<p>Grünland (Wiesen und Weiden) sind ökologisch wertvolle Flächen in der Agrarlandschaft und Bestandteil einer multifunktionalen Landwirtschaft. Als Dauergrünland gelten Wiesen und Weiden, die mehr als fünf Jahre nicht als Acker genutzt wurden. Der Flächenanteil hat seit Anfang der 1990er Jahre abgenommen. Der Verlust wurde gestoppt, jedoch muss Dauergrünland erhalten werden, damit das so bleibt.</p><p>Gefährdung des Grünlands</p><p>Grünlandflächen wie Mäh- und Streuwiesen sowie Weiden werden intensiv oder extensiv zur Nahrungs- und Futtermittelherstellung sowie zur Biomassegewinnung für die Energieerzeugung bewirtschaftet und sind wichtig für den Naturschutz. In den Jahren vor 2013 ist das Grünland in Deutschland stark unter Druck geraten, denn es wurde häufig zu Ackerland umgebrochen (umgepflügt). Erst ab 2014 sind die Dauergrünlandflächen und ihr Anteil an der landwirtschaftlich genutzten Fläche wieder leicht gestiegen. Dies liegt zum einen an der EU-Agrarreform 2013, die den Erhalt von Dauergrünland über sogenannte „Greening“-Auflagen ab 2015 regelte sowie an landesrechtlichen Regelungen einzelner Bundesländer. Über eine allgemeine Genehmigungspflicht für den Umbruch und ein vollständiges Umwandlungs- und Pflugverbot für besonders schützenswertes Dauergrünland soll der Verlust nachhaltig gestoppt werden. Nach wie vor sind die Ursachen des Grünlandumbruchs jedoch nicht beseitigt. Dies gilt besonders für den Bedarf an ackerbaulichen Futtermitteln, die Förderung des Anbaus von Energiepflanzen sowie die Nutzungsaufgabe, also das Einstellen der Bewirtschaftung. Jedes Jahr gehen zudem landwirtschaftliche Flächen, v.a. für Siedlungs- und Verkehrsflächen, verloren. Deshalb ist davon auszugehen, dass das Grünland auch zukünftig unter Druck stehen und die Nutzung weiter intensiviert wird. Ein wirksamer Grünlandschutz bleibt damit von herausragender Bedeutung.</p><p>Die Abbildung "Gesamtfläche von Dauergrünland und Anteil an der landwirtschaftlich genutzen Fläche" zeigt den Rückgang des Dauergrünlands absolut und als Anteil an der landwirtschaftlich genutzten Fläche (LF) in Deutschland. Während 1991 noch über 5,3 Millionen Hektar (Mio. ha), beziehungsweise 31,1 % der LF als Dauergrünland bewirtschaftet wurden, waren es 2024 nur rund 4,7 Mio. ha bzw. 28,5 % der LF. Gegenüber 2023 ist die Gesamtfläche des Dauergrünlands 2024 um rund 10.000 ha leicht gestiegen. Aktuelle Daten für das Grünland in den Bundesländern liegen derzeit noch nicht vor (siehe Tab. „Dauergrünlandflächenanteil und Veränderung in den Bundesländern“).</p><p>Ökologische Bedeutung des Grünlands</p><p>Das Grünland erfüllt über die landwirtschaftliche Produktion hinaus vielfältige Funktionen in der Agrarlandschaft. Es bietet Möglichkeiten für Freizeit und Erholung und hat einen hohen ästhetischen Naturwert. Auf Grünlandstandorten kommen über die Hälfte aller in Deutschland beobachteten Tier- und Pflanzenarten vor. Damit haben sie große Bedeutung für den Artenschutz und den Erhalt der Artenvielfalt (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/b?tag=Biodiversitt#alphabar">Biodiversität</a>). Extensiv bewirtschaftetes Grünland mit nährstoffarmen Böden ist ein wichtiger Lebensraum für artenreiche, seltene Pflanzengesellschaften und daran angepasste, zum Teil gefährdete Tierarten. Rund 40 % aller in Deutschland gefährdeten Farn- und Blütenpflanzen kommen im Grünland vor <a href="https://bfn.bsz-bw.de/frontdoor/deliver/index/docId/1661/file/Schrift670.pdf">(BfN 2023)</a>.</p><p>Wegen der ganzjährigen Vegetation ist der Boden im Grünland gegenüber Austrocknung und <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/e?tag=Erosion#alphabar">Erosion</a> durch Wind und Wasser geschützt und verfügt über besonders hohe Humusgehalte sowie eine hohe Wasserspeicherkapazität. Aufgrund der guten Aggregatstabilität des Humus und des hohen Makroporenanteils des Bodens neigen Grünlandstandorte weniger zu Verschlämmungen. Das Niederschlagswasser kann auch bei <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/s?tag=Starkregen#alphabar">Starkregen</a> gut versickern. Dies ist insbesondere vor dem Hintergrund sich wandelnder Klimaverhältnisse mit extremen Witterungsereignissen wichtig.</p><p>Bedeutung für den Boden- und Klimaschutz</p><p>Dauergrünlandflächen sind wichtig für den Boden- und Gewässerschutz und leisten einen wichtigen Beitrag zum <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/k?tag=Klimaschutz#alphabar">Klimaschutz</a>. Der Humusanteil des Bodens speichert Kohlenstoff (der damit der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/a?tag=Atmosphre#alphabar">Atmosphäre</a> entzogen wird) und dient als Kohlenstoffsenke. Der Erhalt und die Ausdehnung von Dauergrünland in empfindlichen Lagen, wie landwirtschaftlich genutzten Hangbereichen oder Überschwemmungsgebieten, schützt den Boden vor Abschwemmung. Im Randbereich von Gewässern übernimmt Grünland Pufferfunktionen, verhindert den Eintrag von Nähr- und Schadstoffen und trägt so zum Schutz der Oberflächengewässer und zum Trinkwasserschutz bei. Ein Umbruch des Grünlands zu Ackerflächen belastet die Hydro- und Atmosphäre, da mit dem einhergehenden Humusabbau verstärkt Nitrat (NO3-), Lachgas (N2O) und Kohlendioxid (CO2) freigesetzt werden.</p><p>Schutz des Grünlands</p><p>Seit 2015 ist die Umwandlung des Grünlands durch die Greening-Regelungen beschränkt. Außerdem greifen für den Schutz von Dauergrünland auch nationale ordnungsrechtliche Regelungen wie z.B. das Wasserhaushaltsgesetz, das Bundesnaturschutzgesetz und landesrechtliche Regelungen zum Schutz des Dauergrünlands. Der Verlust des Grünlands konnte damit weitestgehend gestoppt werden. Auch in der aktuellen Förderperiode der Gemeinsamen Agrarpolitik, die 2023 startete, wird der Erhalt des Grünlands in der sogenannten Konditionalität geregelt und ist damit Voraussetzung für den Erhalt von Direktzahlungen. Die Regelungen zum Erhalt des Dauergrünlands werden unter GLÖZ 1 fortgeführt. Demnach besteht für die Umwandlung von Dauergrünland eine Genehmigungspflicht und ist nur bei gleichzeitiger Neuanlage von Dauergrünland auf Ackerland möglich. Dies ist zwar generell zu begrüßen, allerdings ist zu bedenken, dass eine Umwandlung von Dauergrünland wesentlich schneller und mehr CO2 freisetzt, als durch Neuanlage gebunden werden kann (<a href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/j.1365-2486.2011.02408.x">Poeplau et al. 2011</a>). Außerdem gibt es Ausnahmeregelungen, die z.B. für den Zeitpunkt der Einsaat und die Größe der umzubrechenden Flächen gelten. Einige Bundesländer (z.B. Schleswig-Holstein, Mecklenburg-Vorpommern und Baden-Württemberg) haben zudem landesrechtliche Regelungen zum Umbruch von Grünland erlassen. In diesen Bundesländern ist jede Umwandlung von Dauergrünland in Acker grundsätzlich verboten. Verstöße gegen dieses Verbot sind Ordnungswidrigkeiten, allerdings sind Ausnahmen und Befreiungen möglich. Ausschließlich für sensibles Dauergrünland auf sogenannten <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/n?tag=Natura-2000#alphabar">Natura-2000</a>-Flächen in FFH-Gebieten (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/f?tag=Flora#alphabar">Flora</a>-<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/f?tag=Fauna#alphabar">Fauna</a>-<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/h?tag=Habitat#alphabar">Habitat</a>-Gebieten) gilt ein absolutes Umwandlungs- und Pflugverbot.</p><p>Der Schutz von Dauergrünland ist eine wichtige Maßnahme für den <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/k?tag=Klimaschutz#alphabar">Klimaschutz</a> und den Erhalt der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/b?tag=Biodiversitt#alphabar">Biodiversität</a>. Auch die nächste Reform der Europäischen Agrarpolitik ab 2027 muss mit ihren Fördermechanismen das Grünland konsequent schützen und fördern.</p>
FORMULA untersucht die ökosystemaren Leistungen (Nature’s Contributions to People, NCP) von Agroforstsystemen. Ziel ist es, optimale Bewirtschaftungsoptionen zu identifizieren, die sich aus der Integration von Bäumen in Ackerland ergeben. FORMULA, das sich in zwei Projektphasen gliedert, analysiert NCPs in zwei sukzessiven Agroforstsystemen in Hessen und Brandenburg (Deutschland) mit unterschiedlichen Produktionssystemen (ökologisch vs. konventionell) und Umweltbedingungen. Die Baumreihen erzeugen im Feld räumliche Gradienten von Umweltfaktoren. Diese bilden die Grundlage für zwei primäre Forschungsziele; erstens die Bewertung der Produktionsleistung und der Umweltwirkungen von silvo-arablen Agroforstsystemen im Vergleich zu baumlosen landwirtschaftlichen Referenzsystemen und zweitens die Verbesserung des mechanistischen Verständnisses der Prozesse, die den räumlichen Mustern von NCPs zugrunde liegen. Zwei zentrale Hypothesen von FORMULA sind, dass (H1) die räumliche Komplexität innerhalb eines Feldes als eine Reihe von NCP-Gradienten von den Baumreihen zum offenen Feld ausgedrückt werden kann und dass (H2) sich die NCP-Gradienten auf der Feldskala überlappen, mit Synergien und Kompromissen in Bezug auf Umweltwirkungen und agronomische Leistungen. FORMULA ist in fünf Teilprojekte (SP1-5) und ein koordinierendes Projekt (SPZ) gegliedert, in denen NCP in Bezug auf Klima, Wasserverfügbarkeit, Bodennährstoffe, Biodiversität, Habitat sowie Nahrungs- und Futtermittelproduktion untersucht werden. Die enge Kooperation zwischen der Justus-Liebig-Universität Gießen und dem Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) stärkt dieses interdisziplinäre Projekt. Neben den spezifischen Forschungsarbeiten in den Teilprojekten umfasst FORMULA drei zentrale Experimente, bei denen die Teilprojekte eng zusammenarbeiten. Das erste konzentriert sich auf die Auswertung von Gradienten entlang von Transekten, die senkrecht zur Baumgrenze verlaufen. Im zweiten wird mit Hilfe der Markierung von Stickstoff (15N) die Konkurrenz zwischen Bäumen und Pflanzen um diesen wichtigen Nährstoff untersucht. Das dritte Experiment dient der Erfassung räumlich hochaufgelöster Daten zur Hochskalierung von NCP auf die Feldebene. FORMULA wird auch ein innovatives Referenzsystem für die Agroforstforschung entwickeln und testen. Alle Experimente folgen einem dreistufigen Ansatz: Kernexperimente, die an beiden Standorten mit identischen Methoden durchgeführt werden (Stufe 1); Experimente, die an beiden Standorten mit vergleichbaren Methoden umgesetzt werden (Stufe 2); individuelle Experimente die eine spezifische wissenschaftliche Infrastruktur erfordern (Stufe 3). In der zweiten Phase von FORMULA wird ein integriertes mechanistisches Agroforstmodell entwickelt, das für das Upscaling auf Landschaftsebene und die Analyse von Nutzungsszenarien erforderlich ist. Ein Modellbeirat wird diese Modellentwicklung in erste Phase vorbereiten und begleiten.
FORMULA hat zum Ziel die ökosystemaren Leistungen (Nature’s Contributions to People, NCP) von Agroforstsystemen zu bewerten sowie das mechanistische Verständnis der räumlichen Muster aufzuklären. Teilprojekt SP2 konzentriert sich dabei auf die NCP zur „Regulierung der Wassermenge“, „Regulierung der Wasserqualität“ sowie „Bodenentwicklung und Bodenschutz“. Das erste Ziel von SP2 ist zu prüfen, wie sich die Einführung von Bäumen in Ackerflächen auf die räumliche Dynamik der Bodenfeuchtigkeit, der Wasserflüsse und der Verteilung der Wasserflüsse (Verdunstung gegenüber Transpiration) auswirkt. Das zweite Ziel ist die Bewertung des Nährstoffhaushalts und -nutzungseffizienz sowie der räumlichen Muster der Nährstoffauswaschung (insbesondere Stickstoff) in Agroforstsystemen im Vergleich zu Ackersystemen ohne Baumreihen. Um diese Ziele zu erreichen, testet SP2 zwei teilprojektspezifische Hypothesen. Die erste Hypothese postuliert, dass die Bodenfeuchte mit zunehmender Nähe zu den Baumreihen abnimmt, was auf eine höhere Transpiration durch Bäume und dazwischen wachsenden Grasstreifen zurückzuführen ist. Die zweite Hypothese postuliert, dass Baum- und Graswurzeln ein "Sicherheitsnetz" bilden, das die Nährstoffauswaschung in der Nähe der Baumreihe verringert. Umgekehrt führen höhere Bodenfeuchtigkeit und Nährstoffverfügbarkeit in Richtung der Feldmitte zu erhöhten Auswaschungsverlusten. Der Nettoeffekt ist eine geringere Nährstoffauswaschung und eine höhere Nährstoffnutzungseffizienz in Agroforstsystemen im Vergleich zu Ackersystemen ohne Bäume in Folge einer verbesserten Ertragsstabilität und Nährstoffbindung durch tiefe Baumwurzeln. Das Teilprojekt ist in fünf Arbeitspakete (WP) unterteilt. WP1 untersucht die Dynamik der Bodenfeuchtigkeit. Es nutzt Bodenfeuchte- und -temperaturdaten aus Sensornetzwerken, um raum-zeitliche Muster und präferenzielle Fließwege zu bestimmen. WP2 quantifiziert die Aufteilung der Wasserflüsse zwischen Ackerkulturen und Bäumen durch Nutzung stabiler Wasserisotope. Eine kostengünstige Methode zur Bewertung der Nährstoffmobilität im Boden unter Verwendung von Ionenaustauschern in einem innovativen Aufbau wird im WP3 validiert. Die Methode wird in WP4 angewandt, um Gradienten der Nährstoffmobilität zu messen und Nährstoffverluste zu analysieren. Schließlich wird in WP5 der Stickstoffumsatz im Boden und die Stickstoffaufnahme von Ackerkulturen und Bäumen durch ein in situ 15N-Markierungsexperiment untersucht. SP2 wird das 15N-Experiment in Zusammenarbeit mit dem Koordinationsprojekt leiten. SP2 wird ein grundlegendes Verständnis der Auswirkungen von Bäumen auf die räumliche und zeitliche Dynamik des Wasser- und Nährstoffkreislaufs in Agroforstsystemen liefern. Zusammen mit den Erkenntnissen der anderen Teilprojekten von FORMULA stellt dies die Grundlage für die Optimierung dieser Systeme mit dem Ziel der Maximierung ihrer Vorteile bei gleichzeitiger Minimierung ihrer Nachteile im Vergleich zu Ackersystemen ohne Baumreihen dar.
FORMULA untersucht die ökosystemaren Leistungen (Nature’s Contributions to People, NCP) von Agroforstsystemen. Ziel ist es, optimale Bewirtschaftungsoptionen zu identifizieren, die sich aus der Integration von Bäumen in Ackerland ergeben. FORMULA, das sich in zwei Projektphasen gliedert, analysiert NCPs in zwei sukzessiven Agroforstsystemen in Hessen und Brandenburg (Deutschland) mit unterschiedlichen Produktionssystemen (ökologisch vs. konventionell) und Umweltbedingungen. Die Baumreihen erzeugen im Feld räumliche Gradienten von Umweltfaktoren. Diese bilden die Grundlage für zwei primäre Forschungsziele; erstens die Bewertung der Produktionsleistung und der Umweltwirkungen von silvo-arablen Agroforstsystemen im Vergleich zu baumlosen landwirtschaftlichen Referenzsystemen und zweitens die Verbesserung des mechanistischen Verständnisses der Prozesse, die den räumlichen Mustern von NCPs zugrunde liegen. Zwei zentrale Hypothesen von FORMULA sind, dass (H1) die räumliche Komplexität innerhalb eines Feldes als eine Reihe von NCP-Gradienten von den Baumreihen zum offenen Feld ausgedrückt werden kann und dass (H2) sich die NCP-Gradienten auf der Feldskala überlappen, mit Synergien und Kompromissen in Bezug auf Umweltwirkungen und agronomische Leistungen. FORMULA ist in fünf Teilprojekte (SP1-5) und ein koordinierendes Projekt (SPZ) gegliedert, in denen NCP in Bezug auf Klima, Wasserverfügbarkeit, Bodennährstoffe, Biodiversität, Habitat sowie Nahrungs- und Futtermittelproduktion untersucht werden. Die enge Kooperation zwischen der Justus-Liebig-Universität Gießen und dem Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) stärkt dieses interdisziplinäre Projekt. Neben den spezifischen Forschungsarbeiten in den Teilprojekten umfasst FORMULA drei zentrale Experimente, bei denen die Teilprojekte eng zusammenarbeiten. Das erste konzentriert sich auf die Auswertung von Gradienten entlang von Transekten, die senkrecht zur Baumgrenze verlaufen. Im zweiten wird mit Hilfe der Markierung von Stickstoff (15N) die Konkurrenz zwischen Bäumen und Pflanzen um diesen wichtigen Nährstoff untersucht. Das dritte Experiment dient der Erfassung räumlich hochaufgelöster Daten zur Hochskalierung von NCP auf die Feldebene. FORMULA wird auch ein innovatives Referenzsystem für die Agroforstforschung entwickeln und testen. Alle Experimente folgen einem dreistufigen Ansatz: Kernexperimente, die an beiden Standorten mit identischen Methoden durchgeführt werden (Stufe 1); Experimente, die an beiden Standorten mit vergleichbaren Methoden umgesetzt werden (Stufe 2); individuelle Experimente die eine spezifische wissenschaftliche Infrastruktur erfordern (Stufe 3). In der zweiten Phase von FORMULA wird ein integriertes mechanistisches Agroforstmodell entwickelt, das für das Upscaling auf Landschaftsebene und die Analyse von Nutzungsszenarien erforderlich ist. Ein Modellbeirat wird diese Modellentwicklung in erste Phase vorbereiten und begleiten.
Angesichts der sich verschärfenden globalen Klimakrise besteht dringender Handlungsbedarf die Ursachen des Klimawandels zu bekämpfen und zu mindern. Da die Treibhausgasemissionen (THG-Emissionen) wesentlich zur globalen Erderwärmung beitragen, müssen sich alle Anstrengungen auf deren Vermeidung und Verminderung konzentrieren. Außerdem könnte die zusätzliche Bindung von Kohlenstoff (C) in Böden und Baumbiomasse/Holz ein wirksames Instrument für den Klimaschutz sein. Deutschland ist bestrebt, durch verschiedene Minderungsmaßnahmen bis 2045 Klimaneutralität zu erreichen. Es gibt bereits belastbare Hinweise, dass Agroforstsysteme (AFS) die N2O- und/oder CO2-Emissionen reduzieren und so den Carbonfootprint verringern können. Dies ist vor allem auf die Erhöhung der unter- und oberirdische Biomasse durch Anpflanzung von Gehölzen und Gehölzen und der dazugehörigen Vegetation zurückzuführen ist. Darüber hinaus werden die THG-Emissionen stark von den mikroklimatischen Bedingungen und dem Wasser- und Nährstoffkreislauf beeinflusst. AFS zeichnen sich insbesondere durch ein hohes Maß an kleinräumiger Heterogenität aus. Bislang gibt es jedoch keine systematischen Erkenntnisse über das quantitative THG-Reduktions- und C-Sequestrierungspotenzial von AFS und über deren räumlich-zeitliche Variabilität. Dies ist teilweise auf methodische Beschränkungen zurückzuführen, wenn es um umfassende Analysen des gesamten Systems geht, einschließlich der Kulturpflanzen- und Baumreihen. Daher konzentriert sich dieses Projekt auf umfassende Messungen der räumlich-zeitlichen Muster der THG-Emissionen und der C-Dynamik in AFS, um die zugrundeliegenden Prozesse und Treiber besser zu verstehen und zu ermitteln, wie AFS wirksam zur Verringerung der THG-Emissionen beitragen und möglicherweise die C-Sequestrierung in der gemäßigten Klimazone verbessern können. Die angewandten Messtechniken beinhalten: i) mikrometeorologische Sensornetzwerke, (ii) halbautomatische geschlossene Kammersysteme zur Bestimmung der tageszeitlichen CO2-, CH4-, N2O- und ET-Flüsse (enge Verknüpfung von SP1 und 2), iii) Isotopenansätze und iv) Methoden zur Bestimmung des Netto-Ökosystem-Kohlenstoffbudgets und Bodenkohlenstoff-Stabilisierungsmechanismen. Die gegenseitigen Abhängigkeiten zwischen Parametern, die sich auf THG-Emissionen, Kohlenstoffdynamik und die Integration von Bäumen beziehen, werden untersucht, um Modellparameter für Upscaling und Szenarioanalysen abzuleiten. Um diese Ziele zu erreichen, werden im Projekt folgende Arbeitspakete behandelt: WP1) Einfluss von AFS auf die räumlich-zeitliche Dynamik der THG-Flüsse, WP2) Einfluss von AFS auf das C-Sequestrierungspotenzial und WP3) Interaktion von Kohlenstoff-, Stickstoff- und Wasserkreisläufen in AFS. Die Arbeiten finden an zwei verschiedenen Standorten (in Hessen, Gladbacherhof und in Brandenburg, Großmutz) statt, um die wissenschaftlichen Erkenntnisse unter verschiedenen pedoklimatischen Bedingungen zu bewerten und zu validieren.
Baumreihen in Agroforstsystemen erhöhen die Heterogenität und Konnektivität von Habitaten und modulieren Prozesse der Gemeinschaftsbildung mit potenziellen Vorteilen für die Biodiversität und die damit verbundenen Ökosystemleistungen. Diese Auswirkungen auf die Biodiversität müssen auf verschiedenen räumlichen Ebenen betrachtet werden, einschließlich Makro- und Mikroorganismen in ober- und unterirdischen Gemeinschaften im Kontext eines Multidiversitätsrahmens. Multidiversität, einschließlich Artenzusammensetzung, biotischer Interaktionen und Ökosystemfunktionen über mehrere taxonomische Gruppen hinweg, bestimmt letztendlich das Potenzial der Agroforstwirtschaft, den Beitrag der Natur zum Wohle der Menschen (NCP) zu optimieren. Um ein mechanistisches Verständnis der Biodiversitätsreaktionen in Agroforstsystemen zu erlangen, quantifizieren wir Gradienten der ober- und unterirdischen Biodiversität auf verschiedenen Ebenen, von Bodenwirbellosen und Bodenmikroorganismen wie Bakterien, Archaeen und Pilzen (unterirdisch) über epigäische Arthropoden (oberirdische Pflanzenfresser, Räuber) bis hin zu Bestäubern. Wir nutzen etablierte und neuartige Forschungsmethoden, um zwei Agroforstsysteme (biologisch und konventionell) mit unterschiedlichen Standortbedingungen und dem umgebenden Landschaftsmosaik zu untersuchen. Dabei legen wir Wert auf Komplementarität bei der Datenerhebung. Wir liefern ein tiefgreifendes Verständnis der Auswirkungen der Biodiversität auf die für Agroforstsysteme charakteristischen NCPs, indem wir uns auf die räumliche Konfiguration (Abstand zu den Baumreihen sowie Tiefengradienten entlang der Transekte) konzentrieren. Die Zusammenarbeit mit vier komplementären Teilprojekten der FORMULA-Forschungseinheit ermöglicht die Verknüpfung von unter- und oberirdischen Biodiversitätsfunktionen und der räumlichen Dynamik von Biodiversitätsmustern im Hinblick auf biogeochemische Kreisläufe (insbesondere Kohlenstoff und Stickstoff), Habitatheterogenität und Management.
Entlang der zentralen Hypothesen von FORMULA fokussiert sich MapFun darauf, unterirdische und oberirdische funktionale traits (FTs) von Pflanzen und ihre räumliche Variation mit Blattspekten in Agroforstsystemen zu verknüpfen. Das Projekt wird pflanzenökonomische Konzepte sowie biochemische Blattmerkmale nutzen, um Zusammenhänge mit hyperspektralen Daten zu untersuchen. Unser Ziel ist es, die intraspezifische Variation senkrecht zu den Baumreihen, sowie die interspezifische zwischen den häufigsten Pflanzenarten im System zu studieren. Dies wird auf die Pflanzengemeinschaft ausgeweitet, um die Übertragbarkeit der Fernerkundung als Technik zur Überwachung räumlicher Funktionsverschiebungen zu bewerten und räumlich explizite Informationen zur Modellierung des Beitrags der Natur für den Menschen in Agroforstsystemen bereitzustellen. Wir testen folgende Haupthypothesen: - Baumreihen beeinträchtigen unterirdische traits und Mykorrhizierung von Feldfrüchten und Ackerunkräutern. - Inter- und intraspezifische Variationen in unterirdischen und oberirdischen FTs werden entlang von Gradienten pflanzenökonomischer trade-offs funktional verknüpft. - Die Variation von unterirdischen FTs (indirekt) und oberirdischen FTs (direkt) kann mithilfe von Hyperspektraldaten und geostatistischen Methoden modelliert werden. - Die hyperspektralen und geostatistischen Modelle sind im Raum und von Blatt auf Blätterdach übertragbar. Die parallele Untersuchung von Mykorrhizierungs-, Wurzel-, Blatt- und hyperspektralen Pflanzen-FTs stellt einen neuartigen Ansatz in Agroforstsystemen, aber auch darüber hinaus dar. Eine Untersuchung von FTs auf solch ganzheitlicher Ebene wurde unseres Wissens noch nie durchgeführt. Die Agroforstwirtschaft ist aufgrund ihrer klar strukturierten räumlichen Gestaltung ein perfektes System für eine solche Studie, außerdem wird sie gezielt von den Ergebnissen profitieren, da die Überwachung der Pflanzenfitness und Biodiversität aus Fernerkundungsdaten agrarökologische Praktiken in der Zukunft unterstützen kann. MapFun stellt Daten und Wissen zur Synthese mit allen anderen Teilprojekten (SPs) von FORMULA an Kerntransekten bereit. Es besteht ein hohes Potenzial für die Verschneidung der in SP3 ermittelten Mykorrhiza-Diversität und -Zusammensetzung mit unseren Daten zur Mykorrhiza -Besiedlung und Pflanzen-FTs. Für SP5 werden blattökonomische und biochemische Daten bereitgestellt, um das mechanistische Verständnis der Effizienz der Nutzpflanzenressourcennutzung zu verbessern. Dem SPZ werden hyperspektrale Blätterdachdaten, UAV-Daten, mobile LiDAR-Punktwolken und daraus resultierende Karten zur Verfügung gestellt. Zusammen mit dem für MapFun angestrebten mechanistischen Verständnis zu über- und unterirdischen Verbindungen wird FORMULA in der Lage sein, die räumlichen Auswirkungen von Baumreihen und das Potenzial der Hochskalierung räumlich expliziter Daten für die Modellierung zu untersuchen.
Agroforstsysteme sind in tropischen Ländern weit verbreitet, werden aber in den gemäßigten Zonen nur selten angewandt. Da solche Mischkulturen im Vergleich zu Monokulturen möglicherweise widerstandsfähiger gegen extreme Witterungsbedingungen wie Trockenheit und Hitzestress sind, könnte die Agroforstwirtschaft in Zukunft aufgrund des Klimawandels an Bedeutung gewinnen. Dieses Projekt ist Teil einer Forschergruppe, die das Potenzial von Agroforstsystemen in gemäßigten Regionen beleuchten soll. Dieses spezifische Teilprojekt untersucht Produktivitätsgradienten und Ressourcennutzungseffizienz in Agroforstsystemen, d. h. potenzielle Veränderungen, die sich von den Baumreihen in die dazwischen angebauten ackerbaulichen Kulturen erstrecken. Zu diesem Zweck werden wir an zwei Standorten Versuche durchführen, bei denen einjährige Kulturen (Winterweizen, Mais, Winterroggen) zwischen Baumreihen angebaut werden, die quer zu einem Hang verlaufen. Im ersten Arbeitspaket wird die Ressourcennutzungseffizienz (Strahlung, Wasser und Nährstoffe) in Gradienten senkrecht zu den Baumreihen untersucht. Dies umfasst die Erfassung und Analyse des Pflanzenwachstums, der Biomassebildung und der Erträge, physiologische Vegetationsindizes, eingehende Analysen der photosynthetischen Leistung, der Nährstoffaufnahme und physiologischer Indikatoren für Wasserstress. Im zweiten Arbeitspaket werden wir die Bewirtschaftungsoptionen (Sorte und Düngung) variieren und ihre Auswirkungen auf die Ressourcennutzungseffizienz entlang der ermittelten Gradienten untersuchen. Der Schwerpunkt dieses Teilprojekts wird auf Indikatoren für die Nährstoffnutzungseffizienz liegen. Im dritten Arbeitspaket werden wir die Heterogenität innerhalb des Anbausystems untersuchen, die durch die Baumreihen mit Unterholzvegetation in Ackerland verursacht wird. Dazu gehört eine umfassende Analyse der Ertragsheterogenität durch die Beerntung von 400 bis 900 Teilparzellen, gefolgt von einer statistischen Analyse der Ertragsheterogenität. Das letzte Arbeitspaket wird einen Modellierungsrahmen entwickeln, um die Auswirkungen mehrerer Stressoren auf Pflanzen in agroforstwirtschaftlichen Systemen zu bewerten und insbesondere die Wechselwirkungen zwischen den Stressoren zu untersuchen. Insgesamt wird dieses Projekt die Gradienten der Ernteerträge und der Ressourcennutzungseffizienz in Agroforstsystemen der gemäßigten Zonen, in noch nie dagewesener Tiefe untersuchen und damit die breitere Anwendung der Agroforstwirtschaft als Maßnahme zur Sicherung der Ernährungssicherheit unter dem globalen Klimawandel befördern.
Die Landwirtschaft erbringt verschiedenste Funktionen bzw. Leistungen, die weit über die Bewirtschaftung der landwirtschaftlichen Fläche und die Produktion von Lebensmitteln hinausgehen. Zusätzlich zur reinen Agrarproduktion bzw. Produktion marktfähiger Güter produzieren landwirtschaftliche Betriebe eine Reihe von Produkten und Dienstleistungen (sogenannte non-commodity outputs bzw. Nicht-Marktgüter), die unterschiedliche Elemente der 'Multifunktionalität' in der Landwirtschaft darstellen (OECD, 2001). Diese vielfältigen Produkte und Dienstleistungen haben oft die Eigenschaften öffentlicher Güter. Um den gesellschaftlichen Wert, der mit den unterschiedlichen Funktionen bzw. Leistungen landwirtschaftlicher Betriebe verbunden ist, einschätzen zu können, kann die Multifunktionalität im Kontext von (positiven und negativen) externen Effekten betrachtet werden. Als Nebenprodukte oder Wirkungen der landwirtschaftlichen Produktion bzw. der Tätigkeiten landwirtschaftlicher Betriebe sind diese externen Effekte gesellschaftlich relevant. Im Laufe der Reformen der Gemeinsamen Agrarpolitik (GAP) wurde dem Umstand der non-commodity outputs bzw. positiven und negativen externen Effekten der Landwirtschaft zunehmend Rechnung getragen, insbesondere im Rahmen der Programme zur Ländlichen Entwicklung. Im Zuge dessen werden auch bestimmte überbetriebliche Leistungen und Funktionen landwirtschaftlicher Betriebe (z.B. Landschaftspflege, umweltrelevante Aktivitäten, ökologische oder infrastrukturelle Funktionen etc.) als Wert für die Gesellschaft anerkannt. Damit bei der weiteren Ausgestaltung von Instrumenten und Maßnahmen der GAP überbetriebliche Leistungen und Funktionen landwirtschaftlicher Betriebe miteinbezogen werden können, sind diese Leistungen und Funktionen zu erfassen sowie ihr gesellschaftlicher Wert zu ermitteln. Ziel des Forschungsprojektes, das von der Technischen Universität München koordiniert wird, ist eine umfassende Analyse der Funktionen und Leistungen landwirtschaftlicher Betriebe bzw. ihrer positiven und negativen externen Effekte sowie eine Quantifizierung des gesellschaftlichen Wertes von Aspekten der Landwirtschaft. Jene Leistungen der Betriebe für die Gesellschaft, die über die reine landwirtschaftliche Produktion hinausgehen, sind zu bestimmen und zu bewerten. Im Rahmen des Projektes werden Literaturstudien erarbeitet und empirische Untersuchungen durchgeführt. Laut Technischer Universität München sollen bei der empirischen Analyse die kausalen Effekte der Landwirtschaft und die gesellschaftliche Bewertung dieser Effekte in einer integrierten Weise ermittelt werden. Die Quantifizierung des gesellschaftlichen Wertes von Aspekten der Landwirtschaft soll für bestimmte Regionen erfolgen (geplant sind Bayern, Österreich, Südtirol, Norwegen). Dafür werden Befragungen in den Regionen sowie die Erarbeitung eines entsprechenden Datenpools durchgeführt. (Text gekürzt)
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|---|---|
| Bund | 46 |
| Type | Count |
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| Förderprogramm | 42 |
| Text | 4 |
| License | Count |
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| Language | Count |
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| Resource type | Count |
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| Boden | 45 |
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