Grünlandökosysteme sind der Schwerpunkt von Biodiversitätsforschung in den letzten Jahrzehnten, wobei die Biodiversitätsexploratorien einen wichtigen Beitrag geleistet haben. Die unterschiedlichen Pflanzentypen z.B. Leguminosen, Gräser und Krautige und deren Vorkommen in Lebensgemeinschaften haben einen starken Einfluss auf den Nährstoffumsatz und die Biomasseproduktion im Grünland. Viele Forschungsarbeiten konzentrierten sich auf den Einfluss von Mechanismen der Landnutzungsänderung welche die Biodiversität von diesen Ökosystemen erklären. In diesem Zusammenhang wurde die Rolle von Silizium (Si) und Calcium (Ca) diskutiert. Beide Elemente werden von Pflanzen genutzt um Herbivorie abzuwehren. Poaceae sind reich an Si und arm and Ca wohingegen Fabaceae viel Ca und wenig Si akkumulieren. Die Anreicherung von Si und Ca in Pflanzen steht in Zusammenhang mit der Ressourcenaufnahmestrategie und Abbaubarkeit entlang des „fast-slow economic spectrum“. Durch den pflanzenspezifisch unterschiedlichen Bedarf an Si und Ca wirken sich unterschiedliche Verfügbarkeiten dieser Elemente im Boden unterschiedlich auf die Pflanzengemeinschaften aus. Die Si-Verfügbarkeit im Boden hat einen Einfluss auf die Biomasseproduktion von Gräsern und deren Phosphorgehalt. Für Leguminosen ist Ca wichtig für den Stickstoff- und Phosphorgehalt der Pflanzen. Im Rahmen der Biodiversitätsexploratorien wurde gezeigt, dass Landnutzungsart und -intentsität einen starken Einfluss auf Pflanzengemeinschaften hat. Da Si und Ca einen starken Einfluss auf die Ökosystemleistung im Grünland haben und dies bisher nicht umfassend untersucht wurde, möchten wir in unserem Projekt auf diesen Aspekt fokussieren. Wir erwarten direkte und indirekte Zusammenhänge zwischen Landnutzung, Si und Ca in Boden und Pflanzen im Hinblick auf Ökosystemprozesse und Ökosystemdienstleistung im Grünland. Das Ziel des Projekts ist es, die Mechanismen aufzuklären, welche die Verfügbarkeit von Si und Ca im Boden in Bezug zu der Konzentration von Si und Ca in Pflanzen für die verschiedenen Pflanzentypen und Pflanzengemeinschaften unter verschiedenen Nutzungsbedingungen in den Biodiversitätsexploratorien zugrunde liegen. Daher möchten wir aufklären, wie sich Landnutzung auf die Si und Ca- Gehalte in der Biomasse von Pflanzengemeinschaften auswirkt (Ziel 1), wie sich unterschiedliche Verfügbarkeit von Si und Ca in Böden auf die Zusammensetzung von Pflanzengemeinschaften auswirkt (Ziel 2), und wie unterschiedliche Arten und funktionelle Gruppen plastisch auf Si- und Ca-Verfügbarkeit reagieren (Ziel 3). Schlussendlich wollen wir die kausalen Zusammenhänge verstehen, welche zu unterschiedlichen Si- und Ca-Konzentrationen in der oberirdischen Biomasse im genutzten Grünland führen (Ziel 4).
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.
A4.1 Ökosystemreaktionen und Rückkopplungen im Ökosystem-Atmosphäre-Austausch von CO2, H2O und VOCs in einem heterogenen Waldökosystem Um die Lücke zwischen der relativ kleinen Skala eines einzelnen Baumes und einem Waldbestand zu schließen, analysiert A4.1 den Austausch zwischen Ökosystem und Atmosphäre durch Eddy-Kovarianz Messungen von H2O, CO2 und dessen Isoflux (13CO2). Somit lassen sich die Flüsse auf einer integrierten Skala in ihre Komponenten (Ökosystematmung und Bruttoprimärproduktion) auftrennen. Darüber hinaus messen wir die Aufnahme und Freisetzung von VOC durch unsere Wälder und bringen sie mit wichtigen Ökosystemfunktionen in Verbindung, die stark auf Umweltveränderungen reagieren. A4.2 Entwicklung eines auf einem Interbandkaskadenlaser basierenden Messsystems zur Untersuchung des Austauschs zwischen Ökosystem und Atmosphäre von VOCs. Hier entwickeln wir erstmals eine optische spektroskopische Sensortechnologie, um VOCs mit Hilfe der durchstimmbaren Laserabsorptionsspektroskopie (TLAS) zu messen. Dies soll entlang der Konzentrationsgradienten am Messturm und in Verbindung mit Einzelblattküvetten (A3.2) erfolgen.
Die Identifikation stöchiometrischer Beziehungen von Makro- und Mikronährstoffen wird als vielversprechendes Werkzeug gesehen, um das Verhalten von Pflanzen unter verschiedenen Umweltbedingungen zu verstehen und vorherzusagen. Ökologische Grundlagen legen nahe, dass die Stöchiometrien von Pflanzen, Böden, Mikroorganismen und extrazellulären Enzymaktivitäten verschiedener Elementkreisläufe gekoppelt sind. Die Rhizosphäre ist ein Hotspot solcher Kopplungen. Die Verbindung des Konzepts der ökologischen Stöchiometrie mit morphologischen ober- und unterirdischen Pflanzenmerkmalen in realen Grünlandökosystemen ist noch in der Anfangsphase. PEGasuS will die Interaktionen von 13 Grünlandpflanzenarten, mit verschiedenen ober- und unterirdischen funktionellen Merkmalen entlang des Gradienten der Landnutzungsintensität (LUI), und den Exo-Enzymkinetiken in der Rhizosphäre verstehen und für die Pflanzen- und Mikrobenernährung (C:N:P:S und weitere Bioelemente: Mg, Ca, K, Cu, Mn, Zn, Fe) bewerten. Die Faktoren, die die fünf gekoppelten stöchiometrischen Nischen steuern (Blätter, Wurzeln, Bodenlösung, mikrobielle Biomasse und Exo-Enzymkinetiken in der Rhizosphäre), werden durch die Kombination von gemischten Modellen und informationstheoretischen Ansätzen identifiziert. Trotz ihrer Sensitivität werden enzymatische Substrataffinitäten oder katalytische Effizienzen noch nicht verwendet, um stöchiometrische Beziehungen aufzuklären. Wir werden Enzymreaktionen mit einem erweiterten Michaelis-Menten Ansatz basierend auf nichtlinearen Modellen mit gemischten Effekten ermitteln. Wie der Grad stöchiometrischer Homöostase die Verteilung der Arten und ihre kompetitiven Fähigkeiten in unterschiedlich intensiv bewirtschaftetem Grünland einschränkt und wie Pflanze-Enzym Interaktionen sich nach Reduktion der LUI im Vergleich zu etablierten Referenz-Plots mit langjährig (>10 Jahre) niedrigem LUI verändern, soll mechanistisch geklärt werden. Auf 60 Grünland EPs (45 EPs des etablierten Experimentes REX plus 15 EPs mit niedrigem LUI) und 45 Plots mit reduziertem LUI (RPs) werden wir die stöchiometrischen Strategien hierfür identifizieren. Daten der Biodiversitätsexploratorien zur „Umwelt der Pflanzengemeinschaft“ zusammen mit PEGasuS-Daten zur „Umwelt der Zielpflanzenart“ ermöglichen die Identifikation von Mechanismen, die die Pflanze-Enzym Interaktionen entlang der LUI-Gradienten und ihre Reaktion auf LUI-Reduktion steuern. So werden die Effekte von taxonomischer und funktioneller Pflanzendiversität auf Plot- und Individuum-Niveau als auch von LUI-induzierten Ressourcengradienten auf die Pflanze-Enzym Interaktionen in einem Multielement-stöchiometrischen Ansatz bewertet. Durch die Verbesserung des mechanistischen Verständnisses der Effekte von LUI und LUI-Reduktion auf Ökosystemfunktionen (Kohlenstoff- und Nährstoffumsatz) sowie entsprechender Produktionsfunktion (Futterqualität und -quantität) generiert PEGasuS einen erheblichen Mehrwert für die Biodiversitätsexploratorien.
Die Funktionen von Mooren in Wasser- und Elementkreisläufen, als Kohlenstoffspeicher und in der Bewahrung der Biodiversität sind zunehmend im Fokus wissenschaftlicher und öffentlicher Debatte. Insbesondere im Verlauf des Klimawandels sind renaturierte Hochmoore Klimaextremen ausgesetzt, zum Beispiel Dürren, mit Langzeiteffekten für Boden und Pflanzengemeinschaften, und somit auch für den Kohlenstoffkreislauf. Der Klimawandel erschwert damit zusätzlich die Hochmoorrenaturierung zu bereits vorhandenen Grenzen. Damit verbunden ist ein unzureichender Wissensstand bezüglich potentieller Indikatoren für Degradation und Renaturierungserfolge, z.B. die Dynamiken und Bilanzen von Gasflüssen, Biodiversitätsniveaus oder Wasserbilanzen. Moordegradierung verändert die Wasserspeicherfähigkeit und reduziert die Fähigkeit Wasserschwankungen abzupuffern, was die Renaturierung weiter beeinflusst. Paläoökologische Daten erlauben Schlussfolgerungen über Feuchtebedingungen für Torfwachstum und potentielle Resilienz gegenüber in der Vergangenheit aufgetretenen Schwankungen der Umweltbedingungen. Somit können aus ihnen Grundlageninformationen abgeleitet werden, die helfen Renaturierungsziele zu formulieren, aber auch mögliche Einschränkungen aufzeigen. Der voranschreitenden Klimawandel mit häufigen auftretenden Hitzewellen und Dürren bedeutet insbesondere für die Re-Etablierung von Hochmoorvegetation eine ernste Bedrohung, die auf nährstoffarmes Niederschlagswasser angewiesen ist. Das Projekt verbindet Schlüsselmethoden von verwandten Disziplinen in bisher nicht gekannter Weise: In Unterprojekten behandeln wir i) die paläoökologische Rekonstruktion von Referenzbedingungen und Indikatoren für Degradation, ii) aktuelle Hydrologie, Niveaus von Biodiversität, Mikrobielle Gemeinschaften, iii) CO2 und CH4 Bilanzen mit Hauben- und Eddy-Covariance Technik und vorhandenen Langzeitdaten, iv) neuste Fernerkundungsmethoden inklusive dem Upscaling von Plotniveau bis auf das Landschaftsniveau, unterstützt von künstlicher Intelligenz, v) Negative Auswirkungen und Wechselbeziehungen zwischen Biodiversität, Kohlenstoffbilanzen, Treibhausgasemissionen und Resilienz wenn Zielniveaus nicht erreicht werden können, vi) Wissenstransfer in enger Zusammenarbeit mit Torfindustrie, Naturschutzakteuren, Akteuren der Land- und Wasserwirtschaft und der Administration.Wir untersuchen erstmalig Hochmoorrenaturierungsverläufe basierend auf neusten Bewertungsmethoden der Paläoökologie und Biogeochemie von Torfproben und ordnet diese Daten in einen landschaftsökologischen Kontext ein, um mit leistungsstarken Fernerkundungswerkzeugen das zukünftige Monitoring von degradierten und renaturierten Hochmoorflächen zu ermöglichen. Die enge Verbindung der Arbeitspakete und die Anwendung von in der Renaturierungsökologie wenig betrachteter Daten machen dieses Projekt innovativ und lassen wichtige Ergebnisse erwarten für die Hochmoorrenaturierung unter sich verändernden hydro-klimatischen Bedingungen.
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.
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.
Im Rahmen von Kili-SES befasst sich SP6 mit Landnutzung, Management und Naturschutz als Triebkräfte der biologischen Vielfalt. In Kili-SES-1 erwiesen sich Landnutzungsveränderungen durch Bevölkerungswachstum als Schlüsselfaktoren an den unteren Hängen des Kilimandscharo. Es bleibt die Frage, ob die jüngsten Wald- und Buschbrände in den oberen Regionen auf veränderte klimatische Bedingungen hinweisen. Wir wollen den Ursprung und die Folgen dieser Brände als potenziell schädliche NCP auf Landschaftsebene untersuchen. Dabei konzentrieren wir uns auf die biologische Vielfalt und die Wasserbilanz im Nationalpark (zusammen mit SP1) und prüfen, ob solche Brände in den letzten Jahrzehnten zugenommen haben. Da die NCPs stark von der biologischen Vielfalt und dem Funktionieren der Ökosysteme abhängen, untersuchen wir, wie der Mensch die biologische Vielfalt, das Funktionieren der Ökosysteme und folglich das menschliche Wohlbefinden verbessern kann. Konkret wollen wir (zusammen mit SP1 und 2) das ökologische Potenzial für eine Transformierung durch Anpflanzung einheimischer Bäume prüfen, ergänzend zu den Studien von SP3-5. Der Fokus soll auf Auwäldern als wichtige Biodiversitätskorridore und traditionellen Agroforstsystemen als nachhaltige Landnutzungsformen liegen. Während in Kili-SES-1 der Kilimandscharo als isoliertes System betrachtet wurde, planen wir nun eine Erweiterung unserer Perspektive unter Einbeziehung des umliegenden Landschaftskontextes. Der Kilimandscharo war einst mit anderen Bergen durch Waldkorridore verbunden, die als Wanderwege dienten und die biologische Vielfalt beeinflussten, entscheidend für die Widerstandsfähigkeit gegenüber Umweltveränderungen. Ziel ist die Analyse der ökologischen Konnektivität und Telekopplung im Hinblick auf Naturschutzpolitik. Hierzu wollen wir mit umfangreichen Daten zu Pflanzen, Arthropoden und Kleinsäugern die frühere biologische Vielfalt ohne menschlichen Einfluss modellieren, um die ungleiche Verteilung endemischer Arten zu untersuchen, eine kontroverse biogeographische Frage in Ostafrika. Der Kilimandscharo und die umliegenden Berge sind unterschiedlich geschützt (Nationalparks, Natur- und Waldreservate), mit zunehmend fragmentierten Schutzgebieten. Durch Hochskalierung und Modellierung der Biodiversität unter Verwendung von Hyperspektralbildern (zusammen mit SP7) planen wir die sich daraus ergebenden Biodiversitätsniveaus und Bedrohungen zu vergleichen, einschließlich der Auswirkungen der Einbeziehung der Waldgürtel des Kilimandscharo und Meru in Nationalparks im Jahr 2006, die möglicherweise illegale Aktivitäten in die umliegenden Berge verlagert haben. Zusätzlich zu diesen Themen wollen wir weiterhin langfristige Klima- und Dendrometriedaten erheben und umfassendes Monitoring von Gefäßpflanzen, Flechten und Moosen durch (ergänzt durch Pilze) durchführen. So hoffen wir ein Niveau und eine Qualität ökologischer Daten zu erreichen, die für Kili-SES wichtig und für ein tropisches Gebirge einzigartig sind.
Räumliche Heterogenität in Standorteigenschaften ist ein Hauptfaktor für das Entstehen von Biodiversität, er wurde jedoch in den Biodiversitätsexploratorien kaum untersucht. Wir wollen diese Lücke füllen, indem wir theoretische, experimentelle und beobachtenden Studien integrieren, um die Mechanismen zu untersuchen, durch welche Habitatheterogenität von Landnutzung und Heterogenität durch Landnutzung Artenvielfalt im Grünland beeinflussen. Ein zugrunde liegendes Modell ist, dass Heterogenität sowohl positive als auch negative Effekte hat, bewirkt durch einen immanenten trade-off zwischen dem Heterogenitätsniveau und der effektiven Fläche, welche für Individuen in der Gemeinschaft zur Verfügung steht (AHTO-area-heterogeneity trade-off). In Phase 1 verwenden wir analytische Modelle, um einige simplifizierende Annahmen voriger AHTO-Modelle zu erweitern. Gleichzeitig diente ein einmaliges neues experimentelles System dem Test einiger Grundvorhersagen der Modelle. In Phase 2 erweitern wir unsere Arbeit in 3 Richtungen. 1) Wir skalieren unsere Modelle sowohl hoch (durch Erweitern des lokalen Modells zu einem Meta-Gemeinschaftsmodell) als auch herunter (durch explizite Modellierung von ober- und unterirdischen Konkurrenzeffekten bei individuellen Pflanzen). Die größere Skala wird das Modell an die Struktur der empirischen Arbeiten angleichen, die kleine Skala erfasst die eigentlichen Mechanismen, welche Landnutzung (insbesondere Düngung, Mahd, Beweidung) mit Konkurrenz und Artenvielfalt verbindet. 2) Um die empirisch beobachteten Diversitätsmuster besser zu verstehen, etablieren wir ein neues Experiment, in welchem wir das Wachstum der Zielarten ohne Konkurrenz messen, sowie unter Simulation von Düngung, Mahd und Tritt auf flachen und tiefen Böden. Die Ergebnisse gehen auch als realistischere Parameter in unsere Modelle ein. 3) Wir etablieren ein neues skalenübergreifendes Beobachtungssystem, um Landnutzung, Habitatheterogenität und Diversität zu verknüpfen. Die Untersuchungseinheit entspricht dabei derjenigen in den Experimenten, und das Design umfasst einen sehr großen Bereich von Skalen (vom Zentimeterbereich bis hin zu vielen Hundert Kilometern). Zudem nutzen wir neue Kooperationen in den Exploratorien, insbesondere mit CP3, um mit Fernerkundungsmethoden umfassende Daten zu kleinskaliger Habitatheterogenität und beta-Diversität für alle Grünland-EPs zu generieren. Die skalenübergreifenden theoretischen, experimentellen, beobachtenden und Fernerkundungsmethoden tragen signifikant zum Kausalverständnis darüber bei, wie Landnutzung Biodiversität indirekt, nämlich durch Modifikation von Habitatheterogenität, beeinflusst. Zudem liefern wir Daten für umfassende neue Syntheseprojekte.
Pflanzen passen sich mit erstaunlicher morphologischer Plastizität an Umweltveränderungen an, wie sie z.B. durch landwirtschaftliche Nutzung erzeugt werden. Die diesen morphologischen Veränderungen zugrundeliegenden molekulargenetischen Prozesse und hieraus resultierende Verschiebungen in genetischer Diversität sind jedoch größtenteils unbekannt. In dem hier beantragten Projekt wollen wir deshalb die molekulargenetischen Reaktionen auf Störungen und Umweltveränderungen untersuchen (Mahd und Düngung im Grünland). Rotklee (Trifolium pratense) ist als wertvoller Proteinlieferant eine der wichtigsten Nutzpflanzen im Grünland und trägt durch N2-Fixierung zur Reduktion der Stickstoffdüngung in Böden bei, sodass er die Ökobilanz landwirtschaftlich genutzter Grünlandflächen nachaltig verbessern kann. T. pratense findet sich auf allen Grünlandflächen der Biodiversitätsexploratorien und wir konnten in TRATSCH I zeigen, dass T. pratense (i) verschiedene morphologische Reaktionen auf Mahd zeigt. (ii) Wir identifizierten Mahd-spezifisch differenziell exprimierte Entwicklungskontrollgene und Gene, die standortspezifisch differenziell exprimiert werden, und (iii) etablierten ein mRNA-seq-Fingerprinting Protokoll. Mit diesem kann eine große Zahl an Individuen auf vielen Plots unter unterschiedlichen Landnutzungsbedingungen analysiert werden. Durch Korrelation mit diversen Umweltdaten können Effekte der Umwelt von denjenigen der Landnutzung unterschieden werden. Damit verknüpfen wir Landscape Genetics mit Landscape Genomics, um die Genomfunktionalität einzelner Arten im Umweltzusammenhang zu analysieren. In TRATSCH II beabsichtigen wir unsere Datenaufnahme auf alle Exploratorien auszudehnen, um die Störungs- und Umweltspezifität der exprimierten Transkriptom-Fingerprints in größerem Zusammenhang zu analysieren. Expressionsstudien und funktionelle Studien der Mahd-spezifischen Entwicklungskontrollgene werden Aufschluss darüber geben, wie Pflanzen auf molekulargenetischer Ebene die Veränderung des Morphotypus und das Nachwachsen nach der Mahd steuern. Um die Ökobilanz im Grünlandanbau zu optimieren, untersuchen wir experimentell verschiedene Anbauverfahren, um hohe Proteinerträge mit möglichst niedrigen Düngergaben zu erhalten. Ferner überprüfen wir die Hypothese, dass epigenetische Modifikationen für die Regulation der morphologischen Veränderungen mit verantwortlich sind durch temporäre und quantitative Analyse von Methylierungsmustern der genomischen Loci von Entwicklungskontrollgenen.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 128 |
| Europa | 1 |
| Land | 1 |
| Wissenschaft | 94 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 128 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 128 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 107 |
| Englisch | 125 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Webseite | 128 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 103 |
| Lebewesen und Lebensräume | 127 |
| Luft | 60 |
| Mensch und Umwelt | 128 |
| Wasser | 50 |
| Weitere | 128 |