülle und Stallmist in einer vollständig randomisierten Blockanlage; Einfluss auf ausgewählte Bodenlebewesen im Vergleich zu Mineraldünger, Gülle und Stallmist in einer vollständig randomisierten Blockanlage. Zusätzlich wurde die Mineralisierung von flüssigen und festen Gärprodukten im Vergleich zu Gülle und Stallmist untersucht, um Effekte der verschiedenen Düngestoffe auf die Humusbildung unter kontrollierten Bedingungen zu bestimmen. With the increase of biogas production in recent years, the amount of digestates or the remaining residues increased accordingly. Every year in Germany more than 50 million tons of digestates are produced, which are used as fertilizer. Thus nutrients return into the circulation of agricultural ecosystems. However, the agro-ecological effects have not been deeply researched until now. For this reason, the following parameters were quantified: the influence of dry and liquid fermentation products on the yield of three selected crops in comparison to or in combination with mineral-N-fertilizers in on-farm experiments; the growth, development and yield of two selected crops in comparison to mineral-N-fertilizer, liquid manure and farmyard manure in a randomized complete block design; selected soil organisms as compared to mineral-N-fertilizer, liquid manure and farmyard manure in a randomized complete block design. In addition, the mineralization of dry and wet digestates in comparison with liquid manure and farmyard manure was investigated in order to evaluate the effects of different fertilizers on the humus formation under controlled conditions.