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.
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.
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.
A3.1 Räumliche und zeitliche Auflösung der 13CO2- und VOC-Flüsse im BlattWir erfassen die räumliche und zeitliche Dynamik des Gaswechsels in Blättern innerhalb Baumkronen und Baumarten in einem Mischbestand. Durch die Messung der natürliche 13C-Isotopen Diskrimination können Anpassungen der Wassernutzungseffizienz und Umwelteinflüsse auf die Photosynthese entschlüsselt werden. Blattemissionen flüchtiger organischer Verbindungen (VOC) sind weitere Indikatoren für biotische und abiotische Stresse, so dass Hot Spots und Hot Moments in Echtzeit erfasst werden können. A3.2 Entwicklung von miniaturisierten Blattküvetten und kompakten Laser-spektroskopen für 13CO2-IsotopeWir entwickeln Mikro-Gasküvetten, welche in großer Zahl eingesetzt werden sollen, um die 3D-Variabilität der 13CO2-Isotope innerhalb des Kronendachs zu überwachen. Sie sind mit einem integrierten Öffnungs- und Schließ-mechanismus ausgestattet und werden mit mehreren kleinen, kostengünstigen Kohlenstoffisotopen-Laserspektroskopen verbunden, die auch die H2O-Flüsse in den Blättern messen werden. Da die Laserspektroskope nicht in ähnlichem Maße miniaturisiert werden können wie die Blattküvetten, werden sie an einer zentralen Stelle platziert und durch Schläuche verbunden.
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.
Organismen im Plankton bilden komplexe Gemeinschaften die substanziell zur globalen Primärproduktion beitragen und die Grundlage des marinen Nahrungsnetzes bilden. Dieses Projekt adressiert die Rolle von Sekundärmetaboliten in der Organisation von komplexen Plankton Gemeinschaften. Wir untersuchen den Einfluss des Bakteriums Kordia algicida das Mikroalgen lysieren kann auf das Plankton Microbiom. Die Regulation der Interaktion und die kaskadierenden Effekte auf die Lebensgemeinschaften im Meer werden in Labor- und Felduntersuchungen adressiert.
Das Kernprojekt 5 - Pflanzen - wird weiterhin wichtige Hintergrundinformationen für die anderen Kern- und Beitragsprojekte liefern und die grossen Multi-Site Experimente unterstützen. Dazu werden wir das Monitoring der Vielfalt und Abundanz der Gefäßpflanzen in allen Wald- und Grünland-EPs fortsetzen. Im neuen Multi-Site-Experiment in Wiesen und in der krautigen Vegetation im neuen Multi-Site-Experiment in Wäldern werden Pflanzenvielfalt, -abundanz und -produktivität weiter gemonitored. Darüber hinaus werden wir die Biomasseproduktion in allen Grünland-EPs und im Unterwuchs aller Wald-EPs als wichtige Ökosystemleistung monitoren und Informationen zu den verschiedenen Nutzungswerten von Pflanzenarten (z. B. medizinisch, als Baumaterial, Energie, Zierpflanzen) als weitere wichtige Ökosystemleistung zusammenstellen. Wir bieten Daten zur intraspezifischen Variation der funktionalen Merkmale der Pflanzen und berechnen auf Grundlage dieser individuellen Merkmale für jedes Diagramm die funktionalen Diversitätsmaße. Darüber hinaus werden wir Klima- und Landnutzungsdaten verwenden, um extreme Klima- oder Landnutzungsereignisse als Abweichungen von langfristigen Durchschnittswerten zu identifizieren und deren Auswirkungen auf die Pflanzenvielfalt zu analysieren. Schließlich werden wir langfristige Änderungen in der Vegetationszusammensetzung in Bezug auf Landnutzungsänderungen, Klima und Waldstruktur analysieren. Insgesamt wird dieses Projekt Daten und Erkenntnisse zu allen Untersuchungsflächen liefern, die für alle anderen Projekte wichtig sind.
Die CO2 - Aufnahme höherer Pflanzen erfolgt diffusiv über kleine Öffnungen der Blattoberfläche, die Stomata. Gleichzeitig geht auf demselben Weg Wasserdampf verloren, angetrieben vom atmosphärischen Sättigungsdefizit (VPD). Die Flüsse beider Gase werden durch die stomatäre Öffnungsweite bestimmt. Seit mehreren Jahrzehnten ist daher die wechselseitige Skalierung der Flüsse von Wasserdampf und CO2 ein zentraler Teil aller wichtigen Gaswechsel-Modelle - erkennbar am Faktor 1.6, dem Verhältnis der Diffusionskonstanten. Allerdings wird die Gültigkeit dieser Annahme in Frage gestellt, wenn sich Feinstaubablagerungen auf den Blättern befinden. Hygroskopische Feinstaubbestandtteile lösen sich in der feuchten Blattgrenzschicht auf, kriechen als dünne Filme in die substomatäre Höhle und verbinden sich dort mit apoplastischem Wasser. Durch diese „hydraulische Aktivierung der Stomata“ (HAS) transportieren die Stomata sowohl flüssiges als auch gasförmiges Wasser vom Blattinneren in die Atmosphäre. Wir konnten zeigen, dass bereits moderate Luftverschmutzung die stomatäre Transpiration bei Tag, die minimale Leitfähigkeit bei Nacht, sowie das Verhältnis zwischen Transpiration und Blattöffnungsweite signifikant beeinflusste. Diese Effekte werden durch den klimawandelbedingten Anstieg von VPD noch verstärkt: Wassernutzungseffizienz und Trockentoleranz nehmen ab und die Modellentwicklung auf Basis der gegenseitigen Skalierung von CO2 und H2O wird unzuverlässiger. In diesem Projekt soll in Labor, Gewächshaus und Freiland der HAS-Einfluss auf den pflanzlichen Gaswechsel und die Hydraulik quantifiziert werden, wobei iso- und anisohydrische Arten unterschiedlich auf Feinstaubablagerungen reagieren. Sowohl experimentelle Erhöhung als auch Verringerung der Feinstaubkonzentration werden als Versuchsansätze genutzt, gemeinsam mit aktuellen Gaswechsel-, optischen und Isotopen-Techniken. Die Ergebnisse sind bedeutsam für das Verständnis der Atmosphäre/Pflanze-Interaktion auf allen Skalen von der Schließzelle bis zum Pflanzenbestand.
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.
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.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 110 |
| Global | 1 |
| Land | 1 |
| Wissenschaft | 79 |
| Type | Count |
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| Förderprogramm | 110 |
| License | Count |
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| Offen | 110 |
| Language | Count |
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| Deutsch | 90 |
| Englisch | 107 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Webseite | 110 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 87 |
| Lebewesen und Lebensräume | 109 |
| Luft | 52 |
| Mensch und Umwelt | 110 |
| Wasser | 45 |
| Weitere | 110 |