Sediment erosion and transport is critical to the ecological and commercial health of aquatic habitats from watershed to sea. There is now a consensus that microorganisms inhabiting the system mediate the erosive response of natural sediments ('ecosystem engineers') along with physicochemical properties. The biological mechanism is through secretion of a microbial organic glue (EPS: extracellular polymeric substances) that enhances binding forces between sediment grains to impact sediment stability and post-entrainment flocculation. The proposed work will elucidate the functional capability of heterotrophic bacteria, cyanobacteria and eukaryotic microalgae for mediating freshwater sediments to influence sediment erosion and transport. The potential and relevance of natural biofilms to provide this important 'ecosystem service' will be investigated for different niches in a freshwater habitat. Thereby, variations of the EPS 'quality' and 'quantity' to influence cohesion within sediments and flocs will be related to shifts in biofilm composition, sediment characteristics (e.g. organic background) and varying abiotic conditions (e.g. light, hydrodynamic regime) in the water body. Thus, the proposed interdisciplinary work will contribute to a conceptual understanding of microbial sediment engineering that represents an important ecosystem function in freshwater habitats. The research has wide implications for the water framework directive and sediment management strategies.
Objectives: 1. To test if the concept of novel and hybrid ecosystems forwarded by R. Hobbs and colleagues applies to degraded subtropical grasslands, i.e. if these ecosystems group along axes of deviation in abiotic conditions and biotic composition from reference ecosystems. 2. To investigate the extent to which ecosystem functions in the hybrid and novel ecosystems differ from reference grasslands, and whether these differences are related to deviation from the biodiversity of reference systems. 3. To manipulate degraded grasslands through selected restoration methods to identify transition thresholds and to test if restorability of abiotic conditions and biotic composition corresponds to restorability of ecosystem functions. A large-scale rapid ecosystem assessment will form the analytical basis of the study, followed up by field experiments on seed limitation (i.e. lack of seed bank or dispersal) and site limitation (i.e. lack of safe sites for germination and inadequate conditions for plant establishment). The experiments will be conducted in a factorial design testing for transition thresholds between degradation stages.
This project aims to elucidate how sensitive and to which extent soil properties respond to different rangeland management in the grassland and savannah biome of semiarid South Africa, and to figure out to which degree changes of the ecosystems are perceived and caused by farmers' decisions. We hypothesise that both ecosystems respond differently to rangeland degradation: in the savannah biome bush encroachment leads to an improvement of the soil quality, whereas in grasslands degradation of the soils proceeds with intensified management.
The project aims at achieving a better understanding of the processes that drive or limit the response of grassland systems in a world of increasing atmospheric pCO2. We will test the hypothesis that the previously shown increase in below-ground allocation of C under elevated pCO2 provides the necessary energy excess and will stimulate free-living N2 fixers in a low N grassland environment. The project thus aims at assessing the occurrence and importance of free-living N2 fixers under elevated pCO2 and identify the associated microbial communities involved in order to better understand ecosystems response and sustainability of grassland systems. This project had the last opportunity to obtain soil samples from a grassland ecosystem adapted to long-term (10 year) elevated atmospheric pCO2 as the Swiss FACE experiment. The project aims to identify the relevant components of free-living diazotrophs of the microbial community using 15N stable isotope - DNA probing.
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.
Schwefel (S) ist ein essentielles Nährelement für Mikroorganismen und Pflanzen. Eine ausreichende S-Versorgung ist daher entscheidend für die Erhaltung von Ökosystemfunktionen und -produktivität. Ziel dieses Projekts ist es, zu testen, ob die Kombination aus Ökosystem (Grünland vs. Wald) und Landnutzungsintensität (d.h. Einträge und Export von S) mit unterschiedlichen Mechanismen des S-Recyclings in Böden gekoppelt ist, wodurch letztlich der Artenreichtum und die Artenzusammensetzung an den jeweiligen Standorten der Biodiversitäts-Exploratorien beeinflusst wird. Im Speziellen nehmen wir an, dass (i) die S-Vorräte und die S-Verfügbarkeit für jedes Ökosystem durch die Landnutzungsintensität und die S-Speicherkapazität innerhalb des Bodenprofils bestimmt werden; dass (ii) Ökosysteme mit geringer Landnutzungsintensität durch ein intensiveres S-Recycling und damit auch eine höhere S-Nutzungseffizienz im Vergleich zu Standorten mit intensiver Bewirtschaftung gekennzeichnet sind; und dass (iii) eine Abnahme der Landnutzungsintensität in Grünlandböden zu einem effizienteren S-Recycling führen wird. Da für die Biodiversitäts-Exploratorien bisher nur wenige Daten zu Schwefel erhoben wurden, werden in diesem Projekt zunächst die aktuellen S-Vorräte und die S-Verfügbarkeit im Bodenprofil entlang der Landnutzungsgradienten bestimmt. Anschließend werden wir das mikrobielle S-Recycling und die Enzymaktivität sowie Isotopenverhältnisse (delta 34S und delta 18O-SO4) analysieren, um standortspezifische Unterschiede in der S-Nutzungseffizienz und dem S-Recycling zu identifizieren. Über die Dauer des Projekts werden wir weiterhin beobachten, wie sich diese Indikatoren für S-Verfügbarkeit und S-Recycling nach einer Landnutzungsänderung in Grünland verändern. In Zusammenarbeit mit anderen Partnern aus diesem Schwerpunktprogramm wird das Projekt somit zu einem besseren Verständnis beitragen, welche Faktoren die Biodiverisität an den Standorten der Exploratorien beeinflussen.
In den vergangenen Jahrzehnten wurden die meisten Grünlandökosysteme in Mitteleuropa durch höhere Düngergaben und durch häufigeres Mähen oder Beweiden verändert. Diese Landnutzungs-Intensivierung hat zwar die Bereitstellung der Ökosystemleistung 'Futterproduktion' verbessert, jedoch die Biodiversität und die Bereitstellung anderer Ökosystemleistungen negativ beeinflusst. Vor allem aufgrund räumlicher Diskrepanzen zwischen ökologischen Prozessen und Managementeinheiten in gekoppelten sozial-ökologischen Systemen fehlt bisher ein mechanistisches Verständnis zu Effekten der Landnutzungs-Intensivierung auf die Beziehung der Biodiversität zu Ökosystemfunktionen und -leistungen. In unserem Projekt SEBAS wollen wir dieses mechanistische Verständnis verbessern, indem wir plotbasierte ökologische Forschung zur Landnutzungsintensität und zu sechs grundlegenden Biodiversitätsvariablen (engl. EBVs) mit einer satellitenbasierten Fernerkundung dieser Proxies verbinden. Wir werden Beziehungen zwischen funktionaler und struktureller Diversität und der Ökosystemleistung 'Futterproduktion' (oberirdische Biomasse bzw. Primärnettoproduktion) für managementrelevante Flächen analysieren. Dies sind Wiesen- bzw. Weideflächen, landwirtschaftliche Betriebe und Landschaften. Wir stellen die Hypothesen auf, dass (i) die sechs EBVs auf mehreren räumlichen Skalen unter Verwendung multimodaler Satellitenbild-Zeitreihendaten abgeleitet werden können, die mit vorhandenen und neu erhobenen Daten zur Landnutzungsintensität und zu EBVs kalibriert und validiert wurden; und dass (ii) Auswirkungen der Landnutzung auf die Beziehung der Biodiversität zu Ökosystemfunktionen und -leistungen über räumliche Skalen hinweg variieren. Hierbei dürfte die funktionale und strukturelle Diversität eine Schlüsselrolle für die Höhe und zeitliche Stabilität der Futterproduktion spielen. Das Projekt wird räumlich explizite EBV-Produkte auf Satelliten- und UAV-Basis liefern sowie neue Methoden entwickeln, die auf multiskalierten und multimodalen Fernerkundungs-Datensätzen (PlanetScope, RapidEye, Sentinel 1 & 2, Landsat, MODIS) sowie auf maschinellen Lern- und Hybridmodellen basieren. Durch Raum-für-Zeit-Substitutionen für Klimawandel und Landnutzungswandel werden wir zudem interaktive Auswirkungen dieser beiden wichtigsten Treiber des Globalen Wandels auf die Beziehung der Biodiversität zu Ökosystemfunktionen und -leistungen analysieren. Hierfür werden wir direkte und indirekte (biodiversitätsvermittelte) Auswirkungen der beiden Treiber auf die Futterproduktion mittels eines sozial-ökologischen Systemansatzes formalisieren und über Strukturgleichungsmodellen quantifizieren. Auf diese Weise werden wir ein tieferes Verständnis der Ökosystemfunktionen und -leistungen in mitteleuropäischen Grünländern erlangen.
Eine große Herausforderung bei der Erforschung der Beziehung zwischen Biodiversität und Ökosystemfunktionen besteht darin, diese Beziehung auf die Landschaftsskala zu skalieren und die Rolle von Biodiversität für eine Vielzahl von Ökosystemdienstleistungen zu demonstrieren (Landschaftsmultifunktionalität). In der vorherige Phase der Biodiversitäts-Exploratorien haben wir die Biodiversität und Funktionalität von Graslandökosystemen mit deren Management sowie mit deren Biodiversität und den Eigenschaften der umgebenden Landschaft in Verbindung gebracht. Das gewonnene Wissen wird nun genutzt, um die Ökosystemdienstleistungen von Graslandökosystemen auf die Landschaftsebene hoch zu skalieren. Gleichzeitig sammeln wir im SoCuDES-Projekt sozialwissenschaftliche Daten zur Nachfrage verschiedener Interessensgruppen nach bestimmten Ökosystemdienstleistungen.In BEF-Up2 werden wir den Ansatz von BEF-Up auf Wälder und Ackerflächen ausdehnen, um anschließend ein GIS-basiertes Modell für die Bereitstellung von Ökosystemdienstleistungen (WPs1 & 2) zu erstellen. Ziel ist es, Karten für die Bereitstellung der wichtigsten Ökosystemdienstleistungen für jede der drei Untersuchungsregionen zu erstellen. Diese werden dann mit den SoCuDES-Daten zur Nachfrage nach Ökosystemdienstleistungen kombiniert, um mögliche Maße der Multifunktionalität von Ökosystemdienstleistungen auf Landschaftsebene zu entwickeln. Im GIS-Modell wird es möglich sein, Änderungen der Nachfrage der Interessengruppen, des Landmanagements und der Biodiversität zu simulieren, um besser zu beurteilen, wie sich diese Änderungen auf eine Vielzahl von Ökosystemdienstleistungen auswirken würden (WP3). Die Ergebnisse dieses Projektes tragen maßgeblich zur besseren Erforschung der Beziehung zwischen Biodiversität und Ökosystemfunktionen bei, da hier detaillierte Messungen auf den Untersuchungsflächen der Exploratorien mit umfassenden Daten zum sozialökologischen System verknüpft werden. BEF-Up2 ist ein bedeutender Gewinn für die Biodiversitäts-Exploratorien, da es darauf abzielt die bisherigen Ergebnisse der Forschungprojeckt in einen breiteren gesellschaftlichen Kontext zu stellen.
This project research will focus on plant functional diversity and its implications for carbon, nutrient and water cycling by varying plant species richness. Interactions of plant ecophysiology, but also community ecology with ecosystem processes, and processes at the transition between the biosphere and the pedosphere will be studied. This study has the following objectives: (1) to quantify the effect of changing plant biodiversity on ecophysiological and biogeochemical processes, such as net carbon, nitrogen and cation sequestration in above-ground plant biomass as well as gaseous soil CO2 and NO losses in experimental grassland communities, (2) to investigate the underlying ecophysiological mechanisms that produce plant biodiversity effects, (3)to test the redundancy of different plant species within a functional group, (4) to compare ecophysiological responses of individual plant species to responses of grassland communities to varying environmental conditions, and (5) to determine the relationship between inter-annual variability of those ecosystem processes and plant biodiversity.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 88 |
| Europa | 1 |
| Land | 2 |
| Wissenschaft | 3 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 86 |
| Messwerte | 1 |
| Strukturierter Datensatz | 3 |
| Text | 3 |
| unbekannt | 2 |
| License | Count |
|---|---|
| geschlossen | 3 |
| offen | 90 |
| unbekannt | 1 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 52 |
| Englisch | 65 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 2 |
| Datei | 1 |
| Dokument | 2 |
| Keine | 59 |
| Unbekannt | 1 |
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| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 81 |
| Lebewesen & Lebensräume | 94 |
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| Mensch & Umwelt | 94 |
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| Weitere | 94 |