Ziel des vorgeschlagenen Projektes ist die Entwicklung eines integrierten mesoskaligen Ansatzes zur Quantifizierung von neun Ökosystemleistungen (ÖSL) in Auen. Unter Berücksichtigung von Hydraulik und Ökologie werden Wirkungsgrenzen definiert. Diese ermöglichen eine Abgrenzung der Aue nach ihrer Funktionsfähigkeit in Bezug auf die Bereitstellung von ÖSL, welche für den Erhalt natürlicher Lebensgrundlagen bedeutend sind. Trotz des Wissens um die ökologische Bedeutung und die hohe Gefährdung von Auen weltweit findet eine Verschlechterung des Auenzustands weiterhin statt. Dies reduziert auch die Bereitstellung von ÖSL von Auen in unbekanntem Maß. Grund hierfür ist ein fehlendes Verständnis der Interaktionen zwischen den natürlichen Prozessen und ÖSL, den anthropogenen Einflüssen sowie dem Auenzustand. Des Weiteren werden in Auen bereitgestellte ÖSL bei der Kostenberechnung von Maßnahmen vernachlässigt, da ein integrierter übertragbarer Ansatz zur Ermittlung der ÖSL auf der relevanten räumlichen Skala, der Landschaftsebene, fehlt. Die Herausforderungen in der Ökosystemleistungsforschung liegen hauptsächlich in der Vielfalt von nicht abgestimmten Definitionen, Begrifflichkeiten und Indikatoren. Die Skalenproblematik wird zudem bei der Betrachtung der Auengrenzen als räumliche Basis deutlich. Mit der Entwicklung einer übertragbaren Methode wird in diesem Projekt erstmalig ein umfangreiches Spektrum an ÖSL (klimatische, hydrologische Leistungen, Wasserqualität und Biodiversität, Produktion von Lebensmitteln, Baumaterialien und Energie, kulturelle Leistungen, Schutz vor Naturgefahren) unter Berücksichtigung des Auenzustands in Deutschland integriert. Als räumliche Basis der Auenabgrenzung dienen die Überschwemmungsflächen häufiger Hochwasser gemäß öffentlich zugänglicher Hochwassergefahrenkarten. Die Eignung dieser rein hydraulisch bestimmten Grenzen wird durch umfangreiche ökologische Daten anderer Forschungsinstitute (Bundesanstalt für Gewässerkunde (Vegetation) und Universität Duisburg-Essen (Laufkäfer)) erstmals untersucht. Neue Indikatoren werden für jede der neun ÖSL auf der Basis von Geoinformationen und Literaturrecherchen entwickelt. Mittels Metaanalysen wird die Übertragbarkeit von ökonomischen Faustzahlen für einen Wertetransfer überprüft. Ergebnis ist eine erstmalige Berechnung des ökonomischen Gesamtwertes der Auen auf Landschaftsebene, um die Leistungen von Auen, ihren Erhalt bzw. ihre Wiederherstellung umfassender als bisher zu bewerten. Anhand von zehn bereits durchgeführten Auenrenaturierungsprojekten wird dieser Ansatz mittels einer Kosten-Nutzen-Rechnung validiert. Dieser neue integrierte Ansatz ist interdisziplinär ausgerichtet, um der Komplexität von Auen und den von ihnen erbrachten ÖSL gerecht zu werden. Mit der Inwertsetzung bieten sich breite thematische Anknüpfungspunkte. So erhalten u.a. Biologen und Hydrologen, Geowissen- und Volkswirtschaftler eine vereinheitlichte Datenbasis bisher dezentral vorliegender Informationen.
Ökologische Stabilität ist der Schlüssel zur Vorhersage der Folgen von Umweltveränderungen, denn sie umfasst Aspekte der Antwort auf verschiedene Störungsszenarien, zum Beispiel die Fähigkeit, Veränderungen zu widerstehen, diese zu absorbieren oder sich von ihnen zu erholen. Die wichtigsten Fortschritte bei der wissenschaftlichen Bewertung der ökologischen Stabilität in jüngster Zeit ergaben sich aus i) der Anerkennung der mehrdimensionalen Natur der Stabilität, ii) der Unterscheidung zwischen der Stabilität funktioneller Eigenschaften eines Ökosystems und der Stabilität der Zusammensetzung der Gemeinschaft und iii) der Erkenntnis der Bedeutung der räumlichen Dynamik für das Verständnis der lokalen Stabilitätseigenschaften. Trotz dieser Fortschritte wird unser Verständnis der Stabilität (und ihrer Verwendung in den Ökologie- und Umweltwissenschaften) immer noch durch unsere Unfähigkeit behindert, die Stabilität der Gemeinschaft anhand artspezifischer Leistungen und Merkmale vorherzusagen. Das Verständnis der Beiträge der Arten zur Stabilität ist das Hauptziel dieses Projektantrages. Wir werden Metriken verfeinern und testen, die die Reaktionen der Arten auf sich ändernde Umgebungen erfassen, und diese Metriken verwenden, um die Stabilität von Lebensgemeinschaften anhand der Leistung einzelner Arten vorherzusagen und die vorhergesagte Stabilität mit der beobachteten zu vergleichen. Die Arbeit ist in vier Arbeitspakete unterteilt, die Simulationen und Datenanalyse (WP 1) kombinieren mit drei experimentellen Arbeitspaketen zunehmender Komplexität (WP2-4). Die Metaanalyse in WP 1 verwendet kürzlich entwickelte Methoden zur Zerlegung von Stabilität, um Arten zu identifizieren, die zur Stabilität oder Verwundbarkeit in verschiedenen Arten von Ökosystemen und Organismen beitragen. Für die Experimente werden marine Planktongemeinschaften unterschiedlichen Trends und Temperaturschwankungen ausgesetzt sein. Diese Experimente werden von einem Bottom-up-Ansatz ausgehen, bei dem Arten mit bekannten Reaktionen zu Artenpaaren und Zusammenstellungen mit geringer Diversität kombiniert werden, wobei die erwartete mit der beobachteten Stabilität verglichen wird (WP 2). In WP 3 werden wir mithilfe eines Metacommunity-Setups testen, wie die Vorhersagbarkeit von Stabilitätsaspekten wie Resistenz, Resilienz, Erholungsfähigkeit und zeitliche Stabilität von der Konnektivität im Raum abhängt. Schließlich werden wir Mesokosmen verwenden, um zu testen, ob dieselben Merkmale die Stabilität der Phytoplanktongemeinschaft in Abwesenheit oder Gegenwart eines generalistischen Zooplankton-Verbrauchers beeinflussen.
Die Kenntnis der physiologischen Toleranzgrenzen rezenter Arten ist eine Grundvoraussetzung für die Interpretation der Reaktion fossiler Organismen auf temperaturbedingte Stressfaktoren. Umgekehrt kann die Vorhersage der biologischen Konsequenzen des aktuellen Klimawandels von der Kenntnis fossiler Muster der Erdgeschichte profitieren. Eingebettet in die Forschergruppe TERSANE schlagen wir ein Projekt vor, das explizit neontologische und paläontologische Ansätze kombiniert und die Konsequenzen von Erwärmung, Ozeanversauerung und Sauerstoffarmut auf marines Leben zu beurteilen. Unser Projekt fokussiert auf die Kompilation und Analyse von großen Datensätzen und hat drei wesentliche Komponenten: (1) Eine Meta-Analyse von (a) heutigen Organismen wird experimentelle und Beobachtungsdaten zur Reaktionen und Toleranzgrenzen von marinen Organismen auswerten und die Empfindlichkeit höherer, fossil überlieferter Taxa in Bezug auf Erwärmung, Ozeanversauerung und Sauerstoffknappheit in ihrer Synergie zu quantifizieren, während (b) eine Meta-Analyse fossiler Daten auf die Beurteilung des Liliput-Effekts abzielt, der plakativ die Verkleinerung von Körpergrößen im Gefolge von Massenaussterben umschreibt und manchmal auf temperaturbedingte Stressfaktoren zurückgeführt wird. (2) Die Analyse von Primärdaten aus dem Fossilbericht dient der Evaluation der physiologischen und biogeographischen Selektivität der end-Permischen und unterjurassischen Aussterbeereignisse um zu testen, ob die physiologischen Prinzipien, die aus heutigen Beobachtungen abgeleitet wurden, skalenunabhängig auch auf Aussterberisiken bei extremem Klimawandel angewandt werden können. (3) Die Beurteilung fossiler Raten von Umweltveränderungen ist wichtig, um zu testen, ob die damaligen Raten tatsächlich viel geringer waren als zum Beispiel in den letzten 50 Jahren gemessen wurde. Alternativ sind die geringeren Raten aus der geologischen Überlieferung nur eine statistisches Artefakt aus den verschiedenen Beobachtungszeitskalen. Eine skalenbereinigte Ratenanalyse wird helfen, die Daten aus der erdgeschichtlichen Vergangenheit besser für die heutige Ökologie des globalen Wandels verwertbar zu machen. Diese drei Komponenten werden schließlich integriert um die Gemeinsamkeit der Muster und öko-physiologischen Selektivität von Artensterben zu beurteilen, wie sie sich heute und im Fossilbericht abzeichnen.
Für die aquatische Primärproduktion sind Nährstoffe und Licht co-limitierende Faktoren, die heterogen in der Wassersäule verteilt sind. Mit zunehmender Wassertiefe sinkt die Lichtverfügbarkeit, welche zusätzlich durch die Selbstbeschattung der Primärproduzenten weiter reduziert wird. Die Lichtverfügbarkeit für das Phytoplankton ändert sich ebenfalls durch den tageszeitbedingten Transport innerhalb der Wassersäule (vertikales Mischen). Die Struktur von Phytoplanktongemeinschaften wird durch diese räumlich heterogene Lichtverfügbarkeit maßgeblich beeinflusst. Die Energiegewinnung durch Photosynthese hängt maßgeblich von der Lichtverfügbarkeit ab. Verschiedene Phytoplanktonarten besitzen unterschiedliche Pigmentzusammensetzungen und haben dadurch die Möglichkeit sich den Umweltbedingungen anzupassen und ein Lichtdefizit auszugleichen. Trotz der auffallenden Unterschiede in der Pigmentzusammensetzung verschiedener Arten, welche ein weiterer bestimmender Faktor für die Gemeinschaftsstruktur sein können, wurde die Rolle der räumlich-zeitlichen Heterogenität des Lichtspektrums bisher nur wenig untersucht. In diesem Projekt stehen die zwei Hauptmerkmale der Änderungen im Lichtklima im Fokus: die Intensität und das Spektrum des Lichtes. Darüber hinaus werden die Auswirkungen der physikalisch/umweltbedingten Heterogenität des Lichtklimas auf Phytoplanktongemeinschaften genauer untersucht. Veränderungen auf der Ebene der Primärproduzenten können die gesamte Struktur und Stabilität aquatischer Nahrungsnetze bestimmen. Natürliche, aus der Nordsee isolierte Gemeinschaften werden unter anderem auf unterschiedlichen Lichtintensitäten und spektralen Zusammensetzungen unter konstanten und fluktuierenden Bedingungen gehalten. In verschiedenen Kombinationen von Lichtintensität und Spektralbereichen untersuchen wir Wachstum, Konkurrenz und Koexistenz, Pigmentzusammensetzung, Photosynthese, Nährstoff- und Fettsäurezusammensetzung dieser Phytoplanktonarten und -gemeinschaften. Ziel ist es, die Mechanismen zu bestimmen, welche die Phytoplanktongemeinschaften strukturieren. Weiterhin untersuchen wir die Nischenverfügbarkeit in Bezug auf Lichtintensität und Spektralzusammensetzung für Metagemeinschaften. Zum Einsatz kommen iterativ, physiologisch-orientierte Skalenübergangstheorie, mathematische Modelle, Literaturarbeiten/Metaanalyse und Felduntersuchungen, kombiniert mit einer Reihe kontrollierter Laborexperimente. Die Projektergebnisse werden das Verständnis über den Einfluss von Lichtklimaveränderungen auf Phytoplanktongemeinschaften erweitern. Dies ist entscheidend um Vorhersagen über die Entwicklung von Phytoplanktongemeinschaften, aber auch bis hin zu Nahrungsnetzen, auf sich verändernde Umgebungsbedingungen, treffen zu können.
In der ersten Förderungsphase konzentrierte sich das mikrobielle Synthese-Projekt auf die theoriebasierte Entwicklung neuer Strategien für die Synthese von heterogenen aber komplementären Datensätzen aus den Exploratorien. Dazu wurden neuartige Werkzeuge zur Modellierung von Interaktionen und mikrobiellen Nischen entwickelt. Die Anwendung auf Datensätze aus den Exploratorien erbrachte bereits zahlreiche Ergebnisse. Darauf aufbauend soll die Synthese mikrobieller Daten und Modellierung auf unterschiedliche Fragestellungen und Komplexitätsebenen angewandt werden. Die Bedeutung der räumlichen und zeitlichen Heterogenität und der Qualität organischen Materials für mikrobielle Nischen soll ermittelt werden. Die in der ersten Phase entwickelten Interaktionsmodelle sollen weiterentwickelt und auf Bodengemeinschaften unterschiedlicher organismischer Komplexität angewandt werden. Die Ergebnisse dieser Analysen mikrobieller Nischenanalysen und Modellierungen von verschiedenen Exploratorien-Datensätzen werden anschließend genutzt, um anspruchsvolle Analyse-Werkzeuge (Turing's theory, dynamische Strukturgleichungsmodelle, Price equation) weiterzuentwickeln. Mit diesen neuen Ansätzen sollen grundlegende ökologisch Fragen, insbesondere zur raum-zeitlichen Dynamik auf kleinsträumlichen Skalen oder zur Dynamik und Resilienz mikrobieller Gemeinschaften bei Änderungen der Landnutzung weitergehend beantwortet werden. Die Ergebnisse der geplanten Analysen mikrobieller Bodenorganismen werden in die übergreifende Synthesearbeiten innerhalb der Exploratorien eingebracht.
Arthropoden, insbesondere Insekten, sind mit mehr als einer Million beschriebener Arten die artenreichste Organismengruppe in terrestrischen Habitaten. Das Core Projekt Arthropoden führt ein Langzeitmonitoring durch von a) der Häufigkeit und Diversität von Arthropoden und b) Arthropoden-abhängigen Ökosystemprozessen, in den Grasland- und Wald-Versuchsflächen der Biodiversitäts-Exploratorien inklusive der neuen Experimente im Grasland und im Wald. Das Arthropoden-Projekt koordiniert zudem die Stammnutzung im BELongDead Experiment. In dieser Phase werden Insekten 3D-digitalisiert und die Bilder in ein öffentlich zugängliches digitales Archiv eingestellt. Diese 3D-Bider und neu gemessene physiologische Merkmale erweitern unsere bisherigen Anstrengungen zur Standardisierung und Verfügbarmachung von Merkmalsdaten. Basierend auf der einzigartigen Langzeit-Datenreihe von Arthropoden im Grasland und im Wald werden weitergehende Analysen zur räumlich-zeitlichen Zusammensetzung der Lebensgemeinschaften vorgeschlagen. Die dabei entwickelten Methoden können auf andere Taxa angewendet werden und das Projekt wird einen Workshop durchführen, um Synthesearbeiten zur Community Assembly anzuregen. Als Beitrag zum Transfer der Resultate der Biodiversitätsexploratorien werden Daten und Ergebnisse zum Zusammenhang zwischen Landnutzung und Diversität bei Arthropoden, die aus verschiedenen Quellen in den Exploratorienregionen stammen, gemeinsam mit Stakeholdern analysiert und diskutiert. In einem Workshop gemeinsam mit deutschen und internationalen Experten wird zudem der Einfluss der Graslandbewirtschaftung auf Insekten diskutiert und in einer Meta-Analyse und in einer Broschüre auf Deutsch zusammengefasst.Aufgrund der jährlichen Erhebungen trägt das Projekt 'Arthropods' zu einem besseren Verständnis der Reaktion von Arthropodengemeinschaften auf eine zunehmende Landnutzungsintensivierung und der temporären Dynamik der Gemeinschaften bei. Die im Projekt gesammelten Daten stellen wichtige Basisinformationen für andere Projekte bereit, die bestimmte Taxa, organismische Wechselwirkungen, Ökosystemfunktionen oder phylogenetische Beziehungen untersuchen.
In Phase II werden individuelle und Populationsprozesse in Phasen der Degradation und Erholung simuliert. Zunächst werden die Reaktionen von Individuen und Populationen mit einem Modell zum Populationswachstum von Kieselalgen und einer Meta-Analyse des Erholungspotenzials von Organismen modelliert. Die Bedeutung von Toleranz und biotischen Wechselwirkungen wird anhand experimenteller Ergebnisse analysiert. Die Dynamik und Struktur einer Gammarus pulex-Population wird unter Berücksichtigung von Toleranz und intraspezifischen Wechselwirkungen modelliert. Zudem wird ein Metapopulationsmodell entwickelt, das zusätzlich die Ausbreitungsfähigkeit berücksichtigt.
Vor einer erfolgreichen Bewertung von Bodenfunktionen als Methode der Klimafolgenabschätzung in Österreich ergeben sich eine Reihe von Fragestellungen. Einerseits können Methoden bzw. Indikatoren zur Bewertung von Bodenfunktionen nur nach erfolgter Validierung zuverlässig verwendet werden. Andererseits ist es notwendig, die Wechselwirkungen zwischen einzelnen Bodenteilfunktionen bzw. ihren Indikatoren zu identifizieren um eine integrale Darstellung der Funktionalität von Böden zu ermöglichen. Ziel des Projektes ist, einen Orientierungsrahmen der Verwendung von Indikatoren und ihrer Parameter zur Bewertung von Teilbodenfunktionen in gemäßigten Klimaräumen zu generieren, der auch mögliche Wechselwirkungen zwischen Bodenteilfunktionen darstellt. Als methodischer Ansatz soll dabei eine Metaanalyse publizierter Indikatoren für gemäßigte Klimate dienen. Am Beispiel einer Modellregion, des oberösterreichischen Mühlviertels soll eine Projektion der Wechselwirkungsmatrix in ein reales Gebiet erfolgen und die Möglichkeiten einer Nutzung des Bodenfunktionsansatzes in der Klimafolgenforschung überprüft werden.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 109 |
| Land | 5 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 67 |
| Text | 21 |
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| License | Count |
|---|---|
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|---|---|
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| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 62 |
| Lebewesen und Lebensräume | 85 |
| Luft | 69 |
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| Wasser | 51 |
| Weitere | 106 |