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Biodiversity and associated ecosystem services in small vs. large scale agriculture

Biodiversity conservation cannot rely on protected areas alone, as sustainable conservation requires strategies for managing whole landscapes including agricultural areas. Organic farming in Germany may contribute strongly to the protection of biodiversity and to sustainability of agriculture through enhancing ecosystem services. However, the effectiveness of this agri-environmental management is highly dependent on landscape structure. The main objective of this study is to compare the effectiveness of organic cereal management in small vs. large scale agriculture through measure of the diversity of plants and arthropods and associated ecosystem services, such as seed predation, insect predation, aphid parasitism and pollination. Pairs of organic and conventional winter wheat fields will be selected in small vs. large scale agricultural landscapes along the former inner German border, i.e. in West vs. East Germany. This study design enables a unique experiment, where it would be possible to disentangle the effects of landscape composition and configuration heterogeneities in the same study region and to study how these affect the effectiveness of organic management. The detailed analyses of the expected valuable data could provide significant results (published in high ranked, international scientific journals), and contribute to the development of the existing

BiodivProtect: Transformatives Wildtiermanagement in gemeinsam genutzten und geschützten Mehrnutzungs-Landschaften in Europa (TransWILD)

Bienen, Wespen und ihre Gegenspieler im Kaffeeanbau auf Sulawesi: Bestaeubungserfolg, Interaktionen, Habitatbewertung

Der Einfluss der Landnutzungsintensität auf die Artenvielfalt von Bienen und Wespen und ihren natürlichen Gegenspielern und die damit verbundenen ökologischen Funktionen sollen in Kaffee-Anbausystemen Sulawesis untersucht werden. Dazu erfolgt ein Vergleich von 30 Kaffee-Anbauflächen mit großen Unterschieden in der Nutzung, floristischen Vielfalt (Baumdiversität und prozentuale Baumdeckung) und in abiotischen Parametern (relative Lichtintensität, Temperatur und relative Luftfeuchte). Die Erfassung der Blütenbesucher sowie der solitären Bienen und Wespen in Nisthilfen erlaubt eine Charakterisierung des Artenreichtums. Die relative Bedeutung der solitären und sozialen Bienen für die Blütenbestäubung und den Fruchtansatz beim Kaffee wird durch Experimente geklärt. Weiterhin soll auch die Ausprägung der Interaktionen zwischen den Nisthilfe-Besiedlern und ihren Gegenspielern mit der Landnutzung in Verbindung gebracht werden. Ergänzende Versuche zielen auf die Ressourcennutzung der Bienen (Pollenanalyse), die Ansiedlung sozialer Bienen in Nisthilfen und die Messung der Sammelzeiten von Bienen (Polleneintrag) und Faltenwespen (Eintrag schädlicher Schmetterlinge). Die GIS-gestützte Erfassung der Landschaftsstruktur soll zeigen, ob lokale ökologische Prozesse nicht nur von der Landnutzung, sondern auch von der Struktur der Umgebung, insbesondere von der Entfernung zu angrenzenden Lebensräumen beeinflusst werden.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1374: Biodiversitäts-Exploratorien; Exploratories for Long-Term and Large-Scale Biodiversity Research (Biodiversity Exploratories), Teilprojekt: Ökologische Mechanismen bei der Veränderung von Diversität entlang von Landnutzungsgradienten in temperaten Wäldern - vom Baum zur Waldlandschaft

Bis heute ist die Wirkung von Waldstrukturen auf eine breite Biodiversität im Wald kaum verstanden. Seit MacArthur & MacArthur in den 1960er Jahren gezeigt haben, dass die Vogel-Diversität mit steigender vertikaler Heterogenität des Waldes ansteigt, wurden kaum konzeptionelle Fortschritte gemacht. Bis heute ist für viele Taxa noch nicht einmal geklärt, ob eher die Struktur eines Waldes oder die Artenzusammensetzung der Vegetation entscheidender ist. Da aber Waldmanagement fundamental die Struktur von Wäldern verändert, ist das Wissen um die Rolle der Waldstruktur als Treiber der Artenvielfalt essentiell, insbesondere wenn bei der Forstnutzung Biodiversität gefördert werden soll. Fortschritte in der Fernerkundung und die Entwicklung von Eigenschaftsdatenbanken und Stammbäumen auch für artenreiche Gruppen wie Insekten und Pilze in den letzten Jahren, eröffnen heute, bei geeignetem Design, neue Möglichkeiten. Die Biodiversitäts-Exploratorien stellen hier eine ideale und global einmalige Forschungsplattform dar, um die Rolle von Waldstruktur, geformt von der Landnutzung in temperaten Wäldern, zu erforschen. Unser Konsortium beabsichtigt die wichtigsten Treiber für Biodiversität in temperaten Wäldern zu identifizieren, die Mechanismen hinter der Veränderung in der Artenzusammensetzung zu verstehen, und ein generelles Framework für die Beziehung der 3-D Struktur und der Biodiversität zu erstellen. Unsere Ziele sind, i) existierende Daten zu 8 taxonomischen Gruppen in den Exploratorien zusammenzustellen; ii) funktionale und phylogenetische Distanzen für diese Taxa zu entwickeln bzw. bestehende zu erweitern; iii) eine Reihe von Waldstrukturen entlang der wichtigsten Achsen der Waldstruktur-Heterogenität auf Basis von LiDAR Daten zu berechnen; iv) mit Hilfe von RADAR Daten wichtige Heterogenitäts-Metriken auf die Regionale Landschaftsebene zu skalieren; v) den Einflusses von lokalen und regionalen Landschaftsstrukturen auf die Artenvielfalt zu ermitteln; und vi) diese Untersuchungen auf zwei weitere Waldgebiete mit einmaligen Landnutzungsgradienten in collinen Buchenwäldern und montanen bis hochmontanen Bergwäldern in Mitteleuropa auszudehnen.

Forschergruppe (FOR) 2569: Agricultural Land Markets - Efficiency and Regulation, Teilprojekt: Raumzeitliche Analyse der Auswirkungen von Bodenmärkten auf landwirtschaftliche Betriebe und die Umwelt

Die Dynamik auf landwirtschaftlichen Bodenmärkten veränderte sich in Deutschland substanziell in den vergangenen zehn Jahren, in denen sowohl die Pacht- als auch die Kaufpreise für Ackerland massiv angestiegen sind. Dieser Preisanstieg wirkte sich auf die landwirtschaftliche Bodennutzung aus und führte unter anderem zu einer Zunahme des Anteils größerer Betriebe, zu größeren Flurstücken und zu einer geringeren Heterogenität der Agrarproduktion. Diese Strukturveränderungen in der Landwirtschaft hatten auch erhebliche Auswirkungen auf Umweltindikatoren sowohl auf landwirtschaftlichen Flächen als auch auf deren Umgebung, beispielsweise durch veränderte Landschaftsstrukturen und durch Beeinflussung der Habitatzusammensetzung. In diesem Teilprojekt soll ein besseres Verständnis generiert werden, wie die beobachteten Veränderungen auf dem landwirtschaftlichen Bodenmarkt auf die landwirtschaftliche Anbaustruktur, Eigentumsverhältnisse, Betriebsgrößen und Schlaggrößen sowie auf Vogelbiodiversität auswirken. Vogelbiodiversität ist ideal, um die Umweltauswirkungen der Landwirtschaft zu approximieren, da Vögel als Stellvertreterarten für andere Taxa dienen. Zudem sind aus wissenschaftlicher Bürgerbeteiligung konsistente Raumzeitdaten für Vogelbiodiversität für ganz Deutschland erhältlich. Wir werden die Verbindungen zwischen diesen Variablen mit Hilfe räumlich und zeitlich expliziter Analysen sowohl retrospektiv als auch prospektiv untersuchen. Die datengetriebene Herangehensweise bedient sich räumlicher statistischer Analysen und Verfahren des maschinellen Lernens, um Muster und Prozesse in zwei landwirtschaftlich bedeutenden Regionen Deutschlands (Brandenburg und Niedersachen) und in der Tschechischen Republik herauszufiltern. Die retrospektiven Ergebnisse werden zusammen mit Akteurswissen dazu dienen Zukunftsszenarien zu entwickeln, um alternative Entwicklungen der Landmärkte vorherzusehen und deren Folgen auf Betriebsstrukturen, Landnutzung und Vogelbiodiversität abzuschätzen. Das Teilprojekt, angesiedelt in der Schnittstelle zwischen Geographie, Agrarökonomie und Geoinformationswissenschaften, wird detaillierte und flächendeckende Einsichten in Bezug auf die indirekten Auswirkungen der Veränderungen auf Bodenmärkten für die Forschergruppe liefern. Dieses Wissen kann wertvolle Argumente für staatliche Bodenmarktinterventionen liefern und auch deren räumliche Planung unterstützen. Solches Wissen ist bedeutend, weil die Umweltauswirkungen des anhaltenden landwirtschaftlichen Strukturwandels gesellschaftlich eine hohe Bedeutung haben und dadurch auch viel Aufmerksamkeit in Wissenschaft, Politik und Medien bekommen.

Evaluating current European agri-environment schemes to quantify and improve nature conservation efforts in agricultural landscapes (EASY)

Research question: Agri-environment schemes play an increasingly important role in European CAP (Common Agricultural Policy) to support biodiversity and environment in agricultural landscapes. They have been implemented since 1992 and now cost a yearly 1.7 billion Euro. Still, there is no conclusive evidence that these schemes actually do contribute to the conservation of particularly biodiversity. The primary objective of this project is to evaluate the (cost-) effectiveness of European agri-environment schemes in protecting biodiversity and to determine the primary processes that determine their effectiveness. This project furthermore aims to determine how CAP may be introduced in candidate EU-members without unacceptable loss of biodiversity. It will provide simple guidelines how researchers, governmental authorities may efficiently evaluate agri-environmental measures. Aim: Agri-environment schemes have been used to protect biodiversity and environment in agricultural areas since 1992. Their effectiveness has never been reliably evaluated. This project aims to evaluate the (cost-)effectiveness of agri-environment schemes with respect to biodiversity conservation in five European countries. It will determine the proper scales that have to be addressed for conservation efforts for a range of species groups. It will determine the most important environmental factors that influence the effectiveness of the schemes. Based on this, recommendations will be made how the effectiveness of schemes may be improved and simple guidelines will be produced how ecological effects of agri-environment schemes can be evaluated efficiently by governmental authorities or other institutions. The ecological effects of the introduction of CAP in a candidate EU-member will be investigated to reduce negative side effects of anticipated land-use changes Scientific methods: We will examine the effectiveness of agri-environment schemes by surveying pairs of fields: a field with an agri-environment scheme and a nearby field that is conventionally managed. In five countries, in each country in three areas, and in each area on seven pairs of fields the species richness of birds, plants and three insect groups (pollinators, herbivores, predators) will be determined. Effects of schemes on pollination efficiency and pest control will be examined using indicator communities. Correlative studies will examine the effects of landscape structure, land-use intensity and species pool on the effectiveness of agri-environmental measures. The spatial scale that is relevant to nature conservation efforts will be investigated via the spatial distribution of species groups. The results will be used to formulate recommendations how to improve the effectiveness of agri-environment schemes and to construct a set of simple guidelines how schemes can be evaluated efficiently yet reliably.

Towards pollen accumulation rates as a measure of plant abundance a case study in NE-Germany

The aim of my study is to calibrate PAR from small lakes against tree biomass, which can be used to achieve quantitative estimates of biomass in the past. Furthermore, the relation between pollen percentages and plant abundance will also be investigated. As study area, the state Brandenburg was chosen, because it has a large number of lakes and is covered by different plant communities, like conifer forest, mixed forest, deciduous forest and open land. These are situated on a range of soil types in a terrain with little altitudinal differences. Lakes in different types of landscape were selected. They were of almost uniform size, mostly ranging from 100-300 m in diameter and without inflow and outflow. Deeper lakes in proportion to the lake size were preferred, to avoid lakes with a high pollen redeposition. In order to have an effective fieldwork and to get the broadest possible data spectrum for modeling, the relevant pollen source area of pollen (Sugita, 1994) was estimated, based on the map CORINE. The calculation shows that the pollen source area is approximately 5-6 km. However, we also sampled lakes which are situated closer together, especially when the landscape structure was very heterogenic at the small scale. From the surface samples of 50 lakes, the pollen percentages of different taxa will be compared with the information from the forest inventory data for different distances around the lakes to evaluate theoretical considerations of pollen source area. These data are available at the data base Datenspeicher Wald, which contains information about cover, age and biomass for the different tree species. This information was collected during the time of the German Democratic Republic (DDR) and is in the most continued. Concurrently, 15 of the short cores are selected for dating by 210Pb. PAR will be calculated based on the sedimentation rates obtained for these cores, so that PAR can be compared to tree biomass for different time slices over the past 50 years.

Sanierungsrahmenplan Tagebaubereich Borna-Ost/Bockwitz

Titel: Braunkohlenplan als Sanierungsrahmenplan für den stillgelegtenTagebaubereich Borna-Ost/Bockwitz Planungsstand: verbindlicher Braunkohlenplan als Sanierungsrahmenplan seit 08.08.1998 Inhalt: * Die bergbauliche Sanierung ist weitestgehend abgeschlossen. Noch bestehende Handlungsschwerpunkte beschränken sich auf Voraussetzungen zur Vorbereitung von Folgenutzungen. * Im Zuge der Restlochflutung durch Eigenaufgehen (Grundwasserzufluss), d. h. ohne Einleitung von Flutungswasser aus dem aktiven Bergbau bzw. von Flussläufen, entsanden bis Ende 2005 der 1,7 km² große Bockwitzer See, der ca. 0,3 km² große Restsee Südkippe und der ca. 0,2 km² große Restsee Hauptwasserhaltung. Der ca. 0,1 km² große Restsee Feuchtbiotop entsteht durch Ansammlung von Oberflächenwasser in einer Geländesenke im Kippenmassiv. Der ca. 0,8 km² große, im Tagebaubereich Borna-Ost gelegene Harthsee war bereits Ende 1995 endgeflutet (Einleitung von Sümpfungswasser aus dem Tagebau Bockwitz bzw. Eigenflutung durch Grundwasserzufluss). Die Vorflutgestaltung schließt im Tagebaubereich Bockwitz den Verbund der Restseen mit Anbindung an die Eula und im Tagebaubereich Borna-Ost die Anbindung des Harthsees an den Harthbach zur Regulierung der Endwasserstände ein. * Die in den Kippenbereichen etablierte Landwirtschaft verfügt über einen Bestandsschutz (Anlage von Alleen und Flurgehölzen zur Landschaftsaufwertung). Prioritäre Handlungsfelder der Forstwirtschaft bestehen in der Waldmehrung (naturnahe, standort- und funktionsgerechte Aufforstungen vorrangig auf Kippenflächen) sowie im waldökologischen Umbau forstlicher Reinbestände (Kippenflächen Bereich Borna-Ost). * Für Natur und Landschaft bestehen durch das Vorhandensein differenzierter Landschaftsstrukturen (Trocken- und Feuchtstandorte, Steilböschungsbereiche und Abbruchkanten, Wasserflächen, Wald, Offenland) vielfältige Entwicklungsbedingungen. Bedeutsame Landschaftselemente bilden Fließ- und Stillgewässer (Bürschgraben, Schenkenteiche, Restsee Feuchtbiotop, Blauer See, Grüner See), naturnahe Areale und Sukzessionsbereiche (Restsee Hauptwasserhaltung, Restsee Südkippe, Südbereich des Bockwitzer Sees und des Harthsees, Bereich der ehemaligen Kompostieranlage, Kippenflächen Bereich Südkippe und Südbereich Bockwitzer See, Bereich Feuchtbiotop, ehemelige Innenkippenzufahrt) und markante Oberflächenformen (Lerchenberg, Ringwall, Ostböschung des Bockwitzer Sees). Im August 2003 wurden wesentliche Teile der entstandenen Bergbaufolgelandschaft als Naturschutzgebiete (NSG) ausgewiesen. * Freizeit und Erholung konzentrieren sich sowohl beim Bockwitzer See als auch beim Harthsee auf den Norduferbereich. Während am Harthsee bereits seit 1995 wassergebundene Erholungsnutzung (Badebetrieb) etabliert ist, bestehen am Bockwitzer See die Voraussetzungen dazu mit Erreichen der konzipierten Einstauhöhe von + 146 m NN (' Badestrand, Bootsanlegestelle). Es sollen Erholungsnutzungen eingeordnet werden, die den Charakter der Naturverbundenheit berücksichtigen. * Die Verkehrserschließung (Anschluss an B 176, K 7933) wird künftig durch die Ortsumgehung Borna der B 95 zwischen Zedtlitz und Kesselshain und die vorgesehene Trasse der A 72 deutlich verbessert. Damit werden neben der Verbesserung der regionalen Verkehrsinfrastruktur Voraussetzungen zur weiteren Erschließung der Bergbaufolgelandschaft geschaffen. Das Sanierungsgebiet wird durch ein Netz von Rad-, Wander- und Reitwegen sowie Aussichtspunkten erschlossen.

Auswirkungen invasiver Arten auf funktionelle Diversität und Ökosystemfunktionen

Es ist postuliert worden, dass invasive Pflanzenarten, die sowohl die Struktur als auch die Funktionen von Ökosystemen beeinflussen, besonders erfolgreich sind und einen großen Einfluss auf die Zusammensetzung von Lebensgemeinschaften und damit auf die Biodiversität ausüben. Es gibt jedoch bislang nicht viele empirische Untersuchungen, die sich umfassend mit dieser Thematik befassen. Daher soll im Rahmen dieses Projektes am Beispiel der Staudenlupine (Lupinus polyphyllus) der Einfluss dieser erfolgreichen invasiven Art auf die funktionelle Diversität von Pflanzen in Bergwiesensytemen in der Rhön untersucht werden.

Sanierungsrahmenplan Tagebau Witznitz

Titel: Braunkohlenplan als Sanierungsrahmenplan für den stillgelegten Tagebau Witznitz Planungsstand: verbindlicher Braunkohlenplan als Sanierungsrahmenplan seit 09.09.2000 Inhalt: * Die bergbauliche Sanierung zur Herstellung dauerstandsicherer Restlochböschungen ist abgeschlossen. Noch bestehende Handlungsschwerpunkte beschränken sich auf Voraussetzungen zur Vorbereitung von Folgenutzungen. * Maßnahmen zur Landschaftsgestaltung konzentrieren sich beim Hainer See auf die Nordböschung (Freizeitbereich mit Badestrand), die Südwestböschung (Wassersportbereich, Badestrand) sowie die Südostecke (Gestaltung der Badestelle Haubitz), den Verbindungsdamm Rötha-Kahnsdorf (Seenverbund zwischen Hainer und Kahnsdorfer See), die Flächen der ehemaligen Tagesanlagen nördlich von Kahnsdorf (Voraussetzungen zur Einordnung von erholungsbezogenen Einrichtungen und Anlagen) und den ehemaligen Holzplatz südöstlich von Kahnsdorf (Bootshaus, Bootsliegeplätze, Campingplatz). * Im Zuge der Restlochflutung unter Einleitung von Sümpfungswässern aus dem aktiven Bergbau (vorrangig Vereinigtes Schleenhain) entstehen bis ca. Ende 2007 der 5,6 km² große Hainer See mit dem Teilbereich Haubitz (Teilabtrennung durch die kleine Landzunge) und der 1,2 km² große Kahnsdorfer See. Die Vorflutgestaltung schließt künftig einen Verbund beider Seen und die Anbindung des Hainer Sees an die Pleiße sowie die Reaktivierung des "Langen Borns" ein. * Die im Westbereich des Sanierungsgebietes etablierte Landwirtschaft verfügt über einen Bestandsschutz (Anlage von Alleen und Flurgehölzen zur Landschaftsaufwertung). Prioritäre Handlungsfelder der Forstwirtschaft bestehen in der Waldmehrung (naturnahe, standort- und funktionsgerechte Aufforstungen mit Schwerpunkten im West- und Südbereich des Kahnsdorfer Sees, im Südbereich des Hainer Sees sowie im ehemaligen Tagebauvorfeld zwischen Espenhain und dem "Langen Born") und dem waldökologischen Umbau bestehender forstlicher Reinbestände (Bereich Margarethenhain). * Die Entwicklung von Natur und Landschaft konzentriert sich vorrangig auf den gesamten Kahnsdorfer See mit seinen Ufer- und Randbereichen. Durch gezielte Vernetzung der Bergbaufolgelandschaft mit den umgebenden Landschaftsstrukturen soll von Borna über den Speicher Witznitz und die Eula- und Wyhraaue sowie den Kahnsdorfer See (Aufforstungen im West- und Süduferbereich) eine regionale Landschaftsachse zur Restauenlandschaft der Pleiße im Bereich Rötha-Böhlen wiederhergestellt werden. * Für Freizeit und Erholung bestehen am Hainer See geeignete Voraussetzungen am Nordufer (Badestrand, Ferienhäuser), am Südwest- und Südufer (Badestrand, Segelhafen, Bootsliegeplätze, Bootshaus, Campingplatz) und im Nordbereich von Kahnsdorf (erholungsbezogene Einrichtungen und Anlagen). Im Rahmen des Projekts "Gewässerverbund Region Leipzig" besteht die Option, den Hainer See an die Fließgewässer Pleiße und Wyhra anzubinden. * Der Anschluss an das Verkehrsnetz wird gegenwärtig durch die B 95 (Leipzig-Chemnitz) und die K 7931 (Rötha-Kahnsdorf) gewährleistet. Durch den schrittweisen Ausbau der vorgesehenen Ost-West-Verbindung (ab B 176 bei Neukieritzsch zur B 95 unter nördlicher Umgehung von Großzössen und Ausbau der Haubitzer Straße) besteht künftig eine günstige Erschließung des Gesamtbereiches, die durch die vorgesehene Trassierung der A 72 noch eine weitere Aufwertung erhält. Die künftigen Erholungsbereiche werden durch ein Netz von Rad-, Wander- und Reitwegen sowie Aussichtspunkten erschlossen. Bei der Wegenetzgestaltung findet auch die Nutzung für Kutschfahrten entsprechende Berücksichtigung. * Ein besonderer Schwerpunkt bei der Gestaltung der Bergbaufolgelandschaft ist das Projekt zur Entwicklung eines Unterwasserfreizeitbereichs im Hainer See (Tauchsport, Pflanzen- und Tierwelt beobachten, Gastronomie).

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