Gewässerrenaturierungsprojekte zielten bisher hauptsächlich darauf ab, natürliche lokale Habitatbedingungen wiederherzustellen und dadurch die Biodiversität zu erhöhen. Dieser habitatbasierte Ansatz auf lokaler Ebene vernachlässigt den starken Einfluss von großräumigen Umweltfaktoren. Außerdem sind die gesellschaftlichen Bedürfnisse und der Nutzen von Renaturierungen bislang kaum untersucht und ihre Beziehung zum lokalen und regionalen Umweltkontext unklar. In letzter Zeit wurden Konzepte zu den relevanten räumlichen Skalen für die Gewässerrenaturierung entwickelt, diese wurden aber noch nicht an großen Datensätzen getestet. Das COSAR-Projekt untersucht den Einfluss des gegenwärtigen und historischen räumlichen Kontextes von Renaturierungsprojekten auf die ökologischen und gesellschaftlichen Renaturierungsergebnisse. Die Projektpartner kombinieren ihre vorhandenen ökologischen Monitoringdaten von 200 Restaurierungsprojekten aus Mittel- und Nordeuropa. Zusätzlich werden Social-Media-Posts von renaturierten Standorten analysiert, um Rückschlüsse auf Ökosystemleistungen und die Interaktion der Menschen mit renaturierten Standorten zu ziehen. Das Projekt besteht aus drei Arbeitsschritten. Erstens definieren und quantifizieren wir ökologische und gesellschaftliche Indikatoren für den Erfolg von Renaturierungen und untersuchen ihre Synergien und Zielkonflikte. Zweitens kontextualisieren wir die ökologischen und gesellschaftlichen Restaurierungsergebnisse mit biotischen und abiotischen Umwelt- und sozioökonomischen Daten auf verschiedenen räumlichen Skalen, um die relevanten Treiber und Skalen zu identifizieren, die den Renaturierungserfolg fördern oder verhindern. In diesen Analysen berücksichtigen wir auch historische Umweltbedingungen. Drittens entwickeln und verbreiten wir ein interaktives Online-Werkzeug, das während der Restaurierungsplanung genutzt werden kann, um das in den ersten beiden Stufen gewonnene Wissen auf eigene Restaurierungsszenarien anzuwenden. Zusätzlich stellen wir Faktenblätter zur Verfügung und zeigen Best-Practice-Beispiele für die Renaturierungsplanung auf. Wir wenden einen transdisziplinären Ansatz an und legen großen Wert auf die Einbindung von Stakeholdern in allen Projektphasen. Diese Stakeholder vertreten verschiedene Interessengruppen aus allen am Projekt beteiligten Nationalitäten. Sie helfen bei der Identifizierung der relevanten Erfolgsindikatoren, gestalten den Fokus der Kontextanalysen, geben Ratschläge, um die Relevanz und Benutzerfreundlichkeit der Projektergebnisse sicherzustellen und fungieren als Botschafter bei der Verbreitung der Projektergebnisse. Mit diesem Projektdesign stellen wir neues Wissen und Werkzeuge zur Verfügung, um den ökologischen und gesellschaftlichen Nutzen von Renaturierungsprojekten zu fördern, die Planung vielversprechender Renaturierungsprojekte zu erleichtern um die Ziele der Wasserrahmenrichtlinie und die Sustainable Development Goals 3, 6, 14 &15 zu erreichen.
Biologische Bodenkrusten (Biokrusten) sind Hotspots an mikrobieller Diversität und Aktivität, die als 'Ökosystemingenieure' biogeochemische Kreisläufe (N, P) kontrollieren und die Bodenoberfläche stabilisieren. Biokrusten sind ein komplexes Netzwerk vielfältiger, interagierender Mikroorganismen mit verschiedensten Lebensweisen. In den gemäßigten Breiten ist wenig über die Einflussfaktoren auf Struktur und Funktion der Biokrusten bekannt. Daher wollen wir die Diversität der Mikroorganismen in Biokrusten (Bakterien, Protisten, Pilze und Algen) und ihre biogeochemische Funktion in den Waldflächen der Biodiversitätsexploratorien (BE) entlang von Landnutzungsgradienten untersuchen, um deren Beeinflussung durch Landnutzung und Umweltfaktoren zu verstehen.Das zentral organisierte, neue Störexperiment in den Waldflächen ist eine hervorragende Möglichkeit, um die Entwicklung einer Biokruste unter natürlichen Bedingungen nach einer starken Störung zu verfolgen. Eine Teilfläche simuliert Kahlschlag (die Stämme werden entfernt), die andere Teilfläche einen zukünftig häufiger auftretenden Orkan (Stämme verbleiben auf der Fläche). Wir werden die Entwicklung der Bodenkrusten von einem jungen zu einem reifen Stadium visuell (Flächenbedeckung) und durch Probenahme (Biomasse, Nährstoffe, Bodenorganik, Mikrobiota) mittels Feld-, analytischen und molekularen Methoden regelmäßig über zwei Jahre verfolgen. Außerdem werden wir an der zentralen Bodenbeprobungskampagne in allen 150 Waldflächen teilnehmen und parallel Biokrusten sammeln. Wir werden die mikrobielle Biomasse in der Biokruste quantifizieren, ihre Gemeinschaftsstruktur mittels Hochdurchsatzsequenzierung beschreiben und dies mit dem Umsatz von Stickstoff- und Phosphorverbindungen verschneiden. Um Schlüsselorganismen dieser Prozesse zu identifizieren und in hoher räumlicher Auflösung zu visualisieren, wird zusätzlich ein Laborexperiment unter Anwendung von stable isotope probing und NanoSims durchgeführt. Die Daten zur Biodiversität und funktionellen Genomik werden mit den Nährstoffstatus der Biokrusten (Konzentration und chemische Speziierung von C, N und P) verknüpft. Das Laborexperiment mit stabilen Isotopen wird unser Verständnis von Biokrusten Schlüsselorganismen im N- und P-Nährstoffkreislauf und den Einfluss der räumlichen Heterogenität fundamental verbessern. Diese Daten erlauben zum ersten Mal die quantitative und qualitative Rekonstruktion der wichtigsten Stoffkreisläufe und mikrobiellen Interaktionsmuster in Biokrusten als Reaktion auf Landnutzung und Störung. Abschließend werden die ermittelten Daten in das gemeinsame bodenkundliche Netzwerk der BE integriert und dienen dann als Keimzelle für ein Synthese-Vorschlag mit dem Ziel, die Leistung der Biokruste quantitativ und qualitativ mit anderen Hotspots in Böden, wie Detritus- oder Rhizosphäre, zu vergleichen.
Anders als bei Pflanzen und Tieren ist die Fähigkeit der europäischen Schutzgebiete, die biologische Vielfalt des Bodens und die Ökosystemleistungen unter den verschiedenen Stressfaktoren des globalen Wandels zu erhalten, praktisch unbekannt. Natürliches und landwirtschaftlich genutztes Grünland spielt eine grundlegende Rolle für die Erhaltung der biologischen Vielfalt und die nachhaltige Nahrungsmittelproduktion. Die verschiedenen Arten von Grünland (Schutzgebiete, naturnahes Grünland und Ackerland) erfüllen eine Vielzahl von Ökosystemfunktionen, aber es gibt auch wichtige Kompromisse (z. B. Nahrungsmittelproduktion vs. Kohlenstoffbindung im Boden). Es ist auch immer noch nicht ganz klar, welches Grünlandsystem besser gegen Störungen und den Klimawandel schützt. Dieser Wissensmangel ist vor allem vor dem Hintergrund der anthropogenen Klimaerwärmung und als Reaktion auf andere, gleichzeitig auftretende Stressfaktoren, die die Erhaltung der biologischen Vielfalt und der Funktion des Bodens bedrohen, wie Trockenheit, Pestizide und Überdüngung, von Bedeutung. GRASS4FUN zielt darauf ab, die biologische Vielfalt des Bodens, die ökologischen Netzwerke und die Ökosystemleistungen, die von Grünland über einen Gradienten der Landnutzungsintensität und als Reaktion auf Landschaftsmerkmale unterstützt werden, zu vergleichen und ihren Erhaltungszustand (zeitliche Dynamik) und ihre Widerstandsfähigkeit gegen mehrere Stressfaktoren des globalen Wandels zu untersuchen. Zu diesem Zweck werden wir bestehende europäische Erhebungen mit der Überwachung der biologischen Vielfalt und der Funktion des Bodens auf 300 Grünlandflächen (geschütztes Grünland, naturnahes Grünland und Ackerland) über einen europaweiten Gradienten kombinieren und die Zukunft der biologischen Vielfalt des Bodens, der Ökosystemleistungen und der grundlegenden Kompromisse zwischen den drei Landnutzungsarten unter verschiedenen Szenarien des globalen Wandels und auf europäischer Ebene modellieren. Anschließend werden Gewächshausexperimente durchgeführt, um die Reaktionen der biologischen Vielfalt und der Funktionen des Bodens auf verschiedene globale Stressfaktoren wie Trockenheit, Pestizideinsatz, Stickstoffverschmutzung und Schwermetalle zu testen. Wir werden insbesondere auch prüfen, ob Landschaftsmerkmale (z. B. Landschaftsheterogenität) die ober- und unterirdische Biodiversität und ihre Fähigkeit zur Abfederung von Belastungen durch den globalen Wandel beeinflussen. GRASS4FUN wird von Hand zu Hand mit mehreren Interessengruppen durchgeführt, um den Transfer zu Interessengruppen, politischen Entscheidungsträgern und der Gesellschaft zu erleichtern, mit dem grundlegenden Ziel, bahnbrechendes Wissen bereitzustellen, um Ökosysteme widerstandsfähiger gegen globale Stressfaktoren zu machen und die biologische Vielfalt in Europa zu schützen, einschließlich der in Böden lebenden Organismen.
Die Verteilung von Kohlenstoff (C), die Umwandlung organischer Stoffe und die Immobilisierung von Nährstoffen folgen vermutlich bestimmten räumlichen Mustern im Wurzel-Boden-System. Gemäß dem grundliegenden Verständnis der Rhizosphärendynamik beginnt die räumliche Verteilung mit der Wurzelexsudation an der Pflanzenwurzel und führt zu allmählichen Veränderungen in der Chemie und Biologie der Rhizosphäre. In Phase 1 stellten wir die Hypothese auf, dass die Morphologie der Wurzeln und die Eigenschaften des Bodens, insbesondere seine Textur, die Verteilung von C steuern. Wir erarbeiten Mittel zur Analyse der C-Ausbreitung im Mikrometerbereich und beobachteten erhebliche Unterschiede, die überwiegend durch die Wurzelmorphologie gesteuert wurden. Wir stellten ferner die Hypothese auf, dass die Umwandlung von C durch Mikroben erfolgt, die organische Substanzen wie Polysaccharide, Phospholipidfettsäuren und Fettsäuren bilden, und konnten dies im Millimeterbereich verfolgen.Diese Ergebnisse führen nun zu folgenden neuen Hypothesen, dass i) der C-Ausbreitung durch Wurzelexsudation die Immobilisierung organisch gebundener Nährstoffe an Orten mit geringem Umsatz, sogenannten cold spots, folgt, und dass diese Stellen in bestimmten Regionen der Rhizosphäre auftreten, ii ) in Böden mit geringem Abbau der Wurzelbiomasse (wie in Phase 1 für sandigen Boden beobachtet) die Immobilisierung von Nährstoffen in der Rhizosphäre zunimmt und so mit der Pflanzenernährung konkurriert, und iii) bei Trockenheit sich die Mobilisierungsprozesse von Nährstoffen von der Bodenlösung zu Pilznetzwerken verlagert.Wir werden weiterhin Ansätze im 2D-Mikrometerbereich wie die Überwachung des Laserablations-Isotopenverhältnisses für C-Umsatzanalysen verwenden (LA-IRMS), und auf NanoSIMS für N-Verteilungsanalysen erweitern sowie SEM-EDX/WDX einbeziehen, um die Immobilisierung von Nährstoffen wie N und P über einen räumlich-stöchiometrischen Ansatz zu verfolgen. Unseren in Phase 1 etablierten Ansatz zur Probenahme im Millimeterbereich, der uns ermöglicht die organische Substanz in Rhizosphärengradienten chemisch zu charakterisieren, nutzen wir nun um immobilisierten N und P mithilfe von komponenten- oder fraktionsspezifischen d13C- und d15N-Analysen an mikrobieller Nekromasse zu analysieren (Aminozucker und organisch gebundener P). Mit diesen Hypothesen haben wir enge Anknüpfung zu den Projekten P3, P8, P13, P19, P21, P24 und P25. Wir werden einen neuen räumlichen Datensatz zur Verteilung organischer Stoffe in Rhizosphären erstellen, um die Prozesse der C-Verteilung, Nährstoffimmobilisierung und -mobilisierung unter verschiedenen externen und internen Kontrollen wie z.B. Bodeneigenschaften, Wurzelmorphologie und Dürre, zu verstehen. Diese Daten können dann in Simulations- und Modellierungsansätze implementiert werden, die ebenfalls im SPP 2089 integriert sind, so dass unser neues Wissen auch auf andere Böden und Pflanzenarten übertragen werden kann.
Plastik wurde in einer Vielzahl von Umweltkompartimenten nachgewiesen, überwiegend als Mikroplastik, d.h. Kunststoffteile kleiner als 5 mm. Erste Untersuchungen wurden in marinen und aquatischen Systemen durchgeführt; Böden sind hingegen erst kürzlich in Bezug auf Mikroplastik in den Fokus gerückt, wobei Daten zeigen, dass es sich um eine verbreitete Kontamination der Böden handelt, mit potenziellen Folgen für bodenphysikalische, -chemische und -biologische Parameter. Angesichts der Vielzahl von Eintragspfaden, zu denen Plastikmüll, Kompost, Ablagerung aus der Luft und Straßen gehören, ist davon auszugehen, dass Mikroplastik in Böden der Biodiversitäts-Exploratorien vorhanden ist. Unsere Forschung hat zwei Ziele: Erstens wollen wir wissen, ob Mikroplastik (Vorhandensein und/oder Typ) die Intensität der Landnutzung widerspiegeln kann. Dafür werden wir Böden aus allen 150 EPs im Grünland beproben und mit Extraktions- und Identifikationsmethoden (Fourier-Transform-Infrarot-Spektroskopie-Mikroskopie) auf Mikroplastikgehalt, -art und -zusammensetzung untersuchen. Wir können diese Daten dann mit Komponenten der Landnutzungsintensität (LUI) sowie mit Bodeneigenschaften verknüpfen. Zweitens wollen wir die Auswirkungen einer experimentellen Mikroplastik-Zugabe im Feld entlang des Landnutzungsgradienten testen. Wir werden dies mit dem Einsatz und der Wiederentnahme (nach einem Jahr) von kleinen Mesh-Beuteln mit Mikroplastik-kontaminiertem Boden angehen, die in allen VPs im Grünland vergraben werden (mit dem Boden der jeweiligen VPs). Wir verwende hierfür Polyesterfasern, von denen wir bereits wissen, dass sie klare und konsistente Auswirkungen auf bodenphysikalische Eigenschaften und Bodenprozesse haben. Unsere Messvariablen umfassen pilzbezogene Bodenprozesse (Zersetzung, Bodenaggregation) und Pilz-Lebensgemeinschaften, die mittels Illumina MiSeq Hochdurchsatzsequenzierung erfasst werden. Mit unserem Feldversuch wollen wir testen, wie sich Mikroplastik-Effekte zwischen Bodenart und Umweltkontext sowie der Intensität der Landnutzung unterscheiden. Alle experimentellen Objekte werden anschließend aus dem Feld entfernt, um sicherzustellen, dass es keine dauerhafte Kontamination der Exploratorien-Böden gibt. Da wir in diesem Bereich nur einen Mikroplastik-Typ verwenden werden und die Mikroplastik-Verschmutzung aber ein vielschichtiges Thema ist, werden wir auch ein komplementäres Laborexperiment durchführen, bei dem wir nur einen Bodentyp pro Exploratorium verwenden, aber zusätzlich zu den Mikrofasern eine Reihe von verschiedenen Mikroplastik-Typen testen. Insgesamt wird dieses Projekt Einblicke in die Verbreitung und Wirkung von Mikroplastik in Böden liefern, indem sie die einzigartige Fülle der für die Exploratorien verfügbaren Informationen nutzt und gleichzeitig eine neue Variable bietet, die für andere Forscher (z.B. in Syntheseprojekten), aber auch für Stakeholder von Interesse sein kann.
Die Verschmutzung durch Kunststoffe hat sich zu einer anerkannten Bedrohung für terrestrische Ökosysteme entwickelt. Sobald Kunststoffe in die Umwelt gelangen, kommt es zu einem Abbau, der die Eigenschaften des Plastikmülls verändert (z. B. Sorptionsfähigkeit, Sprödigkeit, Flexibilität), was Auswirkungen auf Pflanzen-Boden-Systeme haben kann. Die Photodegradation kann als einer der häufigsten Prozesse des Kunststoffabbaus weltweit angesehen werden. Dadurch wird Kunststoff spröde und zersplittert in kleine Stücke (Mikroplastik), erhöht seine Sorptionskapazität für Metalle und organische Verbindungen und kann potenziell das Sickerwasser oder gefährliche Chemikalien in den Boden erhöhen. Der Abbau von Mikroplastik kann nicht nur die Bodenfunktionalität und die Struktur von Lebensgemeinschaften verändern, sondern auch die Leistung von Pflanzen, so dass die jüngsten Forschungen, die scheinbar positive Auswirkungen von Mikroplastik auf die Pflanzenproduktivität und die Bodeneigenschaften beschreiben, möglicherweise nur einen Teil der Wahrheit erfassen, da sie nur die Auswirkungen von unberührtem Mikroplastik (bevor es abgebaut wurde) auf Pflanzen-Boden-Systeme berücksichtigen. Das Ziel dieses Projekts ist es zu verstehen, wie abgebautes Mikroplastik (das echte Mikroplastik, das tatsächlich in die Bodenmatrix gelangt) die Pflanzen-Boden-Funktionalität unter Verwendung von Mikrokosmen beeinflusst. Konkret möchte ich i) die Mechanismen entwirren, durch die sich der Abbau von Mikroplastik (Mikroplastik, Form, Polymertyp, Größe und Sickerwasser) auf Pflanzen-Boden-Systeme auswirkt, und ii) die Auswirkungen auf die Struktur der Pflanzengemeinschaften testen, die sie haben können. Um dies zu wissen, werde ich eine Reihe von Experimenten entwickeln, um dies zu untersuchen. Zunächst möchte ich den Abbau von Mikroplastik in Abhängigkeit von der Form des Mikroplastiks (Fasern, Folien, Schäume) und dem Polymertyp (z.B. Polyethylen, Polypropylen) untersuchen. Dann möchte ich die Mechanismen des Mikroplastikabbaus in Abhängigkeit von der Größe des Mikroplastiks und den chemischen Sickerstoffen entschlüsseln, und schließlich möchte ich verstehen, welche Auswirkungen die Form des Mikroplastiks, der Polymertyp, die Größe und die Sickerstoffe auf wichtige Lebensstadien der Pflanzenentwicklung haben. Das heißt, Samenkeimung, Pflanzenwachstum und Pflanzenfitness. Darüber hinaus möchte ich die potenziellen Auswirkungen verstehen, die all dies auf die Konkurrenzfähigkeit von Pflanzenarten haben kann.
Auf Grund ihrer Bedeutung für die Anpassung der Wälder an Umweltänderungen und ihrer Widerstandsfähigkeit gegenüber Störungen ist die Naturverjüngung zu einem Schwerpunkt der ökologischen Waldforschung geworden. Trotz der jüngsten technologischen Entwicklungen bleibt dies eine große Herausforderung. Insbesondere sehr kleine Pflanzen mit einer Höhe von weniger als 1,30 m und entsprechend kleinen Durchmessern sind mit photogrammetrischen Methoden schwer zu identifizieren. Manuelle Inventurmethoden, wie z. B. die klassische Vollinventur sind aber arbeitsintensiv und zu teuer, um sie auf großen Flächen anzuwenden. Das Projekt möchte dazu beitragen, dieses Problem zu lösen, in dem es ein Simulationswerkzeug zur Rekonstruktion von Punktmustern vorstellt und seine Qualität systematisch untersucht. Es basiert auf einem Forschungsansatz der drei Arbeitsschritte umfasst (1) die Erfassung der räumlichen Daten aller Bäume einschließlich der Verjüngung auf einer kleinen Teilfläche (= Referenzfläche), (2) die Erfassung des Oberstandes im gesamten Bestand (=Untersuchungsfläche) und (3) die Rekonstruktion der Verjüngung im gesamten Untersuchungsgebiet, wobei davon ausgegangen wird, dass überall die gleichen Beziehungen zwischen den Bäumen des Oberstandes und der Verjüngung wie in der Referenzfläche bestehen. Dieser Ansatz erlaubt es, die heutigen logistischen Möglichkeiten zu kombinieren: (a) die manuelle Erfassung der Verjüngung auf kleiner Fläche ist machbar, und (b) die Inventur des Oberstandes mit modernen Fernerkundungs- oder photogrammetrischen Methoden ist relativ einfach und weniger arbeitsintensiv. Indem das Projekt einen vorhanden und in den Forstwissenschaften bekannten Datensatz nutzt (Trainingsgrundlage wird der Datensatz des saisonalen tropischen Regenwaldes der Insel Barro Colorado (BCI) in Panama sein), kann es sich auf Schritt (3) beschränken. Ziel ist es systematisch zu untersuchen, welchen Einfluss eine höhere Strukturvielfalt und das Größenverhältnis von Referenz- und Prädiktionsflächen (= die gesamte Untersuchungsfläche) auf die Ergebnisse der Punktmuster-Rekonstruktion von Verjüngungspflanzen (=Unterstand) hat und welche räumlichen Statistiken besonders geeignet sind, diesen Einfluss quantitativ oder qualitativ zu bewerten. Die numerischen Methoden werden in einem dokumentierten R-Skript (bzw. R-Package) als zuverlässiges und effizientes Werkzeug für die Waldökologie und die forstliche Praxis zur Verfügung gestellt.
Ein erheblicher Teil des Kohlenstoffs im Tundra-Taiga-Ökoton (engl. ‚Tundra Taiga Ecotone‘, TTE) wird als oberirdische Biomasse (engl. ‚Above-Ground Biomass‘, AGB) in Bäumen und Sträuchern durch Photosynthese gespeichert, wobei Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre während der kurzen Wachstumsperiode in hohen Breiten entzogen wird. Dies führt zu geringer Kohlenstoffspeicherung im TTE. Der Klimawandel könnte die Produktivität beeinflussen und Vegetationsmuster verändern. Die Rolle abiotischer Faktoren in der Kohlenstoffspeicherung borealer Wälder ist ungenügend verstanden. Eine Neubewertung der Vegetationsorganisation muss hinsichtlich statischer Modulatoren erfolgen. Topografie, ein wichtiger Faktor für Wasser- und Nährstoffverfügbarkeit, ist ein statischer abiotischer Faktor, der die lokalen Wachstumsbedingungen beeinflusst. Mit steigenden Temperaturen wird erwartet, dass Niederschlag intensiver und häufiger wird, was zu Wasserstau oder Nährstoffauswaschung an bestimmten topografischen Positionen führen kann und den Rückgang bestimmter Baumarten zur Folge haben könnte. Daher könnte der Klimawandel lokale Reaktionen auf die topografische Position verändern und Wechselwirkungen mit Wetterbedingungen beeinflussen. Die Topografie könnte die Auswirkungen des Klimawandels mildern und anpassungsfähigen Arten zugutekommen, während andere unter veränderten Bedingungen leiden. Das Verständnis der Beziehung zwischen Topografie und Biomasseakkumulation ist entscheidend für die Bewertung der zukünftigen Rolle borealer Wälder im globalen Kohlenstoffhaushalt. Das BToBE-Projekt zielt darauf ab, Wissenslücken hinsichtlich des Einflusses der Topografie auf die Biomasseakkumulation im TTE zu schließen und deren Auswirkungen durch Vorwärtssimulation mit einem prozessbasierten Vegetationsmodell zu bewerten. Die zentrale Hypothese ist, dass sich die Reaktionen der Vegetation auf topografische Bedingungen im TTE aufgrund starker globaler Erwärmung verändert haben. Kürzlich wurden drohnenbasiert 3D-Punktwolken gesammelt, die verarbeitet werden, um Waldbiomasse zu ermitteln. Diese hochauflösenden Referenzdaten erfassen den bioklimatischen Gradienten des TTE, wobei die nördliche Baumgrenze in Niederungen mit Permafrost und im gebirgigen Terrain verläuft. Die drohnenbasierten AGB-Daten werden verwendet, um ein AGB-Modell für das großflächige Ableiten (engl. ‚upscaling‘) mit Landsat- und Sentinel-2-Multispektralsensoren zu entwickeln. Das Ziel ist dreistufig: Erstens sollen die Beziehungen zwischen AGB und Topografie mithilfe von verallgemeinerten additiven Modellen aufgeklärt werden; zweitens soll die Stabilität dieser Abhängigkeiten durch Rekonstruktion langfristiger AGB-Daten aus den vergangenen Jahrzehnten untersucht werden. Dies wird für die Verbesserung und Implementierung des Individuen-basierten und räumlich expliziten borealen Waldvegetationsmodells LAVESI genutzt, zur Ableitung von AGB-Trajektorien im TTE in den kommenden Jahrzehnten.
Die Landwirtschaft steht vor enormen Herausforderungen: Die Erträge müssen gesteigert werden, während der Einsatz von Düngemitteln und Pestiziden reduziert werden muss, und das in einer Zeit zunehmender klimatischer Unsicherheit. Diversifizierung im landwirtschaftlichen Anbau ist eine der wenigen bekannten Möglichkeiten, alle diese Herausforderungen gleichzeitig zu bewältigen. Traditionell wird die Diversifizierung "zeitlich" in Form von Fruchtfolgen erreicht. Dagegen wird die "räumliche" Diversifizierung auf dem Feld, z. B. in Form von Mischkulturen, seltener angewandt, weil sie selten mit den gängigen mechanisierten Verfahren kompatibel ist. Sortenmischungen stellen einen interessanten Mittelweg zwischen Rein- und Mischkulturen dar, da sie es ermöglichen, die genetische Vielfalt und die Merkmalsvielfalt innerhalb des Feldes zu erhöhen, während sie in Bezug auf die Verarbeitung mit Reinkulturen vergleichbar sind. Derzeit ist jedoch noch nicht genau bekannt, wie Mischungen zusammengesetzt sein müssen, um den Ertrag und die ökologische Funktion zu optimieren. In diesem Projekt wollen wir die positiven Auswirkungen der Sortenvielfalt in Weizenmischungen untersuchen und einfache, aber wirksame Vorhersagemethoden für eine optimale Mischungszusammenstellung entwickeln. Wir werden das Fachwissen, die Ideen und die technologischen Ressourcen von fünf Forschungsteams aus den Bereichen molekulare Züchtung, Ökologie, Computerwissenschaften, Genetik und Phänomik zusammenführen. Im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit werden wir die Mechanismen untersuchen, die den Vorteilen von Sortenmischungen zugrunde liegen - insbesondere Ertrag und Krankheitsunterdrückung -, und zwar auf verschiedenen Ebenen: (1) mit nischenbasierten Ansätzen, die von der Koexistenztheorie inspiriert sind, (2) unter Verwendung von Hochdurchsatz-phänotypisierung und so-genannten "trait-based" methods, (3) mit Schwerpunkt auf der Pflanzenproduktivität durch Mischung von Komponenten mit unterschiedlichen Umweltoptima (d.h. Reaktions-Normen) und (4) auf der Ebene von Genen und Gen-Umwelt-Interaktionen. Die Prüfung von Hypothesen und die Entwicklung von Modellen werden sowohl durch große historische Felddatensätze als auch durch neue, systematisch angelegte Feldexperimente unterstützt. Das Projekt besteht aus mehreren Arbeitspaketen (WP), die sich auf eine gemeinsame Plattform von Daten und Experimenten sowie auf fortschrittliche Methoden zur Phänotypisierung im Feld stützen. Die Kombination von Ressourcen, Analysemethoden und synergetischem Fachwissen wird es uns ermöglichen, die wissenschaftlichen und logistischen Herausforderungen dieses Projekts zu meistern und wichtige ungelöste ökologische und agronomische Fragen anzugehen. Es ist zu hoffen, dass dieses ehrgeizige Projekt den Grundstein für die Förderung leistungsfähiger Sortenmischungen als Schlüsselkomponente des agrarökologischen Anbaus legt.
Landnutzung und Niederschlagsbedingungen sind wichtige Faktoren für die Diversität und Ökosystemfunktion von Grassländern weltweit, und sind zwei der wichtigsten Treiber des globalen Wandels. Ökosysteme werden gleichzeitig Änderungen von Bodennährstoffen (z.B. durch Düngung) und im Rahmen des Klimawandels häufigeren und intensiveren Trockenheitereignissen ausgesetzt sein. In Kombination können die beiden Faktoren additiv wirken, oder sich gegenseitig verstärken oder abschwächen. Demzufolge variiert die Gemeinschafts- und Ökosystemreaktion auf Trockenheit je nach den Nährstoffbedingungen. Die Mechanismen von Interaktionen von Nährstoffen und Trockenheit bleiben bisher unverstanden, und wir können daher derzeit nicht vorhersagen, bei welcher Landnutzung Grassländer mehr oder weniger sensitiv auf Trockenheit reagieren.Das Hauptziel des Projektes ist es, unsere Vorhersagen für die Konsequenzen von Globalem Wandel auf Grassländer zu verbessern. Dazu werden die kombinierten Effekte von Nährstoffen und Trockenheit auf der Ebene von einzelnen Pflanzenmerkmalen und von Gesamtpflanzen untersucht, und integriert mit Effekten von Trockenheit auf die Zusammensetzung und Produktivität von Pflanzengemeinschaften entlang von Landnutzungsgradienten in Grassländern.In einem Gewächshausexperiment werden wir für 16 Arten, die in den Exploratorien häufig sind, vergleichend die Plastizität im Hinblick auf Nährstoffe für einen umfassenden Satz von mehr als 20 physiologischen, morphologischen und Gesamtpflanzen-Merkmalen untersuchen, die relevant für den Wasserhaushalt von Pflanzen sind. In einem 'common garden' Experiment werden wir die kombinierten Effekte von Nährstoffen und Trockenheit (und ihre Interaktionen) für Gesamtpflanzen dieser Arten quantifizieren. Zusätzlich werden wir die Effekte von experimenteller und natürlicher Trockenheit entlang von Gradienten der Nährstoffverfügbarkeit und Landnutzung (insbesondere Düngung) in den Exploratorien bestimmen. Die direkte Verknüpfung der Daten auf Ebene von Merkmalen, Gesamtpflanzen, Gemeinschaften und Ökosystemen wird unser mechanistisches Verständnis von kombinierten Effekten von Nährstoffen und Trockenheit auf Grassländer unter derzeitigen und zukünftigen Bedingungen verbessern. Die Ergebnisse werden sowohl in angewandter als auch in wissenschaftlicher Hinsicht wichtige neue Erkenntnisse liefern.
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