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Land Use and Water Resources Management under Changing Environmental

Intensive agricultural production in the Hai River catchment had detrimental impacts on the quantity and quality of ground and surface water. High cropping intensity, irrigation and fertilizer applications of more than 300 kg N/ha resulted in a decrease of the ground water table by more than 30 m within the last decades and severe deterioration of water quality in the Piedmont Plain Region, a part of the Hai River catchment. The shortage of water resources in the Hai River basin not only hinders the development of the local economy, but also results in severe environmental problems such as:- subsidence of the ground surface due to over-exploitation of groundwater, - degradation of ecosystems, - shrinking of rivers and lakes, - non point source pollution of soil and ground water - serious water pollution in the main channels and tributaries. Sustainable land use in that region requires a sound knowledge of the effects of single management measures. However, subsoil heterogeneity is one of the major obstacles, impeding relating cause and effect at larger scales and to assess the effect of single management strategies. In this study, a three-step up-scaling approach is suggested that combines some innovative methodologies, and enables to grasp the heterogeneities usually encountered at the management scale. First, a recently developed robust methodology will be applied to determine deep percolation and groundwater recharge in situ without requiring a fully-fledged soil hydrological model. The results can be compared to seepage data from lysimeters of the Luancheng station. Moreover, spatial heterogeneities and temporal patterns can be determined and can be related to soil hydrological properties. Second, spatial functional hydrological heterogeneity can be assessed based on principal component analysis of time series of soil water content and groundwater recharge, allowing to up-scale detailed measurements from single field sites. Third, processes affecting groundwater quality, and exchange between groundwater and surface water can be investigated using non-linear PCA of soil water, groundwater, and stream water quality data, combined with stable isotope data. The outcome of the project is expected to provide valuable contributions to scale-specific simulation of water and solute fluxes at the management scale.

Mehr und weniger: Wechselhafte Ökonomien des Stickstoffs

Das hier beantragte Projekt widmet sich der gesellschaftlichen Dimension von Stickstoff. Reaktiver Stickstoff, der in der Lage ist, Verbindung mit anderen Elementen einzugehen, ist eine unverzichtbare Grundlage für pflanzlichen und tierischen Stoffwechsel - und damit auch der Landwirtschaft und der Welternährung. Gemessen an der Gesamtmenge des Stickstoffs auf der Erde, des häufigsten Elements in der Atmosphäre, ist die Menge an reaktivem Stickstoff extrem limitiert. Zugleich stellt reaktiver Stickstoff aber auch ein erhebliches ökologisches Problem dar. Auf Äckern und in Ställen reagiert er zu Stickoxiden wie Lachgas, einem bedeutenden Treiber der Klimaerwärmung. Er gelangt über Oberflächengewässer und Kanalisationen ins Trinkwasser, wo er in Form von Nitrit eine Bedrohung für die menschliche Gesundheit darstellt. Stromabwärts sammelt er sich schließlich in Senken wie Seen und Meeren. Dort führt seine übermäßige Verfügbarkeit zur Eutrophierung, massenhaftem Algenwachstum und damit zur Zerstörung von aquatischen, vor allem küstennahen Ökosystemen. Die fortschreitende Zunahme von reaktivem Stickstoff in Gewässern und auf ökologisch sensiblen Magerflächen gilt als eines der drängendsten Umweltprobleme unserer Zeit: Die ökologisch verkraftbare Menge an reaktivem Stickstoff weltweit gilt als längst überschritten. Seit einiger Zeit haben es sich Industrienationen daher nicht mehr allein zur Aufgabe gemacht, die Verfügbarkeit von reaktivem Stickstoff zu erhöhen, um für Ernährungssicherheit zu sorgen. Sie versuchen heute zugleich auch, sie umgekehrt wieder einzudämmen, um Schäden für Mensch und Umwelt zu minimieren. Dabei werden verschiedene Akteurinnen, Akteure und Instanzen mit in die Pflicht genommen: kommunale Wasserwerke, landwirtschaftliche Betriebe, staatliche Messstellen und Umweltbehörden. Ihnen wird aufgetragen, sinnvoll mit Stickstoff zu wirtschaften, um seine negativen Auswirkungen auf Mensch und Natur zu minimieren. Dabei agieren die in der Stickstoffwirtschaft Involvierten auf Basis unterschiedlicher Interessen, Anreize, Wissensbestände und Handlungsspielräume, was die Stickstofffrage zu einem klassischen Untersuchungsfall für sozialwissenschaftliche Analyse macht. Trotz der gesellschaftlichen Bedeutung von Stickstoff und der Tragweite der mit ihm verbundenen Probleme hat es in Deutschland in den vergangenen 30 Jahren nur wenig Forschung aus Soziologie oder anderen Sozialwissenschaften zu seiner sozialen Zirkulation gegeben. Das hier vorgestellte Projekt möchte dies beheben. Auf Basis einer empirischen Untersuchung der zeitgenössischen Stickstoffwirtschaft und -regulierung soll es eine Übersicht über den Stand der Debatten und Probleme liefern, einen soziologischen Zugriff auf Stickstoff und seine Rolle in modernen Gesellschaften erarbeiten sowie einen Beitrag zur Umweltsoziologie im Allgemeinen leisten.

Degradation of biodiversity and ecosystem functioning in subtropical grasslands, and thresholds for restoration

Objectives: 1. To test if the concept of novel and hybrid ecosystems forwarded by R. Hobbs and colleagues applies to degraded subtropical grasslands, i.e. if these ecosystems group along axes of deviation in abiotic conditions and biotic composition from reference ecosystems. 2. To investigate the extent to which ecosystem functions in the hybrid and novel ecosystems differ from reference grasslands, and whether these differences are related to deviation from the biodiversity of reference systems. 3. To manipulate degraded grasslands through selected restoration methods to identify transition thresholds and to test if restorability of abiotic conditions and biotic composition corresponds to restorability of ecosystem functions. A large-scale rapid ecosystem assessment will form the analytical basis of the study, followed up by field experiments on seed limitation (i.e. lack of seed bank or dispersal) and site limitation (i.e. lack of safe sites for germination and inadequate conditions for plant establishment). The experiments will be conducted in a factorial design testing for transition thresholds between degradation stages.

Bevölkerungswachstum und nachhaltige Entwicklung

Das hohe Bevölkerungswachstum in den Entwicklungsländern gilt als eine der wesentlichen Ursachen für die Zerstörung von Ökosystemen und damit als eines der Haupthindernisse, künftig Umweltprobleme zu lösen. In dem Projekt 'Bevölkerungs-wachstum und nachhaltige Entwicklung' wird untersucht, inwiefern Bevölkerungswachstum eine Ursache von Umwelt- und Rohstoffproblemen darstellt und welche Auswirkungen Rohstoff- und Umweltprobleme auf die Entwicklung und Verteilung der Bevölkerung haben. Insbesondere wird untersucht, ob und inwieweit durch die Natur gegebene Restriktionen die Größe der Bevölkerung begrenzen. Ferner ist zu prüfen, ob Mechanismen existieren, die eine Einhaltung dieser Grenzen sicherstellen, und falls das nicht der Fall sein sollte, mit welchen Instrumenten ein solches Überschreiten korrigiert werden kann. Dabei wird aufgezeigt, wie in der Bevölkerungstheorie in der Vergangenheit diese Fragen beantwortet worden sind und wie sich die Frage nach der optimalen Bevölkerungsgröße im Rahmen ökonomischer Analysen konkretisieren lässt.

Wetland vegetation biodiversity conservation and sustainable use in Hangzhou City, China

Wetland vegetation support a high biodiversity and plays an important ecological and hydrological roles in the environment. Hangzhou city with highly significant wetland vegetation biodiversity, lies in Zhejiang province, is very famous in China. The wetland areas are 28.9x104 ha, about 17.4Prozent of total area of Hangzhou city. The types of wetland vegetation are multiplicity and the vegetation biodiversity is abundant. But with the rapid urbanization process in Hangzhou city, the decrease of wetland areas in peri-urban region constitutes a severe problem, which will eventually lead to the loss of wetland vegetation biodiversity and its functions. So it is very important to carry out a project on the research of wetland vegetation biodiversity conservation and sustainable use in Hangzhou city. Its very significant for wetland vegetation biodiversity conservation and sustainable development, improvement of peri-urban ecosystem services and life quality.The project long term goal is to secure the conservation of globally significant wetland vegetation biodiversity in China and establish wetland vegetation biodiversity conservation and sustainable use as a routine consideration in national, provincial and local government decision making and action. The objective is providing science reference for Hangzhou government supporting policy of the urban wetland vegetation biodiversity conservation and sustainable use.

Biodiversität Übereinkommen über die biologische Vielfalt EU-Biodiversitätsstrategie für 2030 Nationale Strategie zur biologischen Vielfalt Landesstrategie zur Biologischen Vielfalt Dokumente

Die Jahre 2021 bis 2030 wurden von der Generalversammlung der Vereinten Nationen zur UN-Dekade für die "Wiederherstellung von Ökosystemen" erklärt. Sie folgt auf die UN-Dekade "Biologische Vielfalt", die mit dem Jahr 2020 zu Ende gegangen ist. Ziel der neuen Dekade ist es, die globalen Nachhaltigkeitsziele bis zum Jahr 2030 zu erreichen, indem die weltweite Zerstörung von Ökosystemen beendet, ihre Erhaltung sichergestellt und ihre Wiederherstellung initiiert wird. Diese Dekade versteht sich dabei als komplementär zu den drei UN-Konventionen zu Biodiversität (CBD), Klimawandel (UNFCCC) und Wüstenbekämpfung (UNCCD) sowie als Schnittstelle zur Umsetzung der verschiedenen Konventionen. Im Oktober 2021 fand die 15. Vertragsstaatenkonferenz des Übereinkommens zur biologischen Vielfalt (CBD COP 15) mit knapp 200 beteiligten Ländern, u. a. auch Deutschland, virtuell im chinesischen Kunming statt. Bei einem zweiten Treffen, das für April 2022 geplant ist, soll dann in Anwesenheit aller beteiligten Länder ein neues Abkommen zum Schutz der biologischen Vielfalt beschlossen werden. Vor dem Hintergrund der zuvor genannten UN-Dekade und dem Auslaufen der bisherigen europäischen Strategie mit dem Titel "Unsere Lebensversicherung, unser Naturkapital – eine Biodiversitätsstrategie bis 2020" hat die Europäische Kommission im Mai 2020 eine neue EU-Biodiversitätsstrategie vorgelegt. Sie trägt den Namen „Mehr Raum für die Natur in unserem Leben“ und verfolgt das Ziel, die biologische Vielfalt Europas bis 2030 zu stärken. Als zentraler Bestandteil des "Green Deal" der EU-Kommission ist die Strategie Teil des europäischen Weges aus der COVID-19 Krise. Sie soll Wachstum und Nachhaltigkeit miteinander verbinden. Erstmals werden rechtsverbindliche Ziele zur Wiederherstellung von Ökosystemen formuliert. Die Strategie zeigt auf, wie Europa dazu beitragen kann, dass bis 2050 alle Ökosysteme der Welt wiederhergestellt werden, widerstandsfähig sind und angemessen geschützt werden. Die Strategie behandelt die fünf Hauptursachen des Verlusts an biologischer Vielfalt: Veränderungen bei der Land- und Meeresnutzung, übermäßige Ressourcennutzung, Klimawandel, Umweltverschmutzung und invasive gebietsfremde Arten. Um gesunde und widerstandsfähige Ökosysteme aufzubauen, werden in der EU-Biodiversitätsstrategie für 2030 u. a. folgende Ziele festgelegt: Gesetzlicher Schutz von mindestens 30 Prozent der Landfläche und 30 Prozent der Meeresgebiete der EU, davon ein Drittel streng geschützt Wiederherstellung geschädigter Ökosysteme, auch durch rechtlich verbindliche Ziele zur Wiederherstellung der Natur Umkehr des Rückgangs an Bestäubern Reduzierung des Einsatzes und des Risikos von Pestiziden um 50 Prozent Landschaftselemente mit großer biologischer Vielfalt auf mindestens 10 Prozent der landwirtschaftlichen Fläche Ökologische Landwirtschaft auf mindestens 25 Prozent der landwirtschaftlichen Fläche Wiederherstellung von mindestens 25.000 Flusskilometern in der EU als frei fließende Flüsse Bekämpfung von Beifängen und Schädigungen des Meeresbodens Seit dem Jahr 2007 besteht in Deutschland die Nationale Strategie zur biologischen Vielfalt . Sie hatte zum Ziel, bis zum Jahr 2020 den Rückgang der biologischen Vielfalt in Deutschland aufzuhalten und eine positive Entwicklung anzustoßen. Die Umsetzung der Nationalen Strategie zur biologischen Vielfalt wird in besonderem Maße auch durch die gezielte Förderung biodiversitätsstärkender Projekte unterstützt. In dem Zusammenhang ist vor allem das Bundesprogramm Biologische Vielfalt genannt. Das Ministerium für Wissenschaft, Energie, Klimaschutz und Umwelt des Landes Sachsen-Anhalt beteiligt sich hierbei an der Kofinanzierung einiger Projekte auf dem Gebiet unseres Bundeslandes. Die neue Nationale Strategie zur biologischen Vielfalt berücksichtigt die strategischen Vorgaben der globalen Gemeinschaft (z.B. zukünftiges Rahmenprogramms der CBD) sowie die neue EU-Biodiversitätsstrategie 2030. Es ist angedacht, bis zum Frühjahr 2023 in Zusammenarbeit mit den Bundesländern und unter der Federführung des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz eine neue Nationale Strategie zur biologischen Vielfalt für Deutschland sowie die dazugehörigen Aktionspläne zu erarbeiten. Die Landesregierung räumt der Biodiversität hohe Priorität ein und hat es sich daher zum Ziel gesetzt, die bestehende Strategie zur Biologischen Vielfalt und den dazugehörenden Aktionsplan in dieser Legislaturperiode (2021-2026) fortzuschreiben. Darauf haben sich die Koalitionspartner im aktuellen Koalitionsvertrag verständigt. Das Ministerium für Wissenschaft, Energie, Klimaschutz und Umwelt übernimmt die Federführung über die Fortschreibung der Landesstrategie. Es ist beabsichtigt, bei der Fortschreibung die Ziele der Europäischen und Nationalen Strategie zur biologischen Vielfalt zu berücksichtigen. Im Jahr 2010 verabschiedete Sachsen-Anhalt die Strategie des Landes zur Biologischen Vielfalt (pdf, nicht barrierefrei). Die Strategie bietet die Chance, dass alle Akteure in den jeweiligen Themenfeldern sich konkrete Ziele setzen und Maßnahmen ergreifen, mit deren Realisierung sie einen maßgeblichen Beitrag zum Erhalt der Biodiversität leisten können. Ziel ist es, alle gesellschaftlichen Kräfte zu mobilisieren und zu bündeln, so dass sich die Gefährdung der biologischen Vielfalt in Sachsen-Anhalt deutlich verringert und als Fernziel die biologische Vielfalt einschließlich ihrer regionaltypischen Besonderheiten wieder zunimmt. In der Strategie werden für alle biodiversitätsrelevanten Themen Ziele festgelegt, die nach ökologischen, ökonomischen und sozialen Gesichtspunkten im Sinne des Leitprinzips Nachhaltigkeit berücksichtigt werden sollen. Ein vom Kabinett am 24. September 2013 beschlossener Aktionsplan Biologische Vielfalt (pdf, 4 MB) ergänzt die Strategie des Landes zur biologischen Vielfalt und benennt Maßnahmen für rund 60 Handlungsschwerpunkte. Er soll die Umsetzung der Landesstrategie beschleunigen und den Fortschritt messbar machen. Im Aktionsplan werden zu den einzelnen Maßnahmen Angaben zum Zeitrahmen gemacht sowie Zuständigkeiten und Partner für die Durchführung benannt. Wichtige Partner bei der Durchführung der Maßnahmen sind zum Beispiel Landnutzer, Fachverbände, Kommunen sowie Forschungs- und Hochschuleinrichtungen. Die Landesverwaltung informiert und unterstützt bei der Umsetzung der Maßnahmen. Dabei kommt den Förderprogrammen, die überwiegend aus EU-Mitteln gespeist werden, eine wichtige Rolle zu. Die Landesstrategie sowie der dazugehörige Aktionsplan Biologische Vielfalt sollen die Verantwortung in allen Handlungsfeldern insgesamt deutlich machen, geeignete Wege zum erfolgreichen Biodiversitätsschutz aufzeigen und einen ausreichenden Personal- und Finanzeinsatz zur Erreichung dieser strategischen Ziele begründen. Darüber hinaus hat sie strategische Ansätze entwickelt, um auch konzeptionell eine Verzahnung innerhalb des Landes u. a. mit den Strategien zur Nachhaltigkeit und anderen Bereichen herzustellen. Die strategischen Zielsetzungen richten sich an alle Ressorts, Fachbereiche und Verwaltungsebenen. Es ist von essentieller Bedeutung für die Zielerreichung, das fachliche und verwaltungsmäßige Handeln an den Anforderungen der biologischen Vielfalt zu orientieren. Für die Begleitung der konzeptionellen Umsetzung der Strategie durch wissenschaftliche Forschungseinrichtungen und Facheinrichtungen des Landes bestehen darüber hinaus gute Voraussetzungen. Erfreulicherweise haben bereits die zahlreichen Aktivitäten sowie die umfangreiche Öffentlichkeitsarbeit im Internationalen Jahr der Biologischen Vielfalt (2010) dazu geführt, dass das Thema Biodiversität auch in Sachsen-Anhalt stärker in den Fokus beziehungsweise in das öffentliche Bewusstsein gerückt ist und inzwischen Eingang in die unterschiedlichen Politikfelder gefunden hat. Die Strategie zur biologischen Vielfalt hat den Anstoß dazu gegeben, dass man sich auf breiter Front mit dem Thema Biodiversität beschäftigt. Dies widerspiegelt sich auch in den Zielsetzungen der aktuellen Koalitionsvereinbarung, wo Handlungsansätze zur Förderung der Biodiversität formuliert wurden, insbesondere auch im wichtigen Bereich der Landwirtschaft sowie beim Ausbau der erneuerbaren Energien. So will die Landesregierung unter anderem mit einem Förderprogramm in fünf Modellregionen unter anderem zu Fragen der Biodiversität und dem Insektenschutz auf landwirtschaftlichen Nutzflächen forschen. Außerdem sollen zur Erhöhung der biologischen Vielfalt in den intensiv genutzten Agrarlandschaften Feldraine, Hecken, Wegränder und Feuchtgebiete in die landwirtschaftliche Förderkulisse aufgenommen werden. Photovoltaik-Freiflächenanlagen sollen neben der klimafreundlichen Energiegewinnung auch einen wertvollen Beitrag zum Biotopverbund in der offenen Agrarlandschaft zu leisten. Hierzu will sich die Landesregierung für biodiversitätsfreundliche Planungen einsetzen.

Wiederansiedlung vom Aussterben bedrohter Pilze in Mitteleuropäischen Wäldern

Zielsetzung: Die Degradation von Ökosystemen und der Verlust der Biodiversität sind zwei der drängendsten Probleme unserer Zeit. Die EU-Biodiversitätsstrategie für 2030 sieht vor, geschädigte Ökosysteme zu restaurieren und die Natur langfristig zu schützen. Für Waldökosysteme wurden bereits verschiedene Naturschutzkonzepte erarbeitet und etabliert, um Waldwirtschaft nachhaltig und in Einklang mit Biodiversitätsförderung zu gestalten. Unter anderem soll der Anteil von Totholz gesteigert werden sowie die strukturelle Vielfalt durch den Erhalt alter Bäume und der Schaffung von Lichtungen. Neben der Steigerung der Habitatqualität muss jedoch auch gewährleistet sein, dass bedrohte und seltene Arten die neu geschaffenen Lebensräume besiedeln können, was insbesondere bei Arten mit Individuen-armen Populationen und stark eingeschränktem Verbreitungsarealen kaum möglich ist. Im Projekt „Wiederansiedlung vom Aussterben bedrohter Pilze in Mitteleuropäischen Wäldern“ sollen seltene Pilzarten, die sich vom Abbau organischer Substanz ernähren, durch gezielte Wiederansiedlung gefördert werden. Pilze sind bisher im institutionellen Naturschutz sowie in den gängigen Naturschutzgesetzgebungen unterrepräsentiert. Ziel des Projektes ist es, ausgewählte Naturnähezeiger verschiedener Lebensräume erfolgreich im Labor zu kultivieren, in geeigneten Habitaten anzusiedeln und Artenschutzkonzepte für diese Arten zu entwickeln. Die Relevanz, für welche Arten Schutzkonzepte und Wiederansiedlungen durchgeführt werden sollen, basieren hierbei auf verschiedenen Kriterien, wie der Listung als Naturnähezeiger, der allgemeinen Seltenheit sowie der Isoliertheit bestehender Vorkommen. Es sollen gleichermaßen Arten berücksichtigt werden mit einem sehr engen und weiterem Wirtsspektrum. Die ermöglicht, Erkenntnisse darüber zu gewinnen wie sich Wirtsspektren durch die Forstwirtschaft im Klimawandel (z.B. Nutzung von klimawandelresistenten Baumarten als Wirt) verändern könnten. Die ausgewählten Pilzarten habe große naturschutzfachliche Relevanz über das Projektgebiet Bayerischer Wald hinaus in ganz Deutschland und stellen somit geeignete Modelorganismen dar. Übergeordnetes Ziel ist es, ein wissenschaftlich fundiertes Modellkonzept zur Erhaltung besonders seltener, wirtsgebundener Baumpilze zu entwickeln. Die im Anschluss und auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse ausgearbeiteten Artenhilfsprogramme sollen ein Zeichen zur stärkeren Beachtung des Reiches der Pilze im Naturschutz setzen.

Verknüpfung von Genomik und Fernerkundung durch KI zur effizienten Erfassung der Gesamtheit aller Biodiversität (GEBIKI-2), Umwelt-DNA-basiertes Biodiversitätsmonitoring in Parks in ausgewählten deutschen Städten

Vulnerability and Resilience of Soils under Different Rangeland Use

This project aims to elucidate how sensitive and to which extent soil properties respond to different rangeland management in the grassland and savannah biome of semiarid South Africa, and to figure out to which degree changes of the ecosystems are perceived and caused by farmers' decisions. We hypothesise that both ecosystems respond differently to rangeland degradation: in the savannah biome bush encroachment leads to an improvement of the soil quality, whereas in grasslands degradation of the soils proceeds with intensified management.

Dürre-Impact auf den Zustand der Ökossysteme in Tunesien

Degradation und Desertifikation beeinträchtigen die ruralen Ökosysteme Südtunesiens in steigendem Ausmaß. Remote Sensing und Bodenmessung erfassen den raumzeitlichen Gradienten der qualitativen und quantitativen Dynamik des regressiven Gradienten zunehmender Disbalance der Ökosysteme und vermitteln Planungsstrategien zur Restaurierung und zum nachhaltigen Management angepasster Nutzung.

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