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Waldlücken- und Wuchsdynamik der Baumarten tropischer Bergregenwälder in Süd-Ecuador und Costa Rica

Der hochdiverse tropische Regenwald weist eine Fülle verschiedener struktureller Parameter auf, die sich je nach Exposition und Meereshöhe graduell oder abrupt ändern. Schichtung, Bestandesarchitektur, Lebensformenanteile (Palmen, Baumfarne, Hochstauden, Epiphyten etc.), Diversitätsgrößen, Durchwurzelung, Nähr- und Spurenelementverteilung ändern sich entlang von Höhengradienten oder auch entsprechend unterschiedlicher Störungsregime. Beispiele dieser Kenngrößen und ihrer Funktion sollen erfasst werden und insbesondere mit dem Auftreten der Baumlücken verknüpft werden. Baumlücken ('gaps') spielen für die Regeneration und damit Erhaltung der hohen Biodiversität und heterogenen Bestandesstruktur in Primärwäldern eine entscheidende Rolle. Wahrscheinlich lässt sich in Primärwäldern ein großer Teil der für jede Art wesentlichen Kennfaktoren, wie Regenerationsdynamik, Keimung, Jungwuchs, Alterspyramide, Zuwachsraten, etc. aus der Baumlückendynamik ableiten. Für Bergregenwälder muß dies allerdings erst noch aufgezeigt werden. Die Einbeziehung verschiedener Störungsursachen rezenter Baumfallücken gibt Hinweise auf mögliche Entwicklungsrichtungen der Waldlücken, also auch auf ihre mögliche weitere Sukzession. Je nach Artenzahl an vorkommenden Baumarten sind vergleichende Untersuchungstransekte notwendig, die in Ecuador einerseits, in Costa Rica andererseits zur Verfügung stehen und damit ideale Vergleichsmöglichkeiten bieten.

Seawater carbonate chemistry and growth and carbon metabolism of the seaweed Fucus vesiculosus in the western Baltic Sea

Warming and acidification of the oceans as a consequence of increasing CO2-concentrations occur at large scales. Numerous studies have shown the impact of single stressors on individual species. However, studies on the combined effect of multiple stressors on a multi-species assemblage, which is ecologically much more realistic and relevant, are still scarce. Therefore, we orthogonally crossed the two factors warming and acidification in mesocosm experiments and studied their single and combined impact on the brown alga Fucus vesiculosus associated with its natural community (epiphytes and mesograzers) in the Baltic Sea in all seasons (from April 2013 to April 2014). We superimposed our treatment factors onto the natural fluctuations of all environmental variables present in the Benthocosms in so-called delta-treatments. Thereby we compared the physiological responses of F. vesiculosus (growth and metabolites) to the single and combined effects of natural Kiel Fjord temperatures and pCO2 conditions with a 5 °C temperature increase and/or pCO2 increase treatment (1100 ppm in the headspace above the mesocosms). Responses were also related to the factor photoperiod which changes over the course of the year. Our results demonstrate complex seasonal pattern. Elevated pCO2 positively affected growth of F. vesiculosus alone and/or interactively with warming. The response direction (additive, synergistic or antagonistic), however, depended on season and daylength. The effects were most obvious when plants were actively growing during spring and early summer. Our study revealed for the first time that it is crucial to always consider the impact of variable environmental conditions throughout all seasons. In summary, our study indicates that in future F. vesiculosus will be more affected by detrimental summer heat-waves than by ocean acidification although the latter consequently enhances growth throughout the year. The mainly negative influence of rising temperatures on the physiology of this keystone macroalga may alter and/or hamper its ecological functions in the shallow coastal ecosystem of the Baltic Sea.

Seawater carbonate chemistry and carbonate load of seagrass leaves

Seagrass meadows play a significant role in the formation of carbonate sediments, serving as a substrate for carbonate-producing epiphyte communities. The magnitude of the epiphyte load depends on plant structural and physiological parameters, related to the time available for epiphyte colonization. Yet, the carbonate accumulation is likely to also depend on the carbonate saturation state of seawater (Omega) that tends to decrease as latitude increases due to decreasing temperature and salinity. A decrease in carbonate accumulation with increasing latitude has already been demonstrated for other carbonate producing communities. The aim of this study was to assess whether there was any correlation between latitude and the epiphyte carbonate load and net carbonate production rate on seagrass leaves. Shoots from 8 different meadows of the Zostera genus distributed across a broad latitudinal range (27 °S to up to 64 °N) were sampled along with measurements of temperature and Omega. The Omega within meadows significantly decreased as latitude increased and temperature decreased. The mean carbonate content and load on seagrass leaves ranged from 17 % DW to 36 % DW and 0.4-2.3 mg CO3/cm**2, respectively, and the associated mean carbonate net production rate varied from 0.007 to 0.9 mg CO3/cm**2/d. Mean carbonate load and net production rates decreased from subtropical and tropical, warmer regions towards subpolar latitudes, consistent with the decrease in Omega. These results point to a latitudinal variation in the contribution of seagrass to the accumulation of carbonates in their sediments which affect important processes occurring in seagrass meadows, such as nutrient cycling, carbon sequestration and sediment accretion.

Oekotoxikologische Probleme in den Tropen und Subtropen, Teil 2: Untersuchungen zur Wirkung gasfoermiger Luftverunreinigungen und kupferhaltiger Fungizide

Infolge zunehmender Industrialisierung von Entwicklungs- und Schwellenlaendern und dem Transfer umweltbelastender Produktion aus den Industrielaendern in die Dritte Welt ist in den Laendern der Tropen und Subtropen eine zunehmende Umweltzerstoerung zu beobachten. Gleichzeitig ist die Kenntnis ueber Methoden zur Erfassung und Bewertung von Imissionswirkungen in diesen Laendern noch sehr gering. Die Industrienationen sind hier aufgefordert, Hilfestellung zu leisten. In Zusammenarbeit mit brasilianischen Institutionen werden Untersuchungen durchgefuehrt zur Empfindlichkeit brasilianischer Pflanzenarten gegenueber gasfoermigen Luftverunreinigungen und Schwermetallen, zur Entwicklung und Erprobung von Bioindikationsverfahren fuer diese Schadstoffe und zur Wirkung auf Oekosysteme.

Vegetationskundliche Untersuchungen im Bergwald am Kilimanjaro

Der Kilimanjaro weist zur Zeit noch einen weitgehend geschlossenen Waldgürtel auf. Durch eine stark unterschiedliche Niederschlagsverteilung einerseits und eine ausgeprägte Höhenzonierung andererseits ergibt sich eine hohe Diversität der Waldbestände im Hinblick auf Artenzusammensetzung, Schichtung und Lebensformen. Insbesondere der Bergwald des Südhanges ist in seiner Vielfalt nicht nur wegen seines Epiphyten- und Farnreichtums einzigartig in Ostafrika. Hier finden sich große Gebiete, die aufgrund ihrer Unzugänglichkeit noch unberührt sind. Somit bietet sich die einmalige Gelegenheit, diesen interessanten Lebensraum in natürlicher Ausprägung zu studieren. Dies wurde vom Antragsteller in einem vorangegangenen DFG-Projekt begonnen. Im Rahmen des hier beantragten Habilstipendiums soll dieses umfangreiche Projekt abgeschlossen werden. Erstes Ziel ist die Vervollständigung der vegetationskundlich ökologischen Bestandserfassung aller Waldtypen und ihrer Regeneration. Im Anschluss daran eine Vegetationskarte erstellt werden. Mit diesen Arbeiten wird eine wissenschaftliche Grundlage für die immer dringlicher werdenden gezielten Schutzmaßnahmen geschaffen.

Die Lagerungsfaehigkeit von Frischgemuese in Abhaengigkeit von oekologischen Faktoren und unter besonderer Beruecksichtigung physiologischer und mikrobieller Aspekte

Es wird die Lagerungsfaehigkeit in Abhaengigkeit von oekologischen Faktoren (insbesondere Duengung, Boden, Klima) in Parallele mit physiologischen und mikrobiologischen Parametern untersucht. Im Einzelnen stehen in der Pruefung - Atmungsumsatz - Enzymaktivitaet - Dichte der Epiphyten-Mikroflora verschiedener physiologischer Gruppen - Verpilzungstest. Ziel der Arbeit ist das Auffinden von Faktoren, die die Lagerungsfaehigkeit beeinflussen, und die Ausarbeitung von Schnelltestverfahren zur Vorherbestimmung der Lagerungsfaehigkeit.

Die Bedeutung chemischer Standortfaktoren für die kleinräumige Verbreitung epiphytischer Flechten

Die Bedeutung chemischer Standortfaktoren für die kleinräumige Verbreitung epiphytischer Flechten soll untersucht werden. Der Grund hierfür ist, dass bei der Untersuchung der Standortfaktoren innerhalb eines gegebenen Waldökosystems mit räumlich konstanter Immissionsbelastung chemische Faktoren bisher häufig vernachlässigt wurden, im Rahmen der bisherigen Arbeiten des Antragstellers in einem ausgewählten Ökosystem (nämlich in montanen Fichtenwäldern des Harzes) aber ein ganz entscheidender Einfluss eben der chemischen Standortfaktoren nachgewiesen werden konnte. Die Untersuchungen sollen in ausgewählten Laub- und Nadelwaldökosystemen der US-Bundesstaaten New York und Pennsylvania durchgeführt werden und knüpfen an dort bereits 1999 vom Antragsteller initiierte Studien an. Die Standortchemie soll vor allem durch Niederschlags- und Borkenanalysen charakterisiert werden. Neben den chemischen Faktoren sollen auch Messungen zum Mikroklima durchgeführt werden, um die Bedeutung dieser beiden Faktorenkomplexe für die kleinräumige Epiphytenverbreitung quantitativ bewerten zu können. Dies ist nicht zuletzt deshalb sinnvoll, weil das Mikroklima bisher von vielen Autoren als ausschlaggebend für die kleinräumige Verbreitung von epiphytischen Flechten in Wäldern angesehen wurde.

Ernährungsökologische Nische und Habitatstruktur in benthischen Nahrungsnetzen

In Laborversuchen sollen qualitative und quantitative Aspekte der Interaktion von dominierenden Organismen benthischer Nahrungsnetze vergleichend marin-limnisch untersucht werden. Zentrale Aufgabenstellungen sind: a) Identifikation der potentiellen und der im Einzelfall realisierten ernährungsökologischen Nische dominierender Makroinvertebraten mit konventionellen Methoden sowie über die quantitative Bestimmung extrazellulärer Verdauungsenzyme. b) Quantitative Untersuchung von Epiphyten und Makrophyten in ihrer Funktion als Nahrung bzw. Habitatbildner bei unterschiedlicher Dichte und Zusammensetzung der Makroinvertebraten. c) Untersuchung der Populationsdynamik von Räuber-Beute/Grazer-Algen -Systemen in Abhängigkeit vom Nahrungsangebot und von Fraßrefugien unter Zugrundelegung von Gradienten experimenteller Manipulation. d) Modifizierender Einfluss höherer (Fische) bzw. niedrigerer (Bakterien und Protozoen) trophischer Ebenen auf die zuvor festgestellten Interaktionen.

Ökophysiologie polarer Algen: Wechselwirkungen zwischen Bakterien und Eisdiatomeen insbesondere beim Oxidationsschutz

Bei zahlreichen Stoffwechselvorgängen in Organismen kommt es zur Bildung von reduzierten Sauerstoffformen wie Wasserstoffperoxid, Superoxidanionen oder des Hydroxylradikals. Marine Eisdiatomeen bilden zusammen mit anderen Mikroorganismen im Packeis in den Salzlaugenkanälchen eine eigenständige Meereisgesellschaft. Diese Kanälchen zeichnen sich durch extreme Umweltbedingungen aus (Licht, Salinität, Temperatur, hohe Zelldichten), die eine vermehrte Bildung von aktivierten Sauerstoff Spezies begünstigen. Bei Untersuchungen zum Oxidationsschutz der Eisdiatomee Enteromoneis kufferathii MANGUIN wurde festgestellt, dass diese in Gesellschaft mit epiphytisch lebenden Bakterien vorkommen. Die Ergebnisse ergaben, dass die Bakterien maßgeblich an der Entgiftung der Oxidantien beteiligt sein können, so dass die Vermutung einer symbiotischen oder kommensalistischen Beziehung naheliegt. Es soll die Art der Bakterien/Algen-Wechselwirkung näher untersucht und der jeweilige Anteil an Oxidationsschutzsystemen (enzymatisch oder durch Schutzsubstanzen) überprüft werden, um die These vom gegenseitigen Schutz vor Sauerstoffradikalen zu überlegen. Die Bakterien werden charakterisiert und ihr Einfluss auf das Wachstum von E. Kufferathii und anderen Algen der Eislaugengesellschaft wird untersucht. Elektonenmikroskopische Aufnahmen (TEM/REM/LSM) sollen Aufschluss über die Art des Kontaktes zwischen Algen und Bakterien geben.

Spurengasflüsse und Stickstoffumsetzungen in stark verwitterten Böden unter Regenwaldtransformationssystemen

An allen 32 Standorten soll Folgendes durchgeführt werden: (a) bodenphysikalische und -chemische Analysen bis zu einer Tiefe von 2 m anhand einer Kombination aus falsche Zeitreihen- und longitudi-nalen Ansätzen; (b) Messungen mikrobiell gesteuerter Stickstoffumsetzungen im Boden und mikro-bieller Biomasse im Oberboden; (c) ganzjährige in-situ Messungen von NO, N2O, CH4 und CO2- Flüssen sowie Messungen der entsprechenden Einflussgrößen; (d) Entwicklung von Regressionsmo-dellen zwischen jährlichen Spurengasflüssen und einfach zu messenden Proxy- Variablen der Kont-rollgrößen im Boden; und (e) Messungen der Boden-CH4 und -CO2-Flüsse sowie in-situ Inkubationen von Epiphyten auf Ölpalmen.

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