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Stable isotope 15N and 13C labelling of different functional groups of earthworms and their casts
implications for studying below-aboveground interactions
Barbara Heiner
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Johann Zaller
DOI
10.25365/thesis.8499
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30417.37022.676365-8
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
1. Die Aktivität der Regenwürmer (Oligochaeta: Lumbricidae) hat einen substantiellen Effekt auf die Struktur und Fruchtbarkeit des Bodens, mit Konsequenzen für die Diversität der Pflanzengemeinschaft und deren Ökosytemfunktionen. Dennoch mangelt es an Erklärungen über die funktionelle Rolle die Regenwürmer in terrestrischen Ökosystemen spielen, was teilweise darauf zurückzuführen ist, dass die Methoden zur Untersuchung der Regenwurmaktivität mangelhaft erforscht sind.
2. In dieser Studie wurde untersucht, ob es möglich ist Regenwürmer und ihre Exkremente (Regenwurmhäufchen) gleichzeitig mit den stabilen Isotopen 15N und 13C zu markieren, indem Regenwürmer in mit 15N-Ammoniumnitrat und 13C6-Glucose angereichertem Bodensubstrat kultiviert werden.
3. Zusätzlich wurde in dieser Studie untersucht, ob (i) Regenwürmer und deren Häufchen aus verschiedenen funktionellen Gruppen (epigäisch vs. anözisch), sich auch in der Anreicherung der stabilen Isotopen unterscheiden, (ii) sich die Signalstärke unterscheidet, wenn dieselbe Menge an stabilen Isotopen duch eine einmalige oder eine gestaffelte Zugabe eingesetzt wird und (iii) ob sich die Anreicherung an Isotopen in den Häufchen über einen längeren Zeitraumnachweisen lässt, wenn sie entweder unter Laborbedingungen oder eingegraben in mit Feldboden gefüllten Töpfen gelagert werden.
4. Die Ergebnisse dieser Untersuchung zeigen die Umsetzbarkeit einer zeitgleichen Markierung des Gewebes und der Häufchen, sowohl von anözisch (L. terrestris) als auch von epigäisch (A. caliginosa) lebenden Regenwurmarten, mit ein und derselben Methode auf. Der Vorteil dieser Methode ist, dass Regenwürmer und deren Häufchen innerhalb einer viertägigen Kultivierung in einmalig mit stabilen Isotopen angereichertem Bodensubstrat ausreicht, um eine Anreicherung unter realitätsnahen Bedingungen zu erzielen. Die isotopische Anreicherung in den Regenwürmern war auf einem stabilen Niveau für mindestens 21 Tagen nachweisbar, die markierten Häufchen konnten für mindestens 105 Tage ohne einer signifikanten Abnahme des isotopischen Signals gelagert werden.
5. Diese einfache und effiziente Methode eröffnet neue Möglichkeiten der Untersuchung der (i) Aktivität der Regenwürmer als einer der wichtigsten Ökosystem-Ingenieure, (ii) funktionellen Beziehungen zwischen Regenwürmern und anderen Organismen und (iii) der Rolle der Regenwürmer im Nährstoffkreislauf von Ökosytemen.
Abstract
(Englisch)
1. The activity of earthworms (Oligochaeta: Lumbricidae) has substantial effects on the structure and fertility of soils with consequences for the diversity of plant communities and associated ecosystem functions. However, we still lack a clear understanding of the functional role earthworms play in terrestrial ecosystems, partly because easy-to-use methods to track the activities of earthworms are missing.
2. Here we tested whether earthworms and their casts can be dual-labelled with 15N and 13C by cultivating them in soil substrate added with 15N ammonium nitrate and 13C6 -glucose stable isotopes.
3. Additionally, we also wanted to know whether (i) earthworms and casts from different functional groups (soil-feeders vs. litter-feeders) would differ in their incorporation of stable isotopes, (ii) the labelling signal would differ if the same amount is applied once or staggered, and (iii) the duration of the isotopic enrichment in casts changes if they are stored under constant conditions or were inserted in potted field soil.
4. Our findings show the feasibility of dual-labelling both for the tissue and casts of both litter-feeding (L. terrestris) and soil-feeding (A. caliginosa) earthworms using the same method. The advantage of this method is that it labels earthworms and their casts under realistic conditions where earthworms need to be cultivated for only four days in soil that received a one-time addition of commercially available stable isotopes. In earthworms, the isotopic enrichment remained at a stable level for at least 21 days; labelled casts can be stored for at least 105 days without a significant decrease in their isotopic signals.
5. This simple and efficient method opens new avenues for tracing the activities of these important ecosystem engineers, exploring the functional relationships between earthworms and other organisms or studying ecosystem nutrient cycling.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
carbon isotope nitrogen isotope soil invertebrates tracer study labelling method
Schlagwörter
(Deutsch)
Kohlenstoff Isotope Stickstoff Isotope Boden Invertebraten Indikatorstudie Markierungsmethode
Autor*innen
Barbara Heiner
Haupttitel (Englisch)
Stable isotope 15N and 13C labelling of different functional groups of earthworms and their casts
Hauptuntertitel (Englisch)
implications for studying below-aboveground interactions
Paralleltitel (Deutsch)
Markierung verschiedener funktioneller Gruppen von Regenwürmern und deren Casts mit stabilen Isotopen 15N und 13C : Folgerungen für die Untersuchung von unter-/ oberirdischen Wechselwirkungen
Publikationsjahr
2010
Umfangsangabe
25 S.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Johann Zaller
Klassifikation
42 Biologie > 42.91 Terrestrische Ökologie
AC Nummer
AC08127596
Utheses ID
7663
Studienkennzahl
UA | 444 | | |