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Schwerpunktprogramm (SPP) 1374: Biodiversitäts-Exploratorien; Exploratories for Long-Term and Large-Scale Biodiversity Research (Biodiversity Exploratories), Teilprojekt: Die Funktion der Hyphosphäre für die Kohlenstoff- und Nährstoffverteilung zwischen Pflanzen und Mikroorganismen in Grünlandböden unterschiedlicher Landnutzungsintensität

Prozesse auf der Mikro-Habitat-Skala könnten Veränderungen der Ökosystemfunktionen in Grünlandböden in größerem Maßstab erklären. In der letzten Phase haben wir gezeigt, dass Pilze wichtige Kohlenstoff- und Nährstofftransmitter zwischen der Mineralosphäre und der Rhizosphäre in Grünlandböden sind. In der nächsten Phase wollen wir die spezifische Bedeutung des Hyphosphäre (wurzelloser Boden um die Hyphen) unter Feldbedingungen mit Hilfe neu entwickelter HYPHOboxen untersuchen. Wir werden die Rhizosphäre und die Detritusphäre von der Hyphosphäre trennen. Mit zwei 13C-Markierungsansätzen, einem mit markiertem CO2 und einem mit markierter Pflanzenstreu, wollen wir untersuchen, ob die Landnutzungsintensität (LUI) den Kohlenstofffluss von Pflanzen in die Rhizo- und Hyphosphäre bzw. den Nährstofffluss von der Hyphosphäre in die Rhizosphäre beeinflusst. Die Frage ist, ob symbiontische arbuskuläre Mykorrhizen (AMF) oder freilebende saprotrophische Pilze die anfängliche C-Aufnahme dominieren werden, indem sie pflanzenbürtigen C verarbeiten und schnell in die Hyphosphäre leiten. Hyphosphären-Mikroorganismen könnten auch als Brücke für Kohlenstoff- und Nährstoffe zwischen der Detritusphäre und der Rhizosphäre dienen. Die neu etablierten Multi-Grünland-Experimente geben uns die Möglichkeit zu untersuchen, inwieweit und wie schnell eine Extensivierung der Grünlandnutzung die Biomasse und Funktion von Bodenmikroorganismen verändert. Die voneinander unabhängige Verringerung der Nährstoffversorgung (Reduzierung der Düngung, direkte Reaktion der Bodenmikroorganismen) oder die verminderte Mahthäufigkeit (Veränderungen des Pflanzeneintrags in den Boden, indirekte Reaktion der Bodenmikroorganismen) in diesem Experiment ermöglicht es, die beiden verschiedenen Mechanismen zu entschlüsseln und somit das mechanistische Verständnis der Reaktion von Grünland Agrarökosystemen auf Veränderungen der Landnutzungsintensität zu verbessern. Das langfristige Monitoring der mikrobiellen Parameter in 150 Grünlandstandorten (in Fortsetzung der Jahre 2011, 2014 und 2017) wird es uns ermöglichen, Effekte von kurzfristigen Veränderungen der Landnutzungsintensität (innerhalb von drei Jahren) von denen der längerfristigen Historie des Standorts (Legacy-Effekt) auf die Funktionen und die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaften zu trennen.

Ecosystem functions of rare arable plants - field study: Carabidae data

Partly taken from the materials and methods of https://doi.org/10.1016/j.baae.2022.12.003: To compare the activity densities of ground-dwelling predators between treatments with and without RAPs, carabids were sampled using pitfall traps, which were set up after each round of aphid counting (one per plot, twice per year; Brown & Matthews, 2016). The traps (with a volume of 400 ml and a width of 90 mm) were filled with a mixture of water and ethylene glycol (1:1; 120 ml) and dug at ground level into the middle of each plot. The traps were covered with a plastic roof and a metal grid (15 × 15 mm grid size) to avoid overflowing during rain and accidental rodent catches (Császár et al., 2018). The traps were activated for 7 days. Subsequently, all arthropods were transferred into 70% ethanol. Carabids were identified to species according to Hůrka (1996). Carabid feeding behavior was classified according to Homburg et al. (2014). To simplify the dataset, carabid feeding behavior was classified as predominantly granivorous (species mainly feed on seeds and fruits) or as carnivorous/omnivorous, because carnivorous and omnivorous species are potentially feeding on aphids and other non-plant material.

Seawater carbonate chemistry and benthic marine community during experiments, 2011

<p>Ocean acidification is predicted to impact all areas of the oceans and affect a diversity of marine organisms. However, the diversity of responses among species prevents clear predictions about the impact of acidification at the ecosystem level. Here, we used shallow water CO2 vents in the Mediterranean Sea as a model system to examine emergent ecosystem responses to ocean acidification in rocky reef communities. We assessed in situ benthic invertebrate communities in three distinct pH zones (ambient, low, and extreme low), which differed in both the mean and variability of seawater pH along a continuous gradient. We found fewer taxa, reduced taxonomic evenness, and lower biomass in the extreme low pH zones. However, the number of individuals did not differ among pH zones, suggesting that there is density compensation through population blooms of small acidification-tolerant taxa. Furthermore, the trophic structure of the invertebrate community shifted to fewer trophic groups and dominance by generalists in extreme low pH, suggesting that there may be a simplification of food webs with ocean acidification. Despite high variation in individual species' responses, our findings indicate that ocean acidification decreases the diversity, biomass, and trophic complexity of benthic marine communities. These results suggest that a loss of biodiversity and ecosystem function is expected under extreme acidification scenarios.</p>

Saisonale Sensitivität von Ökosystemfunktionen in einer sich erwärmenden Arktis (Svalbard

Ecosystem Engineering: Sediment entrainment and flocculation mediated by microbial produced extracellular polymeric substances (EPS)

Sediment erosion and transport is critical to the ecological and commercial health of aquatic habitats from watershed to sea. There is now a consensus that microorganisms inhabiting the system mediate the erosive response of natural sediments ('ecosystem engineers') along with physicochemical properties. The biological mechanism is through secretion of a microbial organic glue (EPS: extracellular polymeric substances) that enhances binding forces between sediment grains to impact sediment stability and post-entrainment flocculation. The proposed work will elucidate the functional capability of heterotrophic bacteria, cyanobacteria and eukaryotic microalgae for mediating freshwater sediments to influence sediment erosion and transport. The potential and relevance of natural biofilms to provide this important 'ecosystem service' will be investigated for different niches in a freshwater habitat. Thereby, variations of the EPS 'quality' and 'quantity' to influence cohesion within sediments and flocs will be related to shifts in biofilm composition, sediment characteristics (e.g. organic background) and varying abiotic conditions (e.g. light, hydrodynamic regime) in the water body. Thus, the proposed interdisciplinary work will contribute to a conceptual understanding of microbial sediment engineering that represents an important ecosystem function in freshwater habitats. The research has wide implications for the water framework directive and sediment management strategies.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1374: Biodiversitäts-Exploratorien; Exploratories for Long-Term and Large-Scale Biodiversity Research (Biodiversity Exploratories), Teilprojekt: Mechanismen der Wiederherstellung der ober- und unterirdischen Artenvielfalt und der Ökosystemfunktionen im Grünland nach Landnutzungsextensivierung

Wir benötigen effiziente Renaturierungsmaßnahmen, um die fortschreitende Verschlechterung der biologischen Vielfalt, der Funktionen und der Dienstleistungen des europäischen Grünlandes durch Nutzungsintensivierung aufzuhalten. Nutzungsextensivierung könnte die einfachste Technik zur Grünlandrenaturierung sein, beruhend auf der Idee, dass die Rückkehr zur Nutzungsintensität eines Referenz-Grünlandsystems zur Wiederherstellung artenreicher Pflanzengemeinschaften, ihrer Funktionen und der Dienstleistungen ausreicht. Allerdings sind die Mechanismen, der Zeitrahmen und das Potenzial der Extensivierung als Restaurierungsmaßnahme unklar. Dies schränkt die Möglichkeiten der politischen Entscheidungsträger ein, zu bestimmen, wann Extensivierung als Instrument zur Renaturierung der Artenvielfalt, Funktion und Ökosystemdienstleistungen von Grünland angemessen ist. Das ReCovFun-Projekt schlägt einen neuen ganzheitlichen Ansatz vor, um diese Wissenslücken zu schließen: i) Identifizierung des Extensivierungspotenzials im Hinblick auf eine ganzheitliche Auswahl von Restaurierungszielen; ii) Untersuchung der Mechanismen, die den Extensivierungseffekten auf die multitrophische Vielfalt, die Funktionen und die Ökosystemdienstleistungen von Grünland zugrunde liegen; und iii) Ausarbeitung von Szenarien und Bewirtschaftungsrichtlinien für den optimalen Nutzen der Extensivierung als Instrument der Grünlandrenaturierung. Vorläufige Ergebnisse zeigen, dass Verschiebungen in den Prozessen des Nährstoffkreislaufs und die damit verbundenen Interaktionen zwischen Pflanzen- und Bodengemeinschaften eine zentrale Rolle für die Auswirkungen der Landnutzung auf Grünlandökosysteme spielen. Das RecovFUN-Projekt untersucht daher die Mechanismen der Extensivierung, indem es die damit verbundenen Veränderungen der Umweltbedingungen quantifiziert, d. h. die Verfügbarkeit von Nährstoffen, Licht und Etablierungsstellen. Dann misst es die Reaktionen der Pflanzen- und mikrobiellen Bodengemeinschaften, ihre funktionellen Merkmale und Interaktionen auf diese Veränderungen und ermittelt die Folgen für den Nährstoffkreislauf im Boden und die Biomasseproduktion. Die neuartigen, standortübergreifenden Experimente (REX, LUX) zur Reduzierung der Grünlandnutzung im Rahmen des Projekts Biodiversity Exploratories (BE) dienen als ideale Plattform zur Bewertung der Extensivierungsmechanismen und ihres Potenzials als Instrument zur Grünlandrenaturierung. Der wesentliche Mehrwert von RecovFun für die aktuellen BE-Ziele liegt in i) seinem Beitrag zum mechanistischen Verständnis der Beziehungen zwischen Landnutzung, Biodiversität und Funktionsweise, ii) der Integration der untersuchten Mechanismen in den soziokulturellen und akteursbezogenen Kontext der Grünlandrenaturierung und iii) den Möglichkeiten der Datensynthese durch die Übertragung etablierter Mechanismen für Pflanzen-Boden-Interaktionen auf andere Organismengruppen und damit verbundene Funktionen und Dienstleistungen.

Ecosystem functions of rare arable plants - field experiment: Aphidoidea data

Taken from materials and methods of https://doi.org/10.1016/j.baae.2022.12.003: Aphids were counted on 50 randomly selected shoots in two crop rows (100 shoots in total) per plot and sampling round. To reduce edge effects, rows with less than 20 cm to the edge were excluded. Counting took place twice a year, that is, once during crop flowering (BBCH 61; beginning of aphid population growth) and once during crop milk ripening stage (BBCH 75).

Ecosystem functions of rare arable plants - field experiment: Araneae data

Partly taken from the materials and methods of https://doi.org/10.1016/j.baae.2022.12.003: To compare the activity densities of ground-dwelling predators between treatments with and without RAPs, spiders were sampled using pitfall traps, which were set up after each round of aphid counting (one per plot, twice per year; Brown & Matthews, 2016). The traps (with a volume of 400 ml and a width of 90 mm) were filled with a mixture of water and ethylene glycol (1:1; 120 ml) and dug at ground level into the middle of each plot. The traps were covered with a plastic roof and a metal grid (15 × 15 mm grid size) to avoid overflowing during rain and accidental rodent catches (Császár et al., 2018). The traps were activated for 7 days. Subsequently, all arthropods were transferred into 70% ethanol. Spiders were identified to species according to Nentwig et al. (2019). Spider hunting strategy (active hunter or web-builder) was used as the feeding trait according to Cardoso et al. (2011).

Ecosystem functions of rare arable plants - field study: Araneae data

Partly taken from the materials and methods of https://doi.org/10.1016/j.baae.2022.12.003: To compare the activity densities of ground-dwelling predators between treatments with and without RAPs, spiders were sampled using pitfall traps, which were set up after each round of aphid counting (one per plot, twice per year; Brown & Matthews, 2016). The traps (with a volume of 400 ml and a width of 90 mm) were filled with a mixture of water and ethylene glycol (1:1; 120 ml) and dug at ground level into the middle of each plot. The traps were covered with a plastic roof and a metal grid (15 × 15 mm grid size) to avoid overflowing during rain and accidental rodent catches (Császár et al., 2018). The traps were activated for 7 days. Subsequently, all arthropods were transferred into 70% ethanol. Spiders were identified to species according to Nentwig et al. (2019). Spider hunting strategy (active hunter or web-builder) was used as the feeding trait according to Cardoso et al. (2011).

Ecosystem functions of rare arable plants - field study: Aphidoidea data

Taken from materials and methods of https://doi.org/10.1016/j.baae.2022.12.003: Aphids were counted on 50 randomly selected shoots in two crop rows (100 shoots in total) per plot and sampling round. To reduce edge effects, rows with less than 20 cm to the edge were excluded. Counting took place twice a year, that is, once during crop flowering (BBCH 61; beginning of aphid population growth) and once during crop milk ripening stage (BBCH 75).

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