Die jüngste Zunahme in der Häufigkeit und Dauer trockener Sommer in Europa stellt die Anpassungsfähigkeit vieler Baumarten auf die Probe und führt zu einem weitverbreiteten Rückgang der Produktivität und oftmals sogar zum Absterben ganzer Wälder. Die Geschwindigkeit dieser klimatisch bedingten Veränderungsprozesse stellt langjährige Bewirtschaftungspraktiken infrage und zeigt die Notwendigkeit, Wachstumsraten und Bestandsdynamik unter veränderten Umweltbedingungen zu bewerten und zu modellieren. Die hier beantragte Studie analysiert interregionalen Klima-Wachstums-Reaktionen von Bäumen, um deren Widerstandsfähigkeit und Akklimatisierung unter zukünftigen Klimabedingungen einschätzen zu können. Die Analyse konzentriert sich auf eine der bedeutsamsten mitteleuropäischen Baumarten (Pinus sylvestris L.) und die Beziehung zwischen Holzanatomie und Klimavariabilität vor, während und nach vergangenen Dürreereignissen. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Ableitung statistisch verifizierbarer Schätzgrößen zur Akklimatisationsfähigkeit von Kiefern unter Verwendung eines Jahrringnetzwerks lebender und abgestorbener Bäume in Zentraleuropa. Im Rahmen des Projekts werden 17 neue Waldstandorte beprobt, Messungen von 20 weiteren Standorten aktualisiert und bestehende Daten von mehr als 300 Standorten integriert. Verallgemeinerte lineare gemischte Modelle (GLMM) werden verwendet, um die Schätzungen der Akklimatisierungskapazität raum-zeitlich zu extrapolieren und Eignungsprojektionen für europäische Kiefernbestände unter Berücksichtigung unterschiedlicher Szenarien zu entwickeln. Mit diesem Ansatz werden folgende Projektziele verfolgt: (i) Ein neues subkontinentales, dendrochronologisches Netzwerk lebender und abgestorbener Bäume zur statistischen Bewertung von Trockenheitsauswirkungen. (ii) Die Quantifizierung der Akklimatisierungskapazität von Pinus sylvestris im europäischen Verbreitungsgebiet. (iii) Eine räumlich differenzierte Schätzung der Widerstandsfähigkeit und künftigen Eignung von Wäldern in verschiedenen Klimawandelszenarien bis in das Jahr 2100. Ein wesentlicher Bestandteil des Proposals ist die Integration umfangreicher empirischer Daten von Hunderten von Jahrringstandorten und Modellierung zur Abschätzung der Akklimatisierungskapazität und Leistungsfähigkeit europäischer Kiefernwälder. Somit zielt das Projekt darauf ab, einen Beitrag zu den laufenden Bemühungen nachhaltiger Forstwirtschaftsstrategien unter den Bedingungen des Klimawandels zu leisten.
Das „Kranzberg Forest Roof Project“ (KROOF) wird seit 2013 durch die DFG gefördert. Die Expertise der drei, der TUM zugehörigen Gruppen, decken die Waldwachstumskunde, Ökophysiologie und Rhizosphärenbiologie ab. Im Rahmen des Weave-Programmes ist die Universität Innsbruck beteiligt. In der ersten Förderperiode (KROOF 1) wurde in einem adulten Buchen/Fichten-Mischbestand in Süddeutschland ein Austrocknungsexperiment mit ca. 100 Bäumen konzipiert und die Auswirkungen von mehrjähriger Sommertrockenheit auf Bäume und deren Ektomykorrhizen erfasst. Vergleichend wurde die Anpassung an langjährige Trockenheit an fünf Standorten entlang eines Niederschlagsgradienten untersucht. In der zweiten Förderperiode (KROOF 2) stand die Erholung der Bestände im Zentrum des Interesses. In der nun beantragten dritten Förderperiode soll die Vorbehandlung durch Trockenheit genutzt werden, um die Bäume einem erneuten Trockenstress auszusetzten. Dadurch soll geklärt werden, ob die Bestände durch die vorangegangene Trockenheit angepasst, d.h. weniger empfindlich, gegenüber dem erneuten Trockenstress sind, oder ob die Vorbehandlung zu einer Vorschädigung geführt hat und die Bäume dadurch früher an die Grenzen ihrer Trockentoleranz stoßen und letale Schädigungen erleiden. Durch die induzierte, potentiell letale Trockenheit sollen Mechanismen der Trockenheitsresistenz und Prozesse des Absterbens der Bäume erarbeitet werden. Im Zentrum stehen die folgenden Hypothesen:„Mixing“-Hypothese: Mischbestände profitieren von der strukturellen Heterogenität und asynchroner Ressourcennutzung bei Trockenheit.„Weakest link“-Hypothese: Die Anpassung an Wassermangel wird bei extremer Trockenheit durch den Zusammenbruch des schwächsten Glieds des Wassertransports entlang des Boden-Pflanze-Atmosphäre-Kontinuum außer Kraft gesetzt.„Legacy“-Hypothese: Baumbodensysteme, die einer früheren Trockenheit ausgesetzt waren, kommen besser mit erneuter Trockenheit zurecht als solche die zum ersten Mal extreme Trockenheit erleiden.Das vorliegende Forschungsvorhaben zielt darauf ab, die vielschichtigen Reaktionsweisen von Rein- und Mischbeständen aus Fichte und Buche auf wiederholte Trockenheitsereignisse zu untersuchen. Es nutzt Daten aus KROOF 1 und KROOF 2 und wird durch neue Messungen ergänzt. Das Vorhaben beleuchtet Akklimatisierungsmechanismen von der Organ- bis zur Bestandsebene und analysiert die Folgen wiederholter Dürre auf Baumwachstum und Sterblichkeit. Das Ziel besteht darin, die empirischen Ergebnisse in das prozessorientierte Einzelbaumwachstumsmodell BALANCE zu integrieren. Dies ermöglicht präzise Simulationen und Untersuchungen auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Dimensionen. Entscheidende Einblicke in das dynamische Zusammenspiel zwischen Wäldern und ihrer sich verändernden Umwelt können gegeben werden, was sowohl der Wissenschaft als auch der nachhaltigen Waldbewirtschaftung zugutekommen wird.
In dem vorgeschlagenen Forschungsprojekt sollen (1) das Suchverhalten und Ressourcennutzung von Blattlausparasitoiden auf größerer räumlicher Distanz (= zwischen einzelnen Wirtspflanzen) und (2) Mortalitätsrisiken durch Spinnen während der Suche zwischen einzelnen Wirtspflanzen untersucht werden. Dabei soll geprüft werden, welchen Anteil die Wirtspflanze beziehungsweise die Wirte selbst auf den Sucherfolg haben oder inwiefern der Sucherfolg auf größere Distanz auch bei der Simulation von Freilandbedingungen von wirtsinduzierten sekundären volatilen Pflanzeninhaltsstoffen beeinflusst wird, so wie dies in Olfaktometer- beziehungsweise Windkanalstudien gezeigt wurde. Dabei sollen zunächst Arten mit unterschiedlich großem Wirtspflanzenkreis bei einheitlicher Habitatstruktur (= Simulation von Pflanzenbeständen im Gewächshaus) verglichen werden. In einer zweiten Versuchsserie soll dann der Einfluss von gemischter Pflanzenstruktur (Wirtspflanzen, Nicht-Wirtspflanzen) auf das Suchverhalten und die damit verbundene Ressourcennutzung von je einem polyphagen und einem oligophagen Blattlausparasitoiden analysiert werden. Alle Versuchsserien werden mit unterschiedlichen Wirtsdichten sowie - zur Analyse des Einflusses der Wirtspflanze - ohne Wirte durchgeführt. In einem dritten Schritt soll geprüft werden, inwiefern eine artspezifische Suchstrategie die Mortalitätsrisiken bei der Wirtssuche beeinflusst. Dazu werden netzbauende Spinnen in unterschiedlicher Dichte in Pflanzenbeständen angesiedelt. Für die Versuche wurden drei Arten ausgewählt, für die im ersten Teil der Untersuchung die Suchstrategie auf höherer räumlicher Ebene analysiert werden soll und für die eine unterschiedliche Strategie vermutet wird.
Klimawandel kann die menschliche Gesundheit auf verschiedenen Wegen beeinflussen: Typische Wirkungspfade in Sub-Sahara Afrika sind verringerte Erträge in der Landwirtschaft, Hitzestress und Änderungen in der Malariaprävalenz. Diese biophysikalischen und Gesundheitseffekte haben wiederum Auswirkungen auf ökonomische Systeme, z. B. über Nahrungsmittelmärkte oder Änderungen des Umfangs der Erwerbsbevölkerung oder der Arbeitsproduktivität sowie der Bevölkerungsgröße und -zusammensetzung. Das übergeordnete Ziel dieses Projekts ist die Analyse verschiedener, simultan auftretender Auswirkungen des Klimawandels auf die Gesundheit und damit die Volkswirtschaft sowie entsprechende Anpassungsstrategien im Rahmen eines dynamischen allgemeinen Gleichgewichtsmodells mit einer hohen räumlichen Auflösung sowie differenzierter Darstellung von Haushalten und Produktionsfaktoren. Dieses Ziel basiert auf zwei Beobachtungen bzgl. des Standes der Forschung sowie der Ergebnisse aus der ersten Phase der Forschergruppe: i) Die Zeitdimension ist relevant, weil Anpassungsstrategien häufig frühe Investitionen erfordern, die erst später zu Wohlfahrtsgewinnen führen. ii) Die Auswirkungen von Hitzestress und Malaria sowie die Änderungen der Produktivität von Nutzpflanzen sind sowohl in Bezug auf die Region wie auch auf Haushaltsgruppen differenziert und haben starke Implikationen für die Verteilung der Wohlfahrtswirkungen und damit politische Umsetzbarkeit von Anpassungsstrategien. Eine dynamische Modellspezifikation, die Entwicklungen über die Zeit explizit abbildet, ermöglicht relevante Analysen. So können kurzfristig hohe Investitionen in Anpassungsmaßnahmen langfristig starke Wohlfahrtsvorteile erbringen. Um Ihre Umsetzung zu ermöglichen, müssen allerdings Maßnahmenmixe umgesetzt werden, die auch hinreichend kurzfristige Vorteile beinhalten. Außerdem kann in einem dynamischen Modellrahmen die Veränderung der demographischen Struktur der Bevölkerung abgebildet werden, die sich durch klimainduzierte Veränderungen der Mortalität ergibt. Aus dem übergeordneten Ziel werden zwei Teilziele abgeleitet: 1) Eine Weiterentwicklung des komparativ-statischen Einzelland-CGE-Rahmens zu einem dynamischen Modellansatz, 2) eine verbesserte Analyse der Effektivität und Effizienz ausgewählter Anpassungsstrategien. Das Arbeitsprogramm umfasst vier Projektphasen: 1) Entwicklung eines dynamischen Modellrahmens, 2) Analyse verschiedener Anpassungsstrategien in der komparativ-statischen Modellspezifikation, 3) Analyse verschiedener Anpassungsstrategien in der dynamischen Modellspezifikation, 4) Analyse integrierter Szenarien, die die verschiedenen Wirkungspfade und ausgewählte Anpassungsstrategien simultan umfassen.
Various species of pest insects cause substantial damage to agriculture every year, or transmit deadly diseases to animals and humans. A successful strategy to control pest insect populations is based on the Sterile Insect Technique (SIT), which uses the release of mass-reared, radiation sterilized male insects to cause infertile matings and thus reduce the pest population level. However, irradiation is not applicable to every insect species. Thus, new strategies based on genetic modifications of pest insects have been developed or are currently under investigation.The goal of the proposed research is to improve the development and ecological safety of genetically engineered (GE) insects created for enhanced biological control programs, including the SIT and new strategies based on conditional lethality. A major concern for GE insect release programs is transgene stability, and maintenance of their consistent expression. Transgene loss or intra-genomic movement could result in loss of strain attributes, and may ultimately lead to interspecies movement resulting in ecological risks. To address potential transgene instability, a new transposon vector that allows post-integration immobilization will be tested in the Mediterranean, Mexican and Oriental fruit fly tephritid pest species. In addition, the system will be established in the mosquito species Aedes and Anopheles - carriers of dengue and malaria.Random genomic insertion is also problematic for GE strain development due to genomic position effects that suppress transgene expression, and insertional mutations that negatively affect host fitness and viability. Diminished transgene expression could result in the unintended survival of conditional lethal individuals, or the inability to identify them. To target transgene vectors to defined genomic insertion sites having minimal negative effects on gene expression and host fitness, a recombinase-mediated cassette exchange (RMCE) strategy will be developed that. RMCE will also allow for stabilization of the target site, will be tested in tephritid and mosquito species, and will aid to the development of stabilized target-site strains for conditional lethal biocontrol. This will include a molecular and organismal evaluation of an RNAi-based lethality approach. Lethality based on an RNAi mechanism in the proposed insects would increase the species specificity and having multiple targets for lethality versus one target in existing systems. By seeking to improve transgene expressivity and stabilization of transposon-based vector systems, this proposal specifically addresses issues related to new GE insects by reducing their unintended spread after field release, and by limiting the possibilities for transgene introgression.