MultiTroph

Multi-trophic interactions in a forest biodiversity experiment in China

Zwei Personen, ein Mann und eine Frau, in einem Wald in China, die Nisthilfen für Hymenoptera (Hautflügler) kontrollieren. Die Nisthilfen mit einem Plastikbehälter vor Regen geschützt.

Unsere multidisziplinäre Forschungsgruppe MultiTroph nutzt das weltweit größte Biodiversitäts-Ökosystem-Funktions-Experiment BEF-China, um die Mechanismen zu ermitteln, die den Beziehungen zwischen biologischer Vielfalt und Ökosystemfunktionen auf verschiedenen trophischen Ebenen zugrunde liegen. Die im Rahmen von MultiTroph untersuchten Interaktionen konzentrieren sich auf funktionale Redundanz und Komplementarität, die über spezifische Interaktionsmodule einschließlich der wichtigsten trophischen Ebenen identifiziert werden. Unser Leitgedanke ist die Erwartung, dass quantitative trophische Interaktionsnetzwerke dazu beitragen, Nischenüberschneidungen innerhalb von Interaktionen in generalisierten/redundanten Gemeinschaften mit überlappenden Nischen in baumartenreichen Lebensräumen zu identifizieren.

Zielsetzung und Methodik

Unser Ziel ist es, die Interaktionen verschiedener trophischer und funktioneller Gruppen von Konsumenten mit Bäumen entlang eines experimentellen Baumdiversitätsgradienten zu quantifizieren, um schließlich die verschiedenen Interaktionstypen in großen Nahrungsnetzen zu verbinden. In sechs Teilprojekten (SP) untersuchen wir verschiedene Fragen zu multitrophischen Interaktionen. SP1 befasst sich mit der Zersetzung von Holz und den Interaktionen der Zersetzer, SP2 untersucht die Interaktionen zwischen Boden und Pflanzen und SP3 befasst sich mit Nahrungsnetzen zwischen Pflanzen und Arthropoden. SP4 befasst sich mit multitrophischen Interaktionen von stengelnistenden Hymenopteren, SP5 mit trophischen Interaktionen in verschiedenen Stadien der Baumverjüngung und SP6 mit trophischen Interaktionen von Ameisen.

Teilprojekte

Z1: Administrative und wissenschaftliche Koordination

SP1: Holzzersetzung und Interaktionen zwischen Zersetzern

Die übergeordneten Ziele von SP1 sind die Charakterisierung der Bottom-up-Effekte der Baumvielfalt auf (1) die Menge und Vielfalt des natürlich vorkommenden Totholzes, um die Ressourcenverfügbarkeit und -qualität für saproxylische Insekten und den Nährstoffeintrag in den Boden entlang dieses Zersetzungsweges zu bewerten, (2) die Vielfalt (funktionelle Merkmale) der saproxylischen Insektengemeinschaften in natürlich vorkommendem Totholz und wie diese indirekt durch die Baumvielfalt durch Veränderungen der biotischen Interaktionen geformt werden, die den Aufbau der Gemeinschaft beeinflussen können, (3) funktionelle Merkmale saproxylischer Insekten im Totholz und ihre Auswirkung auf die Zersetzungsrate des Holzes unter Verwendung von experimentell exponiertem Totholz mit und ohne Insektenausschluss, (4) Vergleich der Totholzbesiedlung und Zersetzungsrate von hängendem Totholz mit Totholz am Boden. Unsere Arbeit wird dementsprechend in vier Workpackages (WP) gegliedert sein, die den Hauptzielen entsprechen.

Teilprojektleitung:
Heike Feldhaar, Universität Bayreuth
Simon Thorn, Universität Würzburg

Doktorand:
Matteo Dadda, Universität Bayreuth

Chinesische Partnerin:
Arong Luo, Institut für Zoologie, Chinesische Akademie der Wissenschaften, Beijing

SP2: Boden-Pflanze-Interaktionen und Stöchiometrie

Dieses Teilprojekt zielt darauf ab, die Wechselbeziehungen zwischen trophischen Interaktionen, Baumvielfalt und Bodenerosion mit einer Multi-Element-Stöchiometrie der Ressourcen und verschiedenen trophischen Ebenen (Pflanzen als Primärproduzenten und Bodenmikroorganismen als Konsumenten) zu testen. Darüber hinaus wird im Rahmen des Projekts eine vollständige Basisdatenerhebung für den Boden (alle wichtigen Pflanzennährstoffe und Bodeneigenschaften) durchgeführt, die allen beteiligten Projekten zugute kommen soll.

Teilprojektleitung:
Yvonne Oelmann, Universität Tübingen
Thomas Scholten, Universität Tübingen
Steffen Seitz, Universität Tübingen

Doktorand:
Haikuo Zhang, Universität Tübingen

Chinesische Partnerinnen:
Yu Lian, Botanisches Institut, Chinesische Akademie der Wissenschaften, Peking
Naili Zhang, Beijing Forestry University

SP3: Nahrungsnetze zwischen Pflanzen und Arthropoden, Stöchiometrie und Funktionen

Durch die Erhebung von Daten über die Zusammensetzung der Gemeinschaft, die Verzehrsraten, die Körpermasse und den Elementgehalt von Arthropoden sowie über direkte Nahrungsbeziehungen auf höheren trophischen Ebenen, wollen wir die Reaktionen des multitrophischen Systems Pflanze-Kräuterfresser-Räuber auf den Verlust der Baumvielfalt vorhersagen. Wir erweitern insbesondere frühere Arbeiten, indem wir drei trophische Ebenen (Bäume, pflanzenfressende Arthropoden und räuberische Arthropoden) einbeziehen und multitrophische Gemeinschaften und ihre Interaktionen mit Biomasseverteilungen und Stöchiometrie verknüpfen, um die Analyse von trophischen Pyramiden und energiebasierten Netzwerken zu ermöglichen. Außerdem werden wir für ausgewählte Baumarten tritrophische Netzwerke auf Artniveau aufzeichnen. Im Rahmen des BEF-China-Experiments werden wir neuartige Methoden anwenden (Stöchiometrie, Barcoding des Darminhalts in Zusammenarbeit mit unseren chinesischen Partnern) und zusätzliche Arthropodengruppen aus anderen Vegetationsschichten mit Hilfe verschiedener Erfassungsmethoden sammeln.

Teilprojektleitung:
Jana Petermann, Universität Salzburg
Andreas Schuldt, Universität Göttingen

Doktorandin:
Mareike Mittag, Universität Salzburg

Chinesische Partner:
Douglas Chesters, Zoologisches Institut, Chinesische Akademie der Wissenschaften, Beijing
Ming-Qiang Wang, Chengdu Institut für Biology, Chinesische Akademie der Wissenschaften, Chengdu

SP4: Stängelnistende Hymenopteren und multitrophische Interaktionen

Teilprojekt 4 zielt darauf ab, von der Baumvielfalt abhängige Bottom-up-Funktionen zu unterscheiden, die auf quantitative Interaktionsnetzwerke von stengelnistenden Hymenopteren über trophische Ebenen hinweg einwirken, einschließlich ihrer Nahrungsressourcen und natürlichen Feinde, und testet Faktoren, die die Etablierung von Stengelnistergemeinschaften unter natürlichen Bedingungen in Totholz als alternative Nester beeinflussen.

Teilprojektleitung:
Alexandra-M. Klein, Universität Freiburg
Felix Fornoff, Universität Freiburg
Manuela Sann, Universität Hohenheim

Doktorand:
Massimo Martini, Universität Freiburg

Chinesische Partnerin:
Arong Luo, Zoologisches Institut, Chinesische Akademie der Wissenschaften, Beijing

Partner:
Michael Orr, Naturkundemuseum Stuttgart

SP5: Trophische Interaktionen in verschiedenen Stadien der Baumverjüngung

SP5 befasst sich mit Schlüsselfragen an der Schnittstelle zwischen funktioneller Biodiversitäts-, Populations- und Gemeinschaftsökologieforschung in Wäldern, indem es Informationen aus Beobachtungen und experimentellen Ansätzen kombiniert. Unsere Hauptziele sind die Quantifizierung des Beitrags der Baumvielfalt zu (i) den Stadien des Reproduktionszyklus von Bäumen, die besonders von Wilbellosen-Interaktionen betroffen sind, (ii) der Prädation von Samen vor und nach der Ausbreitung und (iii) der Keimung und Herbivorie von Sämlingen als trophische Interaktionen, die diese Stadien des Reproduktionszyklus beeinflussen, sowie (iv) der Beitrag von Generalisten und Spezialisten zu diesen trophischen Interaktionen.

Teilprojektleitung:
Alexandra Erfmeier, Universität Kiel
Tim Diekötter, Universität Kiel

Doktorand:
Feilong Ji, Universität Kiel

Chinese Partner:
Zhi-Shu Xiao, Institut für Zoologie, Chinesische Akademie der Wissenschaften, Beijing

SP6: Trophische Interaktionen und Funktionen von Ameisen

Die übergeordneten Ziele von SP6 sind, zu testen, ob experimentell manipulierte Baumvielfalt die Vielfalt, Merkmalsverteilung, trophische Interaktionen und Ökosystemfunktionen von Ameisen beeinflusst. Die Hauptziele dieses Teilprojekts sind (1) Quantifizierung der Diversität und der Verteilung funktioneller Merkmale von Ameisen in allen 300 Kernparzellen; (2) Identifizierung der trophischen Position und Bewertung der trophischen Interaktionen von Ameisen; (3) Messung der Ökosystemfunktion „Scavenging“ in den VIP-Parzellen und Prüfung, wie das Zusammenspiel zwischen Baumdiversität, Ameisendiversität, Merkmalsverteilung und trophischen Interaktionen die Ökosystemfunktionalität beeinflusst.

Teilprojektleitung:
Michael Staab, Universität Darmstadt
Heike Feldhaar, Universität Bayreuth

Doktorand:
Joshua Spitz, Universität Darmstadt

Chinesische Partnerin:
Xiaojuan Liu, Botanisches Institut, Chinesische Akademie der Wissenschaften, Peking

Z2: Datenmanagement und Synthese

Die allgemeinen Ziele von Z2 sind

das Sicherstellen eines effizienten Datenmanagements und Förderung von Synergien bei der Verarbeitung von Daten zwischen den MultiTroph-SPs durch umfangreiche Dienstleistungen wie Schulungen und die Pflege und Weiterentwicklung des BEF-China-Datenportals sowie die Unterstützung der Open-Access-Strategie zur Veröffentlichung von Daten und Codes,
Entwicklung einer frühen Synthese, die die SPs von MultiTroph auf der Grundlage verfügbarer und neu generierter Daten verbindet. Diese Daten stellen eine Verbindung zwischen Netzwerkstruktur, Multidiversität und Multifunktionalität her. Der Aufbau der Multidiversität und die trophischen Interaktionen brauchen Zeit, um sich zu etablieren. Aus diesem Grund ist die Einbeziehung früherer Daten aus BEF-China unerlässlich.

Teilprojektleitung:
Andreas Schuldt, Universität Göttingen
Helge Bruelheide, Universität Halle

Postdoc:
Georg Albert, Universität Göttingen

Chinesische Partner:innen:
Huijie Qiao, Zoologisches Institut, Chinesische Akademie der Wissenschaften, Peking
Xiaojuan Liu, Botanisches Institut, Chinesische Akademie der Wissenschaften, Peking
Yi Li, Botanisches Institut, Chinesische Akademie der Wissenschaften, Peking

Bisher ist wenig darüber bekannt, wie die Baumvielfalt die komplexen trophischen Interaktionsnetze im Zusammenhang mit Pflanzen strukturiert. Um zu verstehen, wie die Baumvielfalt mit der Biomasseproduktion, dem Stoffkreislauf und dem Artenschutz zusammenhängt, hat die DFG mit der Forschungsgruppe FOR 891 das weltweit größte Waldbiodiversitätsexperiment im subtropischen China initiiert und damit die Forschungsplattform BEF-China aufgebaut. Mit MultiTroph setzen wir diese wichtige Grundlagenforschung fort.

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Publikationen

Dadda, M., Thorn, S., Luo, A., Deng, X., Liu, X. & Feldhaar, H. (2026): Tree species richness and productivity influence deadwood amount, but microclimate its decay in an early successional subtropical forest. European Journal of Forest Research 145: 80. https://doi.org/10.1007/s10342-026-01919-0
Albert, G., Staab, M., Luo, A., Anttonen, P., Beugnon, R., Cesarz, S., Chen, J., Eisenhauer, N., Erfmeier, A., Fornoff, F., Guo, P., Härdtle, W., Hönig, L, Jiang, L., Klein, A.M., Li, Y., Li, Y., Li, Q., Liu, L., Ma, K., Goddert von Oheimb, G., Rutten, G., Scholten, A., Seitz, S., Singavarapu, B., Trogisch, S., Wang, M.Q., Wang, P., Wu, D., Wubet, T., Yang, X., Yu, M. Zhang N., Schmid, B., Bruelheide, H., Liu, X, Zhu, C.D. & Schuldt, A. (2026): Multitrophic interaction networks mediate biodiversity effects on ecosystem multifunctionality. Nature Communications 17: 5787. https://doi.org/10.1038/s41467-026-75046-0
Guo, P.F., Li, Y., Wang, M.Q., Orr, M., Martini, M., Chen, J.T., Zhou, Q.S., Shi, X.Q., Luo, A., Niu, Z.Q., Klein, A.M. & Zhu, C.D. (2026): Plant traits rather than plant phylogenetic and functional diversity drive bee diversity in a subtropical forest. Journal of Plant Ecology: rtag110. https://doi.org/10.1093/jpe/rtag110
Klein, A.M., Bruelheide, H., Chesters, D., Diekötter, T., Erfmeier, A., Feldhaar, H., Fornoff, F., Grozinger, C., Kranke, N., Liang, Y., Liu, X., Luo, A., Oelmann, Y., Orr, M., Petermann, J.S., Qiao, H., Rehling, F., Sann, M., Scholten, T., Schuldt, A., Seitz, S., Staab, M., Thorn, S., Wang, M.Q., Xiao, Z.S., Zhang, N. & Zhu, C.D. (2026): MultiTroph: Multi-trophic interactions in a forest biodiversity experiment in China. Research Ideas and Outcomes 12: e181743. https://doi.org/10.3897/rio.12.e181743
Xie, T.T., Li, Y., Wang, M.Q., Staab, M., Chen, J.T., Liu, X.W., Shi, X.Y., Zhou, Q.S., Niu, Z.Q., Ma, K.P., Bruelheide, H., Luo, A., Chesters, D., Hao, J.S. & Zhu, C.D. (2026): Tree species richness drives multiple facets of bee diversity via understorey microenvironment. Journal of Animal Ecology, https://doi.org/10.1111/1365-2656.70207
Liu, X., Schuldt, A., Cavender-Bares, J., Paquette, A., Schmid, B. & Ma, K. (2026): Ecological insights from three decades of forest biodiversity experiments. Nature Reviews Biodiversity 2, 9–23. https://doi.org/10.1038/s44358-025-00112-2
Wang, M.Q., Zhang, K., Albert, G., Haider, S., Li, Y., Chen, J.T., Davrinche, A., Zhou, Q.S., Luo, A., Proß, T., Ma, K., Bruelheide, H., Liu, X., Zhu, C.D. & Schuldt, A. (2025): Cascading effects of tree diversity loss on herbivore-parasitoid interactions. Biological Conservation 311: 111418. https://doi.org/10.1016/j.biocon.2025.111418
Li, Y., Schuldt, A., …, Bruelheide, H., …, Li, S., …, Staab, M., … & Liu, X. (2025): The tree growth–herbivory relationship depends on functional traits across forest biodiversity experiments. Nature Ecology & Evolution, https://doi.org/10.1038/s41559-025-02835-z
Wang, M.Q., Albert, G., Chesters, D., Bruelheide, H., Li, Y., Chen, J.T., Haider, S., Li, S., von Oheimb, G., Proß, T., Schnabel, F., Yang, B., Zhou, Q.S., Ma, K., Liu, X., Zhu, C.D., Luo, A. & Schuldt, A. (2025): Tree diversity, tree growth, and microclimate independently structure Lepidoptera herbivore community stability. Ecological Monographs 95: e70026. https://doi.org/10.1002/ecm.70026
Du, T.T., Lu, H.X., Wang, M.Q., Li, Y., Shi, X.Y., Orr, M., Li, J., Luo, A., Klein, A.M., Zhu, C.D. & Guo, P.F. (2025): A solitary wasp boosts nesting success through nest architecture (Hymenoptera, Vespidae, Anterhynchium flavomarginatum). Journal of Hymenoptera Research 98: 709–719. https://doi.org/10.3897/jhr.98.155756
Chen, J.T., Wang, M.Q., Luo, A., Zhang, F., Chesters, D., Liu, S., Li, Y., von Oheimb, G., Kunz, M., Zhou, Q.S., Bruelheide, H., Liu, X.J., Ma, K.P., Schuldt, A. & Zhu, C.D. (2025): Bottom-up and top-down effects combine to drive predator–prey interactions in a forest biodiversity experiment. Journal of Animal Ecology, https://doi.org/10.1111/1365-2656.70103
Gauzens, B., …, Petermann, J.S., Geslin, B. & Hines, J. (2025): Tailoring interaction network types to answer different ecological questions. Nature Reviews Biodiversity 1: 480–489. https://doi.org/10.1038/s44358-025-00056-7
Orr, MC., Albert, G., Hughes, A.C., Koludarov, I., Luo, A., Qiao, H., Wang, M.Q., Chesters, D. & Zhu, C.D. (2025): Science Bulletin 70: 452–453. https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.10.021
Wang, M.Q., …, Chesters, D., Orr, M., …, Staab, M., Chen, J.T., Li, Y., Zhou, QS., Fornoff, F., Shi, X., Li, S., Martini, M., Klein, A.M., Schuldt, A., Liu, X., …, Bruelheide, H., Luo, A. & Zhu, C.D. (2025): Multi-dimensionality of tree communities structure host-parasitoid networks and their phylogenetic composition. eLife, https://doi.org/10.7554/eLife.100202.2.sa2
Li, Y., Schuldt, A., …, Albert, G., …, Bruelheide, H., …, Chesters, D., …, Chen, J.T., …, Fornoff, F., …, Guo, P.F., …, Klein, A.M., …, Li, S., …, Arong Luo, …, Scholten, T., …, Staab, M., Wang, M.Q., Zhang, N., Chao-Dong Zhu, … & Liu, X. (2024): Plant diversity enhances ecosystem multifunctionality via multitrophic diversity. Nature Ecology & Evolution 8: 2037–2047. https://doi.org/10.1038/s41559-024-02517-2
Timm, L., Schaal, J. & Sann, M. (2024): A DNA-barcoding-based approach to quantitatively investigate larval food resources of cavity-nesting wasps from trap nests. Journal of Hymenoptera Research 97: 45–56. https://doi.org/10.3897/jhr.97.117410
Zhang, W., Scholten, T., Seitz, S., Zhang, Q., Chu, G., Wang, L., Xiong, X. & Liu, J. (2024): Rainfall redistribution in subtropical Chinese forests changes over 22 years. Hydrology and Earth System Sciences 28: 3837–3854. https://doi.org/10.5194/hess-28-3837-2024
Witzgall, K., Steiner, F.A., Hesse, B.D. , Riveras-Muñoz, N., Rodríguez, V., Teixeira, P.P.C., Li, M., Oses, R., Seguel, O., Seitz, S., Wagner, D., Scholten, T., Buegger, F., Angst, G. & Mueller, C.W. (2024): Living and decaying roots as regulators of soil aggregation and organic matter formation – from the rhizosphere to the detritusphere. Soil Biology and Biochemistry 197: 109503. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2024.109503
Cherif, M., Brose, U., Hirt, M.R., Ryser, R., Silve, V., Albert, G., Arnott, R., Berti, E., Cirtwill, A., Dyer, A., Gauzens, B., Gupta, A., Ho, H.C., Portalier, S.M.J., Wain, D. & Wootton, K. (2024): The environment to the rescue: can physics help predict predator–prey interactions? Biological Reviews 99: 1927–1947. https://doi.org/10.1111/brv.13105
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Fornoff, F., Lanner, J., Orr, M.C., Xie, T., Guo, S., Guariento, E., Tuerlings, T., Smagghe, G., Parys, K., Ćetković, A., Dubaić, J.B., Geslin, B., Scharnhorst, V.S., Pachinger, B., Klein, A.M. & Meimberg, H. (2024): Home-and-away comparisons of life history traits indicate enemy release and founder effects of the solitary bee, Megachile sculpturalis. Basic and Applied Ecology 76: 69–79. https://doi.org/10.1016/j.baae.2024.02.008
Yu, W., Albert, G., Rosenbaum, B., Schnabel, F., Bruelheide, H., Connolly, J., Härdtle, W., von Oheimb, G., Trogisch, S., Rüger, N. & Brose, U. (2024): Systematic distributions of interaction strengths across tree interaction networks yield positive diversity–productivity relationships. Ecoloy Letters 27: e14338. https://doi.org/10.1111/ele.14338
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Staab, M., Pietsch, S., Yan, H., Blüthgen, N., Cheng, A., Li, Y., Zhang, N., Ma, K. & Liu, X. (2023): Dear neighbor: Trees with extrafloral nectaries facilitate defense and growth of adjacent undefended trees. Ecology 104: e4057. https://doi.org/10.1002/ecy.4057

Ansprechpartner

Dr. Finn Rehling

Projektmanager MultiTroph

finn.rehling@nature.uni-freiburg.de
+49 (0) 761 203-3630

Mehr zur Person

Projektdaten

Projektsprecherin	Prof. Dr. Alexandra-Maria Klein
Projektmitarbeitende der Universität Freiburg	Dr. Finn Rehling Dr. Felix Fornoff Massimo Martini
Laufzeit	10/2022 – 09/2026
Förderung	DFG (FOR 5281)
Kooperationspartner	Chinese Academy of Sciences Universität Göttingen Universität Halle-Wittenberg Universität Bayreuth Universität Würzburg Universität Tübingen Universität Hohenheim Universität Kiel Leuphana Universität Lüneburg TU Darmstadt Universität Salzburg Pennsylvania State University Naturkundemuseum Stuttgart
Webseite	https://multitroph.com

MultiTroph ist eine von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderte multidisziplinäre Forschungsgruppe. Projektnummer: 452861007