EFFECTS!OF!ROUNDUP !ON!EARTHWORMS! AND!MYCORRHIZA!IN!A ...

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EFFECTS!OF!ROUNDUP®!ON!EARTHWORMS!

AND!MYCORRHIZA!IN!A!MODEL!ECOSYSTEM!

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Masterarbeit!zur!Erlangung!des!akademischen!Grades!

DiplomJIngenieur!(DI)!!


an!der!Universität!für!Bodenkultur!Wien!


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eingereicht!von!!


Florian!Heigl,!Bakk.!techn.!


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Betreuer:!Assoc.!Prof.!Johann!G.!Zaller!

Institut!für!Zoologie!

Department!für!Integrative!Biologie!und!Biodiversitätsforschung!

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Jänner!2013!

Abstract(

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Earthworms!and!arbuscular!mycorrhizal!fungi!(AMF)!are!key!components!in!many!
temperate!terrestrial!ecosystems,!influencing!nutrient!cycling!and!overall!ecosystem!
functioning.!The!use!of!total!herbicides!containing!the!active!ingredient!glyphosate!in!
agricultural!and!private!use!is!rising!worldwide,!however!not!much!is!known!on!
possible!side!effects!on!important!soil!organisms!like!earthworms!or!AMF.!Here!we!
investigated,!whether!the!application!of!the!widelyJused!herbicide!Roundup®!influences!
(i)!the!activity!of!the!anecic!earthworm!Lumbricus#terrestris,!(ii)!the!colonisation!of!the!
legume!herb!Trifolium#repens!with!the!AMF!taxa!Glomus#mosseae#and!(iii)!whether!
earthworms!and/or!AMF!influence!potential!leaching!of!glyphosate!and!its!main!
metabolite!AMPA!after!a!simulated!heavy!rainfall.!!
The!experiment!was!conducted!in!an!experimental!greenhouse!at!the!University!of!
Natural!Resources!and!Life!Sciences!Vienna!(BOKU),!Austria.!We!used!24!plastic!pots!
(volume!20!l,!further!called!mesocosms)!filled!with!a!steamJsterilized!field!soil!(Haplic!
Chernozem,!silty!loam)!quartz!sand!mixture.!Mesocosms!were!planted!with!18!T.#repens!
individuals!in!a!regular!pattern.!Three!factors!were!replicated!three!times!in!a!fullJ
factorial!design:!factor!earthworm!(two!levels:!addition!of!4!adult!individuals!of!L.#
terrestris!vs.!no!earthworms),!factor!AMF!(two!levels:!inoculation!with!25!g!of!G.#mosseae!
vs.!no!AMF)!and!factor!herbicide!(two!levels:!179!ml!mJ2!herbicide!application!vs.!no!
herbicide).!One!week!after!the!herbicide!application,!the!mesocosms!were!subjected!to!a!
simulated!rainfall!of!40!l!mJ2.!Herbicide!application!slightly!decreased!earthworm!
activity!and!significantly!reduced!T.#repens!root!colonisation!with!AMF!by!40%.!
Moreover,!considerable!concentrations!of!the!herbicide!and!its!metabolite!were!
measured!in!the!soil!leachate!after!the!simulated!rainfall.!Earthworms!and/or!AMF!
seemed!to!have!no!influence!on!herbicide!leaching.!Taken!together!our!results!give!new!
insights!into!possible!herbicide!effects!on!such!important!nonJtarget!organisms!like!
earthworms!and!mycorrhiza.!Since!these!organisms!are!key!components!in!soil!
ecosystems,!the!herbicide!impact!is!suggested!to!have!broader!consequences!for!the!
functioning!and!services!of!these!ecosystems.!
!
Key#words:#ecological#interactions,#glyphosate,#earthworms,#arbuscular#mycorrhizal#fungi,#
herbicide#leaching#

! 2!

Zusammenfassung(

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Regenwürmer!und!arbuskuläre!Mykorrhizapilze!(AMF)!sind!Schlüsselorganismen!in!
vielen!terrestrischen!Ökosystemen!der!gemäßigten!Breiten,!da!sie!Nährstoffkreisläufe!
und!generell!ÖkosystemJFunktionen!beeinflussen.!Die!Verwendung!von!
Totalherbiziden,!welche!Glyphosat!als!aktiven!Wirkstoff!beeinhalten,!steigt!weltweit!
sowohl!im!AgrarJ!wie!im!Privatsektor;!dennoch!ist!wenig!über!die!möglichen!
Nebenwirkungen!auf!wichtige!Bodenorganismen,!wie!Regenwürmer!oder!AMF!bekannt.!
In!diesem!Experiment!wurde!untersucht,!ob!die!Applikation!des!weit!verbreiteten!
Herbizids!Roundup®!(i)!die!Aktivität!der!anözischen!Regenwürmer!der!Art!Lumbricus#
terrestris,!(ii)!die!Kolonisierung!der!krautigen!Leguminose!Trifolium#repens!mit!dem!
Mykorrhizapilz!Glomus#mosseae!beeinflusst!und!(iii)!ob!Regenwürmer!und/oder!AMF!
die!Auswaschung!von!Glyphosat!und!des!Hauptmetaboliten!AMPA!nach!einem!
simulierten!Starkregen!beeinflussen.!Das!Experiment!wurde!in!einem!Versuchsglashaus!
der!Universität!für!Bodenkultur!Wien!(BOKU)!durchgeführt.!Wir!verwendeten!24!
Plastiktöpfe!(20!l!Volumen,!im!weiteren!Mesokosmen!genannt),!gefüllt!mit!
dampfsterilisiertem!Feldboden!(Tschernosem,!schluffiger!Ton)!gemischt!mit!Quarzsand.!
Die!Mesokosmen!wurden!mit!18!T.#repens!Individuen!in!einem!regelmäßigen!Muster!
bepflanzt.!Drei!Faktoren!wurden!in!einem!voll!faktoriellen!Design!dreimal!repliziert:!
Faktor!Regenwurm!(zwei!Stufen:!Zugabe!von!4!adulten!Individuen!von!L.#terrestris!vs.!
keine!Regenwürmer),!Faktor!AMF!(zwei!Stufen:!Beeimpfung!mit!25!g!G.#mosseae!vs.!kein!
AMF)!und!Faktor!Herbizid!(zwei!Stufen:!179!ml!mJ2!Herbizid!Applikation!vs.!kein!
Herbizid).!Eine!Woche!nach!der!HerbizidJApplikation!wurden!die!Mesokosmen!einem!
simulierten!Regen!mit!40!l!mJ2!ausgesetzt.!Zwei!Wochen!nach!der!HerbizidJApplikation!
war!die!RegenwurmJAktivität!leicht!reduziert!und!die!Mykorrhizierungsrate!der!
Wurzeln!von!T.#repens!um!40%!reduziert.!Nach!dem!simulierten!Starkregen!wurden!
beträchtliche!Konzentrationen!des!Herbizids!und!seines!Metaboliten!im!Sickerwasser!
gemessen.!Regenwürmer!und/oder!AMF!hatten!keinen!nennenswerten!Einfluss!auf!die!
HerbizidJAuswaschung.!Zusammengefasst!bereiten!unsere!Ergebnisse!neue!Einsichten!
in!mögliche!Herbizid!Auswirkungen!auf!wichtige!NichtJZielorganismen,!wie!
Regenwürmer!und!Mykorrhiza.!Da!diese!Organismen!SchlüsselJBausteine!in!
Bodenökosystemen!bilden,!liegt!es!nahe,!dass!diese!Herbizid!Einflüsse!weitreichendere!
Konsequenzen!für!die!Funktion!und!die!Dienstleistungen!dieser!Ökosysteme!haben!
können.!

! 3!