Host location success of root-feeding nematodes in patches that differ in size and quality: A belowground release-recapture experiment

Resource patch size and patch nutritional quality are both important factors influencing local densities of herbivores. The responses of herbivores to resource patch size have been mostly studied in aboveground plant–insect interactions, whereas belowground organisms have received little attention. We studied responses of different root-feeding nematode species associated with marram grass (Ammophila arenaria (L.) Link) to resource patch size and quality. Different nematode species were released in experimental mesocosms filled with dune sand in which we established marram grass patches of varying sizes. Half of the patches of small, medium and large size were fertilized to test if immigration probabilities of nematodes depended on patch quality. We tested the hypotheses that (1) nematodes should aggregate on larger patches and (2) colonization of patches would also depend on patch nutritional quality, with higher nematode recapture rates expected in fertilized patches. Two species (Helicotylenchus pseudorobustus, Hemicycliophora thornei) of the five released species were recaptured in the experiment. The fraction of nematodes immigrating into the rhizosphere of a plant patch increased with patch size (i.e. root biomass), which was in line with predictions of the Resource Concentration Hypothesis. When fractions were recalculated to represent recapture rates per liter of soil, recapture rates of nematodes did not differ among patch sizes, indicating that the increase in recapture rates was directly proportional to the increase in patch size. This suggests that the process through which nematodes located patches was not distinguishable from a random process where entering patches is based on random encounters with patch boundaries. In contrast to our expectation, fertilization had a strong negative effect on patch responses of both nematode species. Our study represents an approach that may be used to explore whether belowground biota behave in similar ways as aboveground biota, in order to determine how perceived differences in environments affect ecological interactions.

ZusammenfassungGröße und Qualität einer Nahrungsressource sind wichtige Faktoren, die die lokalen Siedlungsdichten von Herbivoren beeinflussen. Die Reaktionen von Herbivoren auf die Ressourcengröße wurden meist an oberirdischen Pflanze-Insekt-Interaktionen untersucht, während bodenlebenden Organismen wenig Aufmerksamkeit geschenkt wurde. Wir untersuchten die Reaktionen auf Ressourcenmenge und-qualität an verschiedenen wurzelfressenden Nematodenarten, die mit dem Strandhafer (Ammophila arenaria (L.) Link) assoziiert sind. Wir entließen verschiedene Nematodenarten in experimentelle, mit Dünensand gefüllte Mesokosmen, in die Sandhafergruppen unterschiedlicher Größe gepflanzt worden waren. Jeweils die Hälfte der kleinen, mittleren und großen Pflanzengruppen wurde gedüngt, um zu prüfen, ob die Wahrscheinlichkeit der Besiedelung durch Nematoden von der Ressourcenqualität abhängt. Wir überprüften die Hypothesen, dass (1) sich die Nematoden in den größeren Strandhafergruppen ansammeln sollten und dass (2) die Besiedelung der Gruppen von der Nahrungsqualität abhängen sollte, wobei wir eine höhere Wiederfangrate von Nematoden auf den gedüngten Stellen erwarteten. Zwei Arten (Helicotylenchus pseudorobustus, Hemicycliophora thornei) von fünf eingesetzten wurden wiedergefangen. Der Anteil von Nematoden, die in die Rhizospäre einer Pflanzengruppe eingewandert war, nahm mit der Größe der Gruppe zu (d.h., mit der Wurzelbiomasse), was mit den Vorhersagen der Ressourcen-Konzentrationshypothese übereinstimmt. Als aber die Anteile neu berechnet wurden, um die Wiederfangrate je Liter Boden zu bestimmen, verschwanden die Unterschiede zwischen den unterschiedlich großen Strandhafergruppen. Dies bedeutet, dass die Wiederfangrate direkt proportional zur Ressourcengröße zunahm, und legt nahe, dass der Prozess, durch den die Nematoden die Pflanzengruppen orteten, nicht von einem zufälligem Prozess zu unterscheiden ist, bei dem die Besiedelung eines Rhizosphärenbereichs auf dem zufälligen Eintreffen an der Grenzen dieses Bereichs basiert. Im Gegensatz zu unseren Erwartungen hatte die Düngung einen stark negativen Effekt auf die Besiedelung durch beide Nematodenarten. Unsere Untersuchung stellt einen Ansatz dar, der benutzt werden kann um zu erkunden, ob bodenlebende Organismen sich ähnlich wie oberirdische Organismen verhalten, wenn man bestimmen möchte, wie wahrgenommene Unterschiede in der Umwelt ökologische Interaktionen beeinflussen.