Die Ökonomie von Pflanzen wird als Kompromiss zwischen Nährstoffaufnahme und -erhalt angesehen. Wurzeln sind in unserem Verständnis der gesamten Pflanze jedoch immer noch unterrepräsentiert. Wurzeltraits scheinen aufgrund ihrer Interaktion mit Bodenbiota multidimensional zu sein. Kompromisse zwischen der Investition in die Oberfläche der Wurzel bzw. der arbuskulären Mykorrhiza Pilze (AMF) wurden bislang anhand der spezifischen Wurzellänge untersucht. Allerdings sind auch Wurzelhaare dafür bekannt die Phosphoraufnahme zu erhöhen. Diese sind bislang in Konzepten der Wurzelökonomie nicht enthalten. In Gewächshausversuchen zeigte sich, dass Wurzelhaarlänge und -häufigkeit negativ mit der AMF-Kolonisation korrelieren. Dieser Gradient zwischen einer Strategie zur Vergrößerung der Wurzelhaaroberfläche und der AMF-Symbiose erwies sich als unabhängig von der spezifischen Wurzellänge, was auf eine bislang unberücksichtigte Varianz in Wurzeltraits hindeutet. Studien zeigen, dass die AMF-Oberfläche - gemessen als extraradikale Hyphenlänge - mit der Landnutzungsintensität zunimmt, wobei die Bodennährstoff-Stöchiometrie einen Einfluss haben könnte. Daher sind zur Untersuchung der Komplexität des Wurzel-Pilz-Oberflächen-Gradienten Daten von Flächen mit unterschiedlichen Böden erforderlich. In diesem Projekt möchte ich das Konzept eines Wurzel-Pilz-Oberflächen-Gradienten unter Beachtung von Wurzelhaaren und extraradikalen Hyphen erstmals testen. Ich werde Individuen der dominantesten Pflanzenarten im Feld (VIP-Ebene) entlang eines Landnutzungsgradienten untersuchen. Dabei gehe ich von einer Verlagerung hin zu AMF Oberfläche mit zunehmender Landnutzungsintensität aus. Aufgrund von Artenüberschneidungen zwischen den Feldern werde ich sowohl inter- als auch intraspezifische Muster testen können. Die AMF-Gemeinschaft in der Rhizosphäre wird analysiert, um zu testen, ob Veränderungen in der Hyphenlänge auf Veränderungen der AMF-Lebensgemeinschaft zurückzuführen sind. In einem mechanistischen Gewächshausexperiment wird die direkte Wirkung der Bodennährstoff-Stöchiometrie untersucht. Die AMF-Gemeinschaft in der Rhizosphäre sowie der Wurzel soll analysiert werden, um Veränderungen der AMF-Lebensgemeinschaft sowie die Plastizität von Pilzarten bei der Biomasseallokation zu testen. Die Daten werden mit morphologischen, anatomischen und chemischen Wurzeltraits aus früheren Projekten der Biodiversitäts-Exploratorien kombiniert, um die Erkenntnisse in bestehende pflanzenökonomische Konzepte zu integrieren. Der Rahmen der Exploratorien ermöglicht es, dieses verbesserte Verständnis von Wurzeltraits mit Ökosystemprozessen wie Pflanzenproduktivität, Nährstoffkreisläufen oder Bodenaggregation zu verbinden. Dieses Projekt wird das mechanistische Verständnis von Wurzelökonomie verbessern und dazu beitragen, deren Bedeutung für die Vorhersage von Veränderungen in Pflanzengemeinschaften und Ökosystemen bei zunehmender Landnutzung und globalem Wandel zu untersuchen.
In der letzten Phase der Biodiversitäts-Exploratorien wurden sowohl die Großexperimente als auch der ‚common garden‘ EXClAvE etabliert, um die relativen Auswirkungen einzelner Landnutzungskomponenten (Mähen und Düngung) und ihrer Kombinationen auf die Vielfalt und Funktionalität von Ökosystemen zu quantifizieren. Um die morphologischen und physiologischen Reaktionen von Pflanzengemeinschaften zu verfolgen, haben wir einen Pflanzenscanner (PlantEye F500, Phenospex, Heerlen, Niederlande) genutzt, der die Eigenschaften ganzer Gemeinschaften vermisst in dem er der diese in 3D erfasst und die 3D-Informationen um multispektrale Informationen ergänzt. Wir konnten zeigen, dass Pflanzengemeinschaften kurzfristige Reaktionen auf Landnutzungsmaßnahmen in Bezug auf morphologische und physiologische Eigenschaften zeigen, nicht aber in Bezug auf die Artenzusammensetzung. In dem vorgeschlagenen Projekt werde ich a) den zeitlichen Verlauf der Reaktionen von Pflanzengemeinschaften auf experimentelle Landnutzungsmaßnahmen verfolgen; b) morphologische und physiologische Reaktionen von Pflanzengemeinschaften im ‚common garden‘ und in den REX/LUX-Experimenten vergleichen, um allgemeine Regeln für die Reaktionen von Gemeinschaften auf Landnutzungsänderungen zu generieren; und c) ein Gewächshausexperiment durchführen, um die Reaktionen der Pflanzenmorphologie, -physiologie und des Mikrobioms auf experimentelle Landnutzungsmaßnahmen bei vier ausgewählten Arten zu verfolgen, um abzuschätzen, wie die interspezifische Variation der Reaktionen zu gemeinschaftsweiten Auswirkungen beiträgt. Daher baut das vorgeschlagene Projekt auf den Daten der Biodiversitäts-Exploratorien und von EXClAvE auf, liefert neue Daten für die Biodiversitäts-Exploratorien, ist ein eigenständiger Beitrag zu der Frage, wie sich die Landnutzung auf Ökosysteme auswirkt, und wird zu einem mechanistischen Verständnis der Reaktionen von Gemeinschaften auf Komponenten der Landnutzung beitragen.
In der nächsten Phase der Biodiversitäts Exploratorien sollen Experimente dabei helfen die Effekte verschiedener Landnutzungskomponenten auf Ökosysteme zu ermitteln. 'Common garden' Experimente werden genutzt, um die Umweltheterogenität zu minimieren, die ansonsten interessante Effekte verschleiert. Wir planen Grasnarben, die von n = 42 Plots der Biodiversitäts Exploratorien entnommen werden, in einem 'common garden' auszubringen wo die Intensität der Mahd und der Düngung manipuliert werden soll. In den nächsten drei bis 15 Jahren werden die Veränderungen in den Pflanzen- und Bakteriengemeinschaften auf den Grasnarben verfolgt. Hierfür wird die Zusammensetzung und Diversität der Pflanzen und Bakterien (next-generation 16S rRNA gene amplicon sequencing) ermittelt. Zusätzlich werden noch 3D-Modelle der Pflanzengemeinschaften, die durch multispektrale Information ergänzt werden, erstellt (PlantEye F500, Phenospex, Heerlen, The Netherlands). Diese Modelle erlauben die Errechnung von Parametern, die ganze Pflanzengemeinschaften charakterisieren. Änderungen in den Pflanzen- und Bakteriengemeinschaften werden mit der Landnutzung der Plots in den vergangenen Jahren ins Verhältnis gesetzt. Wir erwarten, dass Gemeinschaften, die aus verschiedenen Plots stammen, aber die gleiche Landnutzung erfahren in Ihrer Zusammensetzung und Diversität konvergieren; Gemeinschaften aus den gleichen Plots, die aber unterschiedliche Landnutzung erfahren, sollten divergieren. Das Projekt nutzt das Vorwissen zu den einzelnen Plots in Bezug auf Landnutzung und Artenzusammensetzung, liefert neuartige Daten für die Biodiversitäts Exploratorien, und stellt einen unabhängigen und neuartigen Beitrag zu der Frage, wie Landnutzug Ökosysteme beeinflusst, dar.
Außer dem bekannten Treibhausgas Kohlendioxid (CO2) existieren weitere stark klimawirksame Spurengase biologischen Ursprungs, z.B. Lachgas (N2O) und Methan (CH4), die mikrobiell im Boden produziert (N2O, CH4) oder im Falle des Methans auch verbraucht (oxidiert) werden. Die steigende atmosphärische CO2-Konzentration kann sich über die Pflanzen in vielfacher Weise auf die bodenmikrobiellen, Spurengasproduzierenden Prozesse auswirken. So ist beispielsweise nachgewiesen worden, dass der Wasserverbrauch der Pflanzen unter erhöhtem CO2 häufig sinkt und die Abgabe von leicht zersetzbarem Kohlenstoff an den Boden (Wurzelexudation) steigt. Beides könnte die Denitrifikation und damit die N2O-Produktion begünstigen, ebenso die Methanproduktion, wenn im Boden anaerobe Bedingungen (z.B. durch Überflutung) eintreten. Steigende Bodenfeuchte würde zugleich die Sauerstoff-abhängige Methanoxidation im Oberboden hemmen. Zu diesem Thema existieren bislang weltweit nur Kurzzeit- und Laborstudien. Im hier vorgestellten Projekt werden im Freilandexperiment die Langzeitauswirkungen steigender atmosphärischer CO2-Konzentrationen über das System Pflanze-Boden auf die Flüsse der klimawirksamen Spurengase N2O und CH4 in einem artenreichen Dauergrünland untersucht. Hierzu gelangt ein im Institut für Pflanzenökologie neuentwickeltes Freiland-CO2-Anreicherungssystem (FACE) zur Anwendung, bei dem die CO2-Konzentration in drei Anreicherungsringen seit Mai 1998 um etwa 20 Prozent gegenüber den drei Kontrollringen erhöht wurde. Über die Jahresbilanzierungen der Spurengasflüsse sowie über begleitende Prozessstudien soll geklärt werden, wie und auf welche Weise erhöhtes CO2 auf die N2O- und CH4-Spurengasflüsse rückwirkt. Die ersten Ergebnisse zeigen deutlich, dass in einem etablierten artenreichen Ökosystem wie dem untersuchten Feuchtgrünland zuerst die unterirdischen Prozesse auf die steigenden CO2-Konzentrationen reagierten (Bestandesatmung). Die oberirdische Biomasse zeigte erst nach etwa 1,5 Jahren der CO2-Anreicherung einen signifikanten Zuwachs gegenüber den Kontrollflächen. Im Jahr 1997, vor dem Beginn der CO2 -Anreicherung, waren sowohl die N2O-Emissionen als auch die CH4 Flüsse auf den (späteren) Anreicherungs- und den Kontrollflächen fast identisch. Seit Beginn der Anreicherung hingegen sind die N2O-Emissionen vor allem während der Vegetationsperiode dramatisch angestiegen: auf 278 Prozent der Emissionen der Kontrollflächen. Die Methanoxidation war rückläufig unter erhöhtem CO2: Mittlerweile oxidieren die CO2 Anreicherungsflächen 20 Prozent weniger CH4 als die Kontrollflächen (Jahr 2000), wobei auch hier der größte Unterschied während der Vegetationsperiode auftrat. Eine erhöhte Bodenfeuchte kommt als Erklärung nicht in Frage, da sich diese nicht geändert hat.
Apparente Photosynthese und Dunkelatmung des Graesersprosses. Atmungsintensitaet der Graeserwurzel. CO2-Gaswechsel von ganzen und intakten Graspflanzen. Wirkung der Immissionsbelastung auf die Vegetation an Verkehrswegen.
Ein erheblicher Teil des Kohlenstoffs im Tundra-Taiga-Ökoton (engl. ‚Tundra Taiga Ecotone‘, TTE) wird als oberirdische Biomasse (engl. ‚Above-Ground Biomass‘, AGB) in Bäumen und Sträuchern durch Photosynthese gespeichert, wobei Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre während der kurzen Wachstumsperiode in hohen Breiten entzogen wird. Dies führt zu geringer Kohlenstoffspeicherung im TTE. Der Klimawandel könnte die Produktivität beeinflussen und Vegetationsmuster verändern. Die Rolle abiotischer Faktoren in der Kohlenstoffspeicherung borealer Wälder ist ungenügend verstanden. Eine Neubewertung der Vegetationsorganisation muss hinsichtlich statischer Modulatoren erfolgen. Topografie, ein wichtiger Faktor für Wasser- und Nährstoffverfügbarkeit, ist ein statischer abiotischer Faktor, der die lokalen Wachstumsbedingungen beeinflusst. Mit steigenden Temperaturen wird erwartet, dass Niederschlag intensiver und häufiger wird, was zu Wasserstau oder Nährstoffauswaschung an bestimmten topografischen Positionen führen kann und den Rückgang bestimmter Baumarten zur Folge haben könnte. Daher könnte der Klimawandel lokale Reaktionen auf die topografische Position verändern und Wechselwirkungen mit Wetterbedingungen beeinflussen. Die Topografie könnte die Auswirkungen des Klimawandels mildern und anpassungsfähigen Arten zugutekommen, während andere unter veränderten Bedingungen leiden. Das Verständnis der Beziehung zwischen Topografie und Biomasseakkumulation ist entscheidend für die Bewertung der zukünftigen Rolle borealer Wälder im globalen Kohlenstoffhaushalt. Das BToBE-Projekt zielt darauf ab, Wissenslücken hinsichtlich des Einflusses der Topografie auf die Biomasseakkumulation im TTE zu schließen und deren Auswirkungen durch Vorwärtssimulation mit einem prozessbasierten Vegetationsmodell zu bewerten. Die zentrale Hypothese ist, dass sich die Reaktionen der Vegetation auf topografische Bedingungen im TTE aufgrund starker globaler Erwärmung verändert haben. Kürzlich wurden drohnenbasiert 3D-Punktwolken gesammelt, die verarbeitet werden, um Waldbiomasse zu ermitteln. Diese hochauflösenden Referenzdaten erfassen den bioklimatischen Gradienten des TTE, wobei die nördliche Baumgrenze in Niederungen mit Permafrost und im gebirgigen Terrain verläuft. Die drohnenbasierten AGB-Daten werden verwendet, um ein AGB-Modell für das großflächige Ableiten (engl. ‚upscaling‘) mit Landsat- und Sentinel-2-Multispektralsensoren zu entwickeln. Das Ziel ist dreistufig: Erstens sollen die Beziehungen zwischen AGB und Topografie mithilfe von verallgemeinerten additiven Modellen aufgeklärt werden; zweitens soll die Stabilität dieser Abhängigkeiten durch Rekonstruktion langfristiger AGB-Daten aus den vergangenen Jahrzehnten untersucht werden. Dies wird für die Verbesserung und Implementierung des Individuen-basierten und räumlich expliziten borealen Waldvegetationsmodells LAVESI genutzt, zur Ableitung von AGB-Trajektorien im TTE in den kommenden Jahrzehnten.
Bakterielle Gemeinschaften die mit oberirdischen Pflanzenteilen assoziiert sind spielen eine entscheidende Rolle für die Gesundheit der Wirtspflanze. Es wird vermutet, dass die Zusammensetzung dieser zu einem großen Teil durch das Ursprungsmaterial für Besiedelung (z.B. Erde) determiniert wird, aber auch dass Pflanzen-Charakteristika wie die Verfügbarkeit von Stickstoff und Kohlenstoff, sowie Sekundärmetabolite entscheidend sind. Obwohl Blüten direkt an die Gesundheit und Reproduktion von Pflanzen gekoppelt sind, sind die bakteriellen Kolonisierer der Anthosphäre derzeit deutlich weniger charakterisiert und verstanden als Blatt-assoziierte Bakterien. Dies betrifft auch deren ökologische Rolle und wie sich Umgebungsgradienten, wie z.B. Landnutzung auf Zusammensetzung und Funktion dieser Organismen auswirken. Wir planen mit Hilfe des hierarchischen Designs der Exploratorien organismische und genetische alpha-, beta- und gamma-Diversität von Blüten-Microbiomen zu erfassen. Wir zielen darauf hin, diese in Zusammenhang mit Landnutzung, Pflanzendiversität sowie Blütencharakteristika (Düfte, C- und N-Verfügbarkeit) zu bringen und die Verknüpfung der verschiedenen Biodiversitäts-Ebenen untereinander zu verstehen. Diese Daten werden uns erlauben, die jeweilige Bedeutung von Umgebungs- und Pflanzenfaktoren abzuschätzen. Damit werden die Ergebnisse eine neue Perspektive auf die Assoziation von Bakterien und Blüten ermöglichen und auch die Einflüsse anthropogener Veränderungen auf deren organismische und genetische Diversität zu verstehen.
The importance of data and their re-use in synthesis and long-term studies is very well acknowledged in the Biodiversity Exploratories. A data policy was already adopted at the start of the project and a central database was implemented at the beginning of the first phase. The early provision of the database and a consistent observance and incorporation of user needs and requirements have resulted in high acceptance. The central data management provides an environment for data interchange and simple data re-use, stimulating and facilitating synthesis. The central database also provides the IT- infrastructure for efficient field resource management needed by the local management teams and the Biodiversity Exploratory Office, as well as a tool to provide information about species occurrence to landowners and a tool to compute the Land Use Intensity Index, LUI, for grasslands, a parameter that is used by many groups. The database secures the interpretability of data and provides the means for data quality control. It functions both as a work-in-progress storage and as a temporary archive. This proposal shall secure the continuation of this strong and, for the overall success of the Exploratories, essential work. In addition to continued provisioning of the infrastructure and user support (in particular with respect to synthesis) the work in the new funding period will focus on the following topcis: development of further research supporting tools, development of features for scientific communication, ensuring FAIRness of data and the repository itself.
RECONNECT konzentriert sich auf die Entkopplung der Erhaltung der biologischen Vielfalt von anderen Anliegen an Landschaften und Gesellschaften. Fragmentierung, Konflikt und Entkopplung können institutioneller, ökologischer und sozialer Natur sein. Dies äußert sich in unterbrochenen ökologischen Strömen durch Habitatnetzwerke, in isolierter sektoraler Planung und in pluralen Lebensstilen und Werten - was zu Spannungen zwischen Erhaltungs-, Gerechtigkeits- und Produktionszielen führt. Wir werden mit Stakeholdern zusammenarbeiten, um anhand von vier Fallbeispielen fundiertes Wissen über die Möglichkeiten des Umgangs mit institutionellen, ökologischen und sozialen Grenzen zu gewinnen. Untersuchungsgebiete in Frankreich, Deutschland, Südafrika und Schweden erstrecken sich entlang von Stadt-/Land-Gradienten mit kontrastierenden Arten des Managements von Schutzgebieten und umliegenden Landschaften. Der inter- und transdisziplinäre "Wiederverkopplungs"-Ansatz wird erreicht durch 1) die Entwicklung eines kohärenten Satzes von Instrumenten und Prozessen zur systematischen Identifizierung und Bewertung der Verbindungen zwischen Ökosystemen, gemeinschaftlichen Werten und verschiedenen institutionellen Arrangements; und 2) die Entwicklung von Governance-Modellen und -Praktiken zum Offenlegen und zur Bewältigung von Spannungen sowie zur Verbindung von Menschen und Ökosystemen. Sozial-ökologische System- und Governance-Forscher werden im Arbeitspaket (WP) 1 den sozial-ökologischen Kontext für den Schutz der biologischen Vielfalt bewerten und integrierte Governance-Optionen für die Durchführung wirksamer Erhaltungsmaßnahmen identifizieren. Naturschutzbiologen und funktionelle Ökologen nutzen in WP2 ihre Fähigkeiten in der Modellierung von Biodiversität und Ökosystemdienstleistungen, um die verschiedenen Dimensionen der funktionellen Konnektivität zu quantifizieren. In WP3 erforschen Landschaftsökologen und Geographen die Werte der Natur und identifizieren Synergien und Bereiche für die Wiedervernetzung. In WP4 versuchen Experten für institutionelle Analyse und Wissenskooperation, verschiedene Bereiche für Zusammenarbeit und Konfliktmanagement zu bewerten. In WP5 führen Experten für Nachhaltigkeitswissenschaften und transdisziplinäre Deliberation die Synthese der Projektergebnisse durch. Spezialisten für Naturschutzpolitik und Kommunikation werden in WP6 die Ergebnisse über einschlägige Kommunikationsplattformen wie PANORAMA und das EU Knowledge Centre for Biodiversity verbreiten. Gemeinsam werden die Arbeitspakete sektorübergreifende Governance in die Umsetzung des Globalen Biodiversitätsrahmens nach 2020 einbringen.
Feststellung wichtiger Parameter der Biologie von Unkrautarten, Erarbeitung von Bekaempfungsmoeglichkeiten.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 631 |
| Europa | 14 |
| Global | 1 |
| Kommune | 2 |
| Land | 35 |
| Weitere | 2 |
| Wirtschaft | 1 |
| Wissenschaft | 289 |
| Zivilgesellschaft | 3 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 630 |
| Repositorium | 1 |
| Text | 9 |
| unbekannt | 1 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 10 |
| Offen | 630 |
| Unbekannt | 1 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 527 |
| Englisch | 260 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Dokument | 11 |
| Keine | 422 |
| Webseite | 214 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 505 |
| Lebewesen und Lebensräume | 638 |
| Luft | 330 |
| Mensch und Umwelt | 641 |
| Wasser | 320 |
| Weitere | 620 |