RECONNECT konzentriert sich auf die Entkopplung der Erhaltung der biologischen Vielfalt von anderen Anliegen an Landschaften und Gesellschaften. Fragmentierung, Konflikt und Entkopplung können institutioneller, ökologischer und sozialer Natur sein. Dies äußert sich in unterbrochenen ökologischen Strömen durch Habitatnetzwerke, in isolierter sektoraler Planung und in pluralen Lebensstilen und Werten - was zu Spannungen zwischen Erhaltungs-, Gerechtigkeits- und Produktionszielen führt. Wir werden mit Stakeholdern zusammenarbeiten, um anhand von vier Fallbeispielen fundiertes Wissen über die Möglichkeiten des Umgangs mit institutionellen, ökologischen und sozialen Grenzen zu gewinnen. Untersuchungsgebiete in Frankreich, Deutschland, Südafrika und Schweden erstrecken sich entlang von Stadt-/Land-Gradienten mit kontrastierenden Arten des Managements von Schutzgebieten und umliegenden Landschaften. Der inter- und transdisziplinäre "Wiederverkopplungs"-Ansatz wird erreicht durch 1) die Entwicklung eines kohärenten Satzes von Instrumenten und Prozessen zur systematischen Identifizierung und Bewertung der Verbindungen zwischen Ökosystemen, gemeinschaftlichen Werten und verschiedenen institutionellen Arrangements; und 2) die Entwicklung von Governance-Modellen und -Praktiken zum Offenlegen und zur Bewältigung von Spannungen sowie zur Verbindung von Menschen und Ökosystemen. Sozial-ökologische System- und Governance-Forscher werden im Arbeitspaket (WP) 1 den sozial-ökologischen Kontext für den Schutz der biologischen Vielfalt bewerten und integrierte Governance-Optionen für die Durchführung wirksamer Erhaltungsmaßnahmen identifizieren. Naturschutzbiologen und funktionelle Ökologen nutzen in WP2 ihre Fähigkeiten in der Modellierung von Biodiversität und Ökosystemdienstleistungen, um die verschiedenen Dimensionen der funktionellen Konnektivität zu quantifizieren. In WP3 erforschen Landschaftsökologen und Geographen die Werte der Natur und identifizieren Synergien und Bereiche für die Wiedervernetzung. In WP4 versuchen Experten für institutionelle Analyse und Wissenskooperation, verschiedene Bereiche für Zusammenarbeit und Konfliktmanagement zu bewerten. In WP5 führen Experten für Nachhaltigkeitswissenschaften und transdisziplinäre Deliberation die Synthese der Projektergebnisse durch. Spezialisten für Naturschutzpolitik und Kommunikation werden in WP6 die Ergebnisse über einschlägige Kommunikationsplattformen wie PANORAMA und das EU Knowledge Centre for Biodiversity verbreiten. Gemeinsam werden die Arbeitspakete sektorübergreifende Governance in die Umsetzung des Globalen Biodiversitätsrahmens nach 2020 einbringen.
EDELNASS fokussiert auf die stoffliche Verwertung von Aufwüchsen von wiedervernässten Moor-Grünland, welches heterogen in der Artenzusammensetzung ist und oft Bewirtschaftungseinschränkungen unterliegt (z.B. Erntezeitpunkt). Biomasse und ihre Standortparameter von 5 Moorstandorten in ganz Deutschland werden analysiert und hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit in 2 Verwertungsverfahren untersucht, getestet und bewertet: (i) Umwandlung in Bioraffinerien zu den biobasierten, hochwertigen Basischemikalien HMF und Furfural und der Optimierung der Verfahren an der Universität Hohenheim. Ebenso wird Lignin als weiteres Produkt hergestellt. Das HMF kann zur Herstellung des recyclebaren, biobasierten Hochleistungskunststoff PEF weiterverarbeitet werden, woraus die Hochschule Albstadt-Sigmaringen nachhaltige Verpackungslösungen entwickelt, (ii) Das Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie stellt zusammen mit seinen Partnern Faserstoffe aus der Biomasse her und verarbeiten diese weiter zu Papieren und Fasergussformteilen. Kopplungspotentiale von Stoffströmen der Rohstofffraktionen zwischen den Verfahren untersucht, indem Zwischen- und Nebenprodukte der Verfahren in die jeweils anderen Prozesse eingespeist werden. Ziel der Untersuchungen ist es, neue Wertschöpfungsketten auf der Grundlage von Nasswiesen-Bewirtschaftung zu entwickeln, die eine produktive Nutzung von Nassgrünland mit dem Erreichen von Naturschutz- und Klimaschutzzielen verbindet. Für eine zukünftige Honorierung von Ökosystemdienstleistungen vernässter Moore werden Datengrundlagen erstellt: CO2-Bilanz der Verfahren und möglicher Produkte (inkl. bodenbürtiger Emissionen), Entwicklung von Artenvielfalt und Wasserqualität. Die Kosten von der Rohstoffbereitstellung bis zum Endprodukt werden analysiert, um geeignete Betriebsmodelle für die einzelnen Verfahren abzuleiten und beispielhaft in Moorregionen zu projektieren.
Zielsetzung:
Klimatische Veränderungen beeinflussen die verfügbare Wassermenge und -qualität in Talsperren, was deutliche Auswirkungen auf die Sicherheit der Trinkwasserversorgung und auf die Ökosysteme der Stauseen und den Landschaftswasserhaushalt hat. Klimaprognosen deuten für Gebiete wie den Harz auf einen Anstieg von Niederschlägen im Winter und häufigere Trockenperioden im Sommer hin, was stärker schwankende Wasserstände bedeutet. Zur Anpassung im Management der Talsperren und deren Ökosystemen mangelt es jedoch oft an präzisen Vorhersagen und den nötigen Instrumenten, um risikobasierte Entscheidungen über notwendige dynamische Betriebsstrategien zu treffen. Vor diesem Hintergrund soll im Rahmen des Projekts ein vorhersagebasiertes, mengen- und gütegewichtetes Entscheidungsunterstützungssystem für Talsperren entwickelt werden, welches auf datengetriebenen Modellen basiert und am Beispiel des Systems der Harzwasserwerke implementiert wird.
Das Projekt konzentriert sich darauf, durch die Nutzung moderner Technologien und Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI), wie LSTM-Netzwerke (Long Short-Term Memory) und Ensemble-Methoden, zuverlässige Vorhersagen des Wasserbedarfs und -dargebots zu erstellen. Diese Vorhersagen werden in ein hydrodynamisches Optimierungsmodell integriert, um eine flexible und belastbare Entscheidungsunterstützung im Ereignisfall zu ermöglichen. Hierdurch sollen die verschiedenen Bewirtschaftungsziele wie Hochwasserschutz, Versorgungssicherheit, Ökosystemleistungen, Landschaftswasserhaushalt und Energieerzeugung bestmöglich erfüllt werden. Die Kombination von Echtzeit-Sensoren, Open-Source-Datensätzen und fortschrittlichen Datenanalyse-Tools ermöglicht es, komplexe und dynamische Prozesse zu simulieren und in Echtzeit Informationen bereitzustellen. Im Sinne der nachhaltigen Klimawandelanpassung werden so proaktive Maßnahmen zur Unterstützung der Versorgungssicherheit, des Hochwasserschutzes sowie des Landschaftswasserhaushaltes ermöglicht.
Die Implementierung des Demonstrators im System der Harzwasserwerke soll die Vorteile einer proaktiven Steuerung demonstrieren und eine multikriterielle Bewertung im Vergleich zu herkömmlichen Methoden ermöglichen. Der Fokus liegt nicht nur auf einem hohen Technology Readiness Level, sondern auch auf der Handhabung von Unsicherheiten und der Berücksichtigung verschiedener Vorhersagehorizonte. Diese sind für die verschiedensten wasserwirtschaftlichen Zielsetzungen von entscheidender Bedeutung.
Bodenwasserbewegung ist ein Schlüsselprozess in mehreren bereitstellenden und regulierenden Ökosystemdienstleistungen. Die genaue Vorhersage mit mathematischen Modellen bleibt jedoch aufgrund großer Unsicherheiten in allen Modellkomponenten eine Herausforderung, selbst wenn prozessbasierte Beschreibungen wie die Richards-Gleichung verwendet werden. Datenassimilationsmethoden bieten die Möglichkeit, Informationen aus unsicheren Modellen und unsicheren Messungen zu einer verbesserten konsistenten Zustandsbeschreibung zu verbinden, sofern die Unsicherheiten korrekt quantifiziert werden können. Die größten Unsicherheiten liegen dabei typischerweise in den hydraulischen Eigenschaften des Bodens. Werden die relevanten hydraulischen Parameter in einem erweiterten Zustand berücksichtigt, können diese mit den Datenassimilationsmethoden geschätzt werden. Dies ist selbst in Gegenwart von Modellfehlern wie z.B. präferentiellem Fluss möglich, falls diese Fehler entsprechend berücksichtigt werden. Bisher konnten solche konsistenten Beschreibungen nur auf kleinen Skalen bis hin zu eindimensionalen Bodenprofilen demonstriert werden. Auf größeren Skalen wurden noch keine detaillierten prozessbasierten Beschreibungen erreicht. Dies ist auf fehlende Informationen über die heterogenen bodenhydraulischen Eigenschaften in Kombination mit den hochgradig nichtlinearen und interagierenden Prozessen zurückzuführen. Eine einzigartige Forschungsinfrastruktur für die experimentelle Untersuchung der Bodenhydrologie von Hängen ist das Landscape Evolution Observatory (LEO) in der Biosphere 2. Es besteht aus drei künstlichen Hängen mit einem ausgedehnten Sensor- und Probennehmernetzwerk. Um das Verständnis auf dieser größeren Hangskala zu verbessern, ist das Ziel dieses Projektes die konsistente und prozessbasierte Beschreibung der Bodenwasserbewegung am LEO, einschließlich der Darstellung von Heterogenität und Evolution der bodenhydraulischen Parameter. Der Focus liegt dabei auf den folgenden Aspekten: (i) die Ableitung der zeitlichen Entwicklung der bodenhydraulischen Parameter durch Datenassimilation an ausgewählten Profilen in den Hängen, (ii) die Bestimmung der Heterogenität der bodenhydraulischen Eigenschaften und deren Auswirkungen durch hydraulische Experimente und Vorwärtssimulationen und (iii) die Entwicklung und Verifizierung einer konsistenten Beschreibung von Teilen der Hänge durch Datenassimilationsmethoden. Dieses Projekt wird die Frage beantworten, ob die derzeitigen Beobachtungstechniken ausreichen, um eine konsistente und ausreichend akkurate Beschreibung der Hanghydrologie zu erhalten, und wenn ja, wie und mit welcher Unsicherheit diese Darstellung erreicht wird. Darüber hinaus erwarte ich einen quantitativen Einblick in die Ausbildung der Heterogenität am LEO.
Der Schutz natürlicher Lebensräume ist ein Ziel vieler regionaler politischer Strategien und steht im Einklang mit den globalen Verpflichtungen, mindestens 30 % der Land- und Meeresökosysteme zu schützen. In Agrarlandschaften spielen natürliche und naturnahe Lebensräume eine entscheidende Rolle, da sie nützliche Arten fördern, die Ökosystemleistungen erbringen, welche für produktive und nachhaltige landwirtschaftliche Systeme von zentraler Bedeutung sind. Das geplante Projekt zielt darauf ab, die Rolle naturnaher Lebensräume in der Agrarlandschaft hinsichtlich der Förderung von Insektengemeinschaften und Ökosystemleistungen zu untersuchen. Wir konzentrieren uns auf Laufkäfer (Carabidae) als Zielgruppe, da sie zu den häufigsten und vielfältigsten Taxa in landwirtschaftlichen Systemen der gemäßigten Zonen gehören und einen wichtigen Beitrag zur biologischen Kontrolle von Insektenschädlingen und Unkrautsamen leisten. Darüber hinaus wollen wir die Anwendung von weit verbreiteten Monitoringinstrumenten zur Quantifizierung der von Laufkäfern und anderen nützlichen Taxa erbrachten Ökosystemleistungen verbessern. Im Rahmen des Projekts wird die Bedeutung verschiedener naturnaher Lebensräume (z. B. Hecken, Blühflächen, Grasstreifen und Grünland) für die funktionelle Vielfalt der Laufkäfer analysiert. Hierbei werden die Anfälligkeit von Laufkäfer-Gemeinschaften für den Verlust von Arten aufgrund von Lebensraumverlusten simuliert (WP1), die Nutzung der Lebensräume durch Laufkäfer während des gesamten Jahres, einschließlich der wenig beforschten Winterzeit, betrachtet (WP2), der Zusammenhang zwischen dem Lebensraumtyp und dem Ernährungszustand einer weit verbreiteten Laufkäferart erforscht (WP3), die Beeinflussung der biologischen Kontrolle von Schadinsekten und Unkrautsamen durch Lebensraumtyp und Ernährungszustand untersucht (WP4) und Instrumente zum Monitoring der räuberischen Aktivität von Laufkäfern in landwirtschaftlichen Systemen weiterentwickelt (WP5). Durch die Kombination von Simulationsmodellen mit Feld- und Laborexperimenten wird dieses Projekt beitragen, die Lebensräume zu identifizieren, die für die Förderung funktioneller Laufkäfergemeinschaften und Ökosystemleistungen erforderlich sind. Außerdem wird das Projekt helfen, zu verstehen, wie Laufkäfer verschiedene Lebensräume über das Jahr hinweg nutzen und welche Rolle verschiedene Lebensräume als Ressourcenlieferanten für Laufkäfer aufweisen. Das Gesamtziel dieses Projekts ist, den Schutz und die Pflege naturnaher Lebensräume in Agrarlandschaften zu verbessern sowie unsere Fähigkeit zur Gestaltung funktionaler und widerstandsfähiger Agrarlandschaften zu stärken.