In der nächsten Phase der Biodiversitäts Exploratorien sollen Experimente dabei helfen die Effekte verschiedener Landnutzungskomponenten auf Ökosysteme zu ermitteln. 'Common garden' Experimente werden genutzt, um die Umweltheterogenität zu minimieren, die ansonsten interessante Effekte verschleiert. Wir planen Grasnarben, die von n = 42 Plots der Biodiversitäts Exploratorien entnommen werden, in einem 'common garden' auszubringen wo die Intensität der Mahd und der Düngung manipuliert werden soll. In den nächsten drei bis 15 Jahren werden die Veränderungen in den Pflanzen- und Bakteriengemeinschaften auf den Grasnarben verfolgt. Hierfür wird die Zusammensetzung und Diversität der Pflanzen und Bakterien (next-generation 16S rRNA gene amplicon sequencing) ermittelt. Zusätzlich werden noch 3D-Modelle der Pflanzengemeinschaften, die durch multispektrale Information ergänzt werden, erstellt (PlantEye F500, Phenospex, Heerlen, The Netherlands). Diese Modelle erlauben die Errechnung von Parametern, die ganze Pflanzengemeinschaften charakterisieren. Änderungen in den Pflanzen- und Bakteriengemeinschaften werden mit der Landnutzung der Plots in den vergangenen Jahren ins Verhältnis gesetzt. Wir erwarten, dass Gemeinschaften, die aus verschiedenen Plots stammen, aber die gleiche Landnutzung erfahren in Ihrer Zusammensetzung und Diversität konvergieren; Gemeinschaften aus den gleichen Plots, die aber unterschiedliche Landnutzung erfahren, sollten divergieren. Das Projekt nutzt das Vorwissen zu den einzelnen Plots in Bezug auf Landnutzung und Artenzusammensetzung, liefert neuartige Daten für die Biodiversitäts Exploratorien, und stellt einen unabhängigen und neuartigen Beitrag zu der Frage, wie Landnutzug Ökosysteme beeinflusst, dar.
Die Ökonomie von Pflanzen wird als Kompromiss zwischen Nährstoffaufnahme und -erhalt angesehen. Wurzeln sind in unserem Verständnis der gesamten Pflanze jedoch immer noch unterrepräsentiert. Wurzeltraits scheinen aufgrund ihrer Interaktion mit Bodenbiota multidimensional zu sein. Kompromisse zwischen der Investition in die Oberfläche der Wurzel bzw. der arbuskulären Mykorrhiza Pilze (AMF) wurden bislang anhand der spezifischen Wurzellänge untersucht. Allerdings sind auch Wurzelhaare dafür bekannt die Phosphoraufnahme zu erhöhen. Diese sind bislang in Konzepten der Wurzelökonomie nicht enthalten. In Gewächshausversuchen zeigte sich, dass Wurzelhaarlänge und -häufigkeit negativ mit der AMF-Kolonisation korrelieren. Dieser Gradient zwischen einer Strategie zur Vergrößerung der Wurzelhaaroberfläche und der AMF-Symbiose erwies sich als unabhängig von der spezifischen Wurzellänge, was auf eine bislang unberücksichtigte Varianz in Wurzeltraits hindeutet. Studien zeigen, dass die AMF-Oberfläche - gemessen als extraradikale Hyphenlänge - mit der Landnutzungsintensität zunimmt, wobei die Bodennährstoff-Stöchiometrie einen Einfluss haben könnte. Daher sind zur Untersuchung der Komplexität des Wurzel-Pilz-Oberflächen-Gradienten Daten von Flächen mit unterschiedlichen Böden erforderlich. In diesem Projekt möchte ich das Konzept eines Wurzel-Pilz-Oberflächen-Gradienten unter Beachtung von Wurzelhaaren und extraradikalen Hyphen erstmals testen. Ich werde Individuen der dominantesten Pflanzenarten im Feld (VIP-Ebene) entlang eines Landnutzungsgradienten untersuchen. Dabei gehe ich von einer Verlagerung hin zu AMF Oberfläche mit zunehmender Landnutzungsintensität aus. Aufgrund von Artenüberschneidungen zwischen den Feldern werde ich sowohl inter- als auch intraspezifische Muster testen können. Die AMF-Gemeinschaft in der Rhizosphäre wird analysiert, um zu testen, ob Veränderungen in der Hyphenlänge auf Veränderungen der AMF-Lebensgemeinschaft zurückzuführen sind. In einem mechanistischen Gewächshausexperiment wird die direkte Wirkung der Bodennährstoff-Stöchiometrie untersucht. Die AMF-Gemeinschaft in der Rhizosphäre sowie der Wurzel soll analysiert werden, um Veränderungen der AMF-Lebensgemeinschaft sowie die Plastizität von Pilzarten bei der Biomasseallokation zu testen. Die Daten werden mit morphologischen, anatomischen und chemischen Wurzeltraits aus früheren Projekten der Biodiversitäts-Exploratorien kombiniert, um die Erkenntnisse in bestehende pflanzenökonomische Konzepte zu integrieren. Der Rahmen der Exploratorien ermöglicht es, dieses verbesserte Verständnis von Wurzeltraits mit Ökosystemprozessen wie Pflanzenproduktivität, Nährstoffkreisläufen oder Bodenaggregation zu verbinden. Dieses Projekt wird das mechanistische Verständnis von Wurzelökonomie verbessern und dazu beitragen, deren Bedeutung für die Vorhersage von Veränderungen in Pflanzengemeinschaften und Ökosystemen bei zunehmender Landnutzung und globalem Wandel zu untersuchen.
Untersuchungen der funktionalen Aspekten der pflanzlichen Biodiversität haben in der Regel die Biodiversität mit über Flächen-integrierenden Maßen bestimmt und diese mit mittleren Standorteigenschaften, der mittleren Wasser- und Nährstoff-Nutzungseffizienz etc. verglichen. Die oft beobachteten positiven Auswirkungen hoher Biodiversität auf die Effizienz der Ressourcennutzung und auf die Ökosystemstabilität werden damit begründet, dass verschiedene Arten zeitlich und räumlich unterschiedliche Nischen für die Wasser- und Nährstoffaufnahme nutzen. Es bietet sich daher an, zu untersuchen, inwiefern höhere Biodiversität tatsächlich zu höherer räumlicher und zeitlicher Variabilität funktionaler Muster wie dem der Wasseraufnahme führen. Unter 'zeitlicher Variabilität' wird hier die zeitliche Änderung räumlicher Muster der Wasser- und Nährstoffaufnahme verstanden, abhängig von den hydrologischen Randbedingungen, die einzelne Arten oder funktionale Gruppen begünstigen oder benachteiligen. Das beantragte Projekt zielt darauf ab, sowohl die innerhalb der einzelnen experimentellen Plots gemittelte Evapotranspiration als auch räumliche Muster und den Grad der Heterogenität der Evapotranspiration innerhalb der experimentellen Plots sowie die zeitliche Stabilität dieser räumlichen Muster zu untersuchen. Dazu werden zwei innovative Ansätze kombiniert. Mittels Drohnen-gestützter Thermal- und Multispektral-Aufnahmen können räumliche Muster der aktuellen Evapotranspiration mit hoher räumlicher Auflösung und mit geringem Aufwand bestimmt werden. Mittels modernen Verfahren zur Analyse großer Datensätze hydrologischer Zeitreihen können die jeweiligen Beiträge verschiedener Prozesse auf die beobachtete Dynamik quantitativ erfasst werden. Die Kombination dieser beiden Ansätze ermöglicht eine Verschneidung räumlicher und zeitlicher Aspekte, um die Auswirkungen der Biodiversität auf die pflanzliche Wasseraufnahme besser zu verstehen. Im Einzelnen ist vorgesehen: 1. Mittels räumlich hoch aufgelöster Drohen-gestützter Fernerkundung wird die räumliche Heterogenität der Evapotranspiration innerhalb der experimentellen Plots bestimmt. Wir erwarten, dass höhere räumliche Variabilität mit höherer Widerstandfähigkeit gegen Trockenstress einhergeht. 2. Effekte der pflanzlichen Diversität auf die räumlichen Muster der Evapotranspiration werden von Effekten kleinskaliger Bodenheterogenitäten hinsichtlich der Verfügbarkeit von Nährstoffen, der Wasserhaltekapazität und der Bodenfeuchte unterschieden. Wir erwarten gegenseitige Abhängigkeiten zwischen Pflanzen und Boden, aber auch Effekte der pflanzlichen Diversität, die über die des Bodens hinausgehen. 3. Mittels zeitlich wiederholter Befliegungen werden die räumlichen Muster auf zeitliche Stabilität überprüft. Wir erwarten einen negativen Zusammenhang zwischen der zeitlichen Stabilität räumlicher Muster innerhalb der einzelnen Flächen und dem Grad der Biodiversität.
The importance of data and their re-use in synthesis and long-term studies is very well acknowledged in the Biodiversity Exploratories. A data policy was already adopted at the start of the project and a central database was implemented at the beginning of the first phase. The early provision of the database and a consistent observance and incorporation of user needs and requirements have resulted in high acceptance. The central data management provides an environment for data interchange and simple data re-use, stimulating and facilitating synthesis. The central database also provides the IT- infrastructure for efficient field resource management needed by the local management teams and the Biodiversity Exploratory Office, as well as a tool to provide information about species occurrence to landowners and a tool to compute the Land Use Intensity Index, LUI, for grasslands, a parameter that is used by many groups. The database secures the interpretability of data and provides the means for data quality control. It functions both as a work-in-progress storage and as a temporary archive. This proposal shall secure the continuation of this strong and, for the overall success of the Exploratories, essential work. In addition to continued provisioning of the infrastructure and user support (in particular with respect to synthesis) the work in the new funding period will focus on the following topcis: development of further research supporting tools, development of features for scientific communication, ensuring FAIRness of data and the repository itself.
The Local Management Teams (LMTs) provide the basis for the experimental work of all projects in the three Biodiversity Exploratories. The LMT maintain the infrastructure of the plots and support the research of the individual projects. The main tasks of the three LMTs (one per exploratory) include (1) maintenance of all 300 Experimental Plots (EPs) including the Medium Intensive (MIP) and Very Intensive Plots (VIPs), (2) maintenance of the new multi-plot experiments in grassland and forest, (3) procurement of all necessary research permits, (4) introduction of researchers to the plots and the logistics of the exploratory project, (5) support of research activities in the field, (6) provision of baseline data on local land use and meteorology, (7) public relations work in the region. The LMTs are the interface of the Biodiversity Exploratories project in the three regions and act as liaison body to land users, local and regional government offices and other stakeholders. The LMTs together with the BEO form the administrative and operational backbone of the Exploratories. Given the high number of participants, the particular setting of the research plots in a landscape with large numbers of different landowners and land-users as well as different land-use intensities and the high workload associated with plot maintenance, research permits and overall coordination, the LMTs are indispensable for the short and long-term continuation of the project as an interdisciplinary research platform for biodiversity.
Anthropogene Umweltveränderung beeinflussen die Phänologie und genetische Diversität von Pflanzen, mit weitreichenden Konsequenzen für ökologische Lebensgemeinschaften und die Evolution. Langzeitdaten solcher Veränderungen sind jedoch selten. Herbarien bieten die seltene Möglichkeit für Langzeitstudien über Phänologie und genetische Diversitätsveränderungen, vor allem da neue genomische Hochdurchsatzmethoden neuerdings auch eine Analyse historischer Proben von Nicht-Modellarten erlauben. Wir schlagen ein Forschungsprojekt vor, dass die Langzeitperspektiven von Herbarien mit den Stärken der Biodiversitätsexploratorien verbinden und die Phänologie und genetische Diversität heutiger Pflanzen in der Biodiversitätsexploratorien mit der von historischen Belegen der gleichen Arten aus den gleichen Regionen vergleichen soll. Wir werden uns auf frühblühende Pflanzen im Laubwald-Unterwuchs konzentrieren, da diese Arten eine deutliche, zeitlich begrenzte Blühperiode haben, und somit besonders geeignet zur Untersuchung phänologischer Veränderungen, sowie des Einflusses der Waldnutzung auf die Phänologie, sein sollten. Unser Projekt wird Feldbeobachtungen mit dem Studium naturwissenschaftlicher Sammlungen und cutting-edge Methoden der Herbariumgenomik verbinden um (1) eine umfassende Untersuchung der Blühphänologie aller frühblühenden Pflanzenarten in Wald-EPs durchzuführen und den Einfluss der Waldnutzung auf die Blühphänologie zu testen, sowie (2) mehrere grosse Herbaria nach Belegen der gleichen Pflanzenarten aus den gleichen Regionen zu durchsuchen, um langfristige Trends in der Blühphänologie, sowie den Einfluss des Klimas auf die Phänologie zu testen und die aktuellen Phänologie daten in einen historischen Kontext stellen zu können. Darüberhinaus wollen wir eine neue genomische Hochdurchsatzmethode zur Untersuchung historischer Herbarbelege, hyRAD-hybridization capture using RAD probes, etablieren und austesten, und (4) diese Methode dann dazu verwenden, um die genetische Diversität der heutigen Pflanzen im Laufwaldunterwuchs mit der ihrer Vorfahren aus den gleichen Regionen zu vergleichen. Unser Projekt wird die erste umfassende Unterschung von Pflanzenphänologie, sowie die erste Analyse der genetischen Diversität von Waldpflanzen in den Biodiversitätsexploratorien beinhalten. Vor allem bietet es erstmals eine Langzeitperspektive, und den ersten Versuch eines Vergleichs heutiger mit historischer Biodiversität in den Biodiversitätsexploratorien.
Ziel dieser Studie ist es zu verstehen, wie sich Unterschiede im chemischen Aufbau baumbürtiger DOM (treeDOM; Kronendurchlass, Stammabfluss, Streulösungen, Wurzelexsudate) auf die Bodenvegetation und mikrobiell-ökologische Prozesse in Boden und Untergrund auswirken. Neben der Erfassung von Baumarten- und Landnutzungseffekten auf DOM und Nährstoffe vom Kronenraum bis in die Wurzelzone, werden DOM und Wurzelexsudate aus dem Freiland analysiert und ihre Wirkung auf bodenmikrobiologische Prozesse ermittelt. Mesokosmenversuche testen die Interaktionen zwischen DOM, Pflanzenwachstum und Prozessen der bodenmikrobiellen Gemeinschaft. Die Kombination dieser sich ergänzenden experimentellen Ansätze erlaubt neue Einblicke in die Beziehung zwischen treeDOM und ökologischen Prozessen am Waldboden.
Materielle sowie immateriellen Beiträge der Natur zu Menschen (nature’s contributions to people, NCP) sind wichtige Bestandteile des menschlichen Wohlbefindens, werden jedoch selten gemeinsam untersucht. Wichtig hierbei ist, dass derzeit ein gutes Verständnis der Beziehungen und Mechanismen fehlt, die die biologische Vielfalt und materielle und immaterielle NCP verbinden. Dies gilt insbesondere für tropische Gebirgsökosysteme. Das übergeordnete Ziel von KiLi-SES SP2 besteht darin, Komponenten der biologischen Vielfalt zu identifizieren und zu quantifizieren, die die Versorgung mit materiellen und immateriellen NCP unterstützen, und die Auswirkungen von Klima- und Landnutzungsgradienten auf die Beziehungen zwischen biologischer Vielfalt und NCP zu untersuchen. Für materielle NCP werden wir uns auf die Produktion von Brennholz und Holzkohle (Energie), Pflanzen, Lebensmittel aus der Natur, Viehfutter und schädliche Arten (für Lebensmittel und Futtermittel), Ethnopharmazie (medizinische Ressourcen), Holzproduktion und Kleidung (Materialien) konzentrieren. Für immateriellen NCP werden wir Freizeitaktivitäten, Klanglandschaften, Landschaftsästhetik und psychologisch nützliche und schädliche Arten (physische und psychologische Erfahrungen) sowie die Zufriedenheit mit dem Kennen bestimmter Arten und heiliger Orte (unterstützende Identitäten) untersuchen. Wir werden uns zum einen auf Datensätze stützen, die in KiLi 1 auf der Ebene von 65 Untersuchungsflächen entlang des Höhengradienten am Kilimandscharo gesammelt wurden. Zum anderen werden wir weitere Datenerhebungen durchführen, um Biodiversitätskomponenten auf der Ebene der Arten, über taxonomische, phylogenetische und funktionelle Vielfalt, bis hin zur Vielfalt von Ökosystemen zu erfassen. Insbesondere sind zusätzliche Daten erforderlich, um spezifische Biodiversitätskomponenten zu quantifizieren, die materielle NCP (z. B. Sorten, Ernteertrag) und nicht-materielle NCP (z. B. Landschaftsästhetik, Klanglandschaften) unterstützen. Unsere spezifischen Ziele sind: (1) Die Bewertung des Angebots an materiellen und immateriellen NCP am Kilimandscharo, (2) Die Untersuchung, welche Biodiversitätskomponenten für materielles und immaterielles NCP und deren Beziehung zu Klima- und Landnutzungsgradienten verantwortlich sind, und (3) die Untersuchung der Synergien und Zielkonflikte beim Angebot multipler materieller und immaterieller NCP in Bezug auf die verschiedenen am Kilimandscharo anwesende Akteursgruppen. KiLi-SES SP2 wird daher wichtige Informationen zur Versorgung mit materiellen und immateriellen NCP und deren Treibern liefern, die zusätzlich zu den Daten zur Regulierung von NCP in KiLi-SES SP1 zu einem grundlegenden Verständnis dessen beitragen, wie die Natur zum Wohlbefinden von Menschen in tropischen Gebirgsökosystemen beiträgt.
Die Analyse stabiler Isotope ist ein leistungsfähiges und inzwischen unersetzliches Werkzeug in der Ökologie und Biogeochemie. Sie ermöglicht ein umfassendes Verständnis von Ökosystemprozessen über räumliche und zeitliche Skalen hinweg. Gleichzeitig entwickeln sich innovative Technologien rasch weiter. Das breite Spektrum von Anwendungsgebieten erlaubt in einzigartiger Weise, Prozesse und Wechselwirkungen in komplexen natürlichen Systemen zu identifizieren und zu quantifizieren.Die Universität Bayreuth vernetzt in ihrem Profilfeld „Ökologie & Umweltwissenschaften“ Forschende aus verschiedenen Disziplinen, die in der jeweiligen Anwendung stabiler Isotope führend sind. Isotope haben unser Verständnis von Stoffflüssen in Ökosystemen, trophischen Interaktionen in Nahrungsnetzen, sowie Mensch-Umwelt-Beziehungen entscheidend geprägt. Die Expertise in der Isotopenanalytik in Bayreuth wurde in den letzten Jahren erheblich erweitert und um neue innovative Spitzentechnologien ergänzt. Diese sind explizit auf die Identifizierung und Quantifizierung von Prozessen in terrestrischen und aquatischen Ökosystemen ausgerichtet.Ziel dieses Antrags ist es, Service und Lehre in einem neuen „Bayreuther Zentrum für Stabile Isotope in der Ökologie und Biogeochemie“ (BayCenSI) zu bündeln, mit Schwerpunkt auf der räumlichen und zeitlichen Dynamik ökosystemarer Prozesse. Das BayCenSI wird methodische Innovationen und Spitzenforschung vorantreiben und internen und externen Forschenden Zugang zu einzigartigen Technologien ermöglichen. Um diese Ziele zu erreichen, wird ein Lenkungsausschuss die strategische und wissenschaftliche Ausrichtung des Zentrums festlegen und deren Umsetzung überwachen. Das BayCenSI wird Isotopenanalytik für eine Vielzahl an Probenmatrizes anbieten, von natürlicher Häufigkeit bis hin zu sehr hoch angereicherten Proben aus Markierungsexperimenten. Neueste Technologien, wie die Visualisierung stabiler Isotope auf der µm-Skala, die Aufklärung mikrobieller Umsatzprozesse mittels gepulster Markierungen, sowie die zeitlich hochauflösende Erfassung von Gasisotopen werden in das Zentrum integriert. Dies erfordert die Implementierung eines Labormanagementsystems, um die Arbeitsabläufe zu strukturieren und hochwertige Analysen auf Basis von Qualitätsstandards zu gewährleisten. Ein/e Nachwuchswissenschaftler/in soll als Leiter/in der Core Facility eingesetzt werden, mit attraktiver Karriereperspektive. Das BayCenSI wird Forschende beraten und durch die Finanzierung explorativer Experimente unterstützen. Die Lehre im Bereich stabiler Isotope wird neben der theoretischen und praktischen Ausbildung auch Workshops, Summer Schools und Öffentlichkeitsarbeit umfassen.Unsere Vision ist es, Anwendern aus transdisziplinären Bereichen Zugang zu hochentwickelter, innovativer Analytik stabiler Isotope zu bieten, um die Forschung zu Ökosystemprozessen, mit Stoffumsätzen von Sekunden bis hin zu Jahrhunderten und von der Molekül-Skala bis zum globalen Raum, voranzutreiben.
Arthropoden, insbesondere Insekten, sind mit mehr als einer Million beschriebener Arten die artenreichste Organismengruppe in terrestrischen Habitaten. Das Core Projekt Arthropoden führt ein Langzeitmonitoring durch von a) der Häufigkeit und Diversität von Arthropoden und b) Arthropoden-abhängigen Ökosystemprozessen, in den Grasland- und Wald-Versuchsflächen der Biodiversitäts-Exploratorien inklusive der neuen Experimente im Grasland und im Wald. Das Arthropoden-Projekt koordiniert zudem die Stammnutzung im BELongDead Experiment. In dieser Phase werden Insekten 3D-digitalisiert und die Bilder in ein öffentlich zugängliches digitales Archiv eingestellt. Diese 3D-Bider und neu gemessene physiologische Merkmale erweitern unsere bisherigen Anstrengungen zur Standardisierung und Verfügbarmachung von Merkmalsdaten. Basierend auf der einzigartigen Langzeit-Datenreihe von Arthropoden im Grasland und im Wald werden weitergehende Analysen zur räumlich-zeitlichen Zusammensetzung der Lebensgemeinschaften vorgeschlagen. Die dabei entwickelten Methoden können auf andere Taxa angewendet werden und das Projekt wird einen Workshop durchführen, um Synthesearbeiten zur Community Assembly anzuregen. Als Beitrag zum Transfer der Resultate der Biodiversitätsexploratorien werden Daten und Ergebnisse zum Zusammenhang zwischen Landnutzung und Diversität bei Arthropoden, die aus verschiedenen Quellen in den Exploratorienregionen stammen, gemeinsam mit Stakeholdern analysiert und diskutiert. In einem Workshop gemeinsam mit deutschen und internationalen Experten wird zudem der Einfluss der Graslandbewirtschaftung auf Insekten diskutiert und in einer Meta-Analyse und in einer Broschüre auf Deutsch zusammengefasst.Aufgrund der jährlichen Erhebungen trägt das Projekt 'Arthropods' zu einem besseren Verständnis der Reaktion von Arthropodengemeinschaften auf eine zunehmende Landnutzungsintensivierung und der temporären Dynamik der Gemeinschaften bei. Die im Projekt gesammelten Daten stellen wichtige Basisinformationen für andere Projekte bereit, die bestimmte Taxa, organismische Wechselwirkungen, Ökosystemfunktionen oder phylogenetische Beziehungen untersuchen.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 116 |
| Global | 1 |
| Land | 1 |
| Wissenschaft | 83 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 116 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 116 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 96 |
| Englisch | 113 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Webseite | 116 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 92 |
| Lebewesen und Lebensräume | 115 |
| Luft | 56 |
| Mensch und Umwelt | 116 |
| Wasser | 47 |
| Weitere | 116 |