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Dynamik und Anpassung der Naturwälder an den Klimawandel

Das Projekt ermittelt Ausmaß, Stärke und ökologische Wirkungen der dürre- und hitzebedingten Waldschäden in Wäldern ohne forstliche Bewirtschaftung und vergleicht sie mit benachbarten Wirtschaftswäldern. Es wird geprüft, ob und unter welchen Voraussetzungen sich Wälder selbstgesteuert an den Klimawandel anpassen und leitet daraus Empfehlungen für die Einbindung natürlicher Prozesse in Anpassungsstrategien für Wirtschaftswälder ab. Wälder mit natürlicher Waldentwicklung bilden ein wichtiges Referenzsystem für den Waldnaturschutz und den naturnahen Waldbau. Diese unbewirtschafteten Naturwälder bestehen zum Teil schon seit Jahrzehnten in Form von z.B.Naturwaldreservaten und Kernzonen von Nationalparks. Die Entwicklung der Waldschäden der Trockenjahre 2018 und 2019 und die damit verbundene Veränderung von Störungsregimen und Lückendynamik zeigt, dass ihnen darüber hinaus in der Erkennung der Klimafolgen und der Anpassung der Wälder an den Klimawandel eine Schlüsselrolle zukommt. DANK lotet dieses Potenzial einschließlich der Transfermöglichkeiten in Wirtschaftswälder aus und erarbeitet daraus Empfehlungen für das Risikomanagement und Klimaanpassungsstrategien. Um dieses Ziel zu erreichen, werden entlang eines für Süd- und Mitteldeutschland repräsentativen Klimagradienten in zwei Nationalparks (Hainich und Berchtesgaden), 14 Naturwaldreservaten (NWR) und angrenzenden Wirtschaftswäldern die lang- und kurzfristigen Wirkungen des Klimawandels untersucht hinsichtlich: 1. Mortalität der Bäume, Lückendynamik und Waldstruktur, 2. Reaktionen in Radialwachstum und Wassernutzungseffizienz der Bäume, 3. Dynamik der Bodenvegetation einschließlich der Verjüngung, 4. Veränderungen in der Vogel- und Insektenfauna sowie der Funga. Aus der kombinierten Betrachtung lang- und kurzfristiger Ökosystemreaktionen werden praktische Handlungsempfehlungen für die Bewältigung von Schadereignissen sowie wissenschaftliche Grundlagen für die Entwicklung von Klimaanpassungsstrategien erarbeitet.

Dynamik des Feinwurzelsystems von Buche und Fichte bei unterschiedlicher Ozonbelastung

Wachstum und Mortalität des Feinwurzelsystems hängen von vielen abiotischen Faktoren wie Nährstoff-, Wasser- und Sauerstoffversorgung ab. Neben diesen Faktoren kann die Ozonbelastung der oberirdischen Pflanzenteile zur Verringerung des Wurzelwachstums führen. Im Zusammenhang mit der zentralen Hypothese des SFB 607, dass 'Steigerung der Stresstoleranz zu Einschränkungen im Wachstum und Konkurrenzverhalten führt', sollen folgende Fragen beantwortet werden: 1. Wie eng ist der Zusammenhang zwischen Dynamik des Feinwurzelsystems und den abiotischen Faktoren im Wurzelraum? 2. Welchen Einfluss hat darüber hinaus doppelt ambiente Ozonkonzentration im Kronenraum auf die Dynamik des Feinwurzelsystems? 3. Wie verändert sich die Feinwurzeldynamik der Jungbäume unter interspezifischer Konkurrenz und bei zusätzlichem Phytophthora-Befall? Die Dynamik des Feinwurzelsystems wird mit Hilfe von Minirhizotronen mit gekoppelter TDR-, Sauerstoff- und Temperatursensoren und Minisaugkerzen erfasst. Die Auswertung der Feinwurzelaufnahmen erfolgt lagegenau anhand der entzerrten digitalen Bilder mit einem geographischen Informationssystem. Die so analysierten Daten gewinnen aufgrund ihres Raumbezuges eine höhere Aussagekraft gegenüber bisherigen Rhizotronuntersuchungen. Neben der Beantwortung der obigen Fragen liefert das Vorhaben auch eine wichtige Datengrundlage für mehrere Teilprojekte des SFB 607 'Wachstum und Parasitenabwehr'.

Bewertung der physiologischen Plastizität und genetischen Variabilität der Kiefer (Pinus sylvestris L.) an ihrer westlichen Verbreitungsgrenze unter den Bedingungen des Klimawandels, Teilvorhaben 3: Bewertung der genetischen Variabilität der Kiefer auf der Grundlage von adaptiven Genmarkern

Schwerpunktprogramm (SPP) 1704: Flexibilität entscheidet: Zusammenspiel von funktioneller Diversität und ökologischen Dynamiken in aquatischen Lebensgemeinschaften; Flexibility Matters: Interplay Between Trait Diversity and Ecological Dynamics Using Aquatic Communities as Model Systems (DynaTrait), Teilprojekt: Indirekte Reaktionen auf externe Störungen in Räuber-Beute Systemen

Das Zusammenspiel von ökologischen und evolutionären Dynamiken ist entscheidend für die meisten ökologischen und evolutionären Prozesse, da es die Koexistenz von Arten und deren Biomassen sowie deren lokale Anpassungen und innerartliche Variation und Polymorphismen bestimmen kann. Über die Bedeutung dieser öko-evolutionären Rückkopplungen zwischen den Dynamiken von Populationen und deren Merkmalen für die Pufferung von externen Störungen ist allerdings wenig bekannt. Wir planen die Entwicklung einer allgemeinen Theorie. Sie soll die Möglichkeit der Pufferung von externen Störungen durch das Zusammenspiel von ökologischen und Merkmalsdynamiken darstellen. Diese sollen dann experimentell überprüft werden. Wir werden die Effekte externer Störungen auf einen Räuber eines Räuber-Beute-Systems mit und ohne öko-evolutionären Rückkopplungen untersuchen. Insbesondere wollen wir die Vorhersage testen, dass erhöhte Mortalität und niedrigere Wachstumsraten des Räubers als Folge einer Umweltänderung indirekt durch Anpassungen in der Beutepopulation abgepuffert werden können. Dies führt dann indirekt zur Rettung und Förderung des Räubers. Wir werden den Umfang und die Geschwindigkeit von indirekter Rettung und Förderung als Funktion eines Trade-offs zwischen Fraßschutz und Konkurrenzfähigkeit untersuchen. Insgesamt wird dieses Projekt zu unserem Verständnis der Bedeutung des Zusammenspiels von Merkmalen und Populationsdynamiken in sich ändernden Umwelten beitragen und damit helfen, mögliche Reaktionen von Artengemeinschaften auf diese Änderungen vorherzusagen.

Sonderforschungsbereich (SFB) 1357: MIKROPLASTIK - Gesetzmäßigkeiten der Bildung, des Transports, des physikalisch-chemischen Verhaltens sowie der biologischen Effekte: Von Modell- zu komplexen Systemen als Grundlage neuer Lösungsansätze; MICROPLASTICS - Understanding the mechanisms and processes of biological effects, transport and formation: From model to complex systems as a basis for new solut, Teilprojekt A 02: Auswirkungen von Mikroplastik-Partikel auf bodenlebende terrestrische Modellmakrofauna und deren assoziierte Mikrobiota

Im Projekt A02 sollen die Auswirkungen der Ingestion von Mikroplastik (MP) -Partikeln an zwei terrestrischen Modellorganismen, dem im Boden lebenden und Substrat-fressenden Kompostwurm Eisenia fetida sowie der Boden-nistenden omnivoren Ameisenart Camponotus floridanus, untersucht werden. Ziel ist es eine systematische Untersuchung der Effekte von MP der am weitesten verbreiteten und damit umweltrelevanten Kunststoffsorten mit unterschiedlichen Morphologien, Größe und Konzentration der Partikel mit zwei terrestrischen Modellorganismen durchzuführen, um die Wirkmechanismen besser verstehen zu können. Sowohl für E. fetida als auch C. floridanus soll untersucht werden, inwieweit sich diese Modell-MP-Partikel mit ihren unterschiedlichen physikalisch-chemischen Eigenschaften auf die Fitness der Modellorganismen auswirken, und zwar sowohl auf phänotypischer Ebene (Mortalitätsrate, Anzahl Nachkommen) als auch auf Transkriptom-, und Proteomebene untersucht werden, um sublethale Stress- oder Immunreaktionen charakterisieren zu können. Zudem sollen mögliche Effekte von MP auf die Aktivität und Diversität des Darmmikrobioms und der Bereitstellung mikrobiell produzierter Gärungsprodukte und anderer Metabolite für den Wirt untersucht werden, denn solche Veränderungen könnten den Wirt indirekt beeinflussen. Wir erwarten, dass die Wirkmechanismen und biologischen Effekte von den chemisch-physikalischen Eigenschaften sowie der Morphologie der MP-Partikel abhängen.

Sonderforschungsbereich (SFB) 1357: MIKROPLASTIK - Gesetzmäßigkeiten der Bildung, des Transports, des physikalisch-chemischen Verhaltens sowie der biologischen Effekte: Von Modell- zu komplexen Systemen als Grundlage neuer Lösungsansätze; MICROPLASTICS - Understanding the mechanisms and processes of biological effects, transport and formation: From model to complex systems as a basis for new solut, Teilprojekt A 01: Effekte von Mikropartikeln auf aquatische Modellmakrofauna in Abhängigkeit von Partikeleigenschaften: Vergleich von Mikroplastik zu natürlichen Partikeln

In Teilprojekt A01 werden an den limnischen Organismen Wasserfloh (Daphnia) und der Zebramuschel (Dreissena polymorpha) Effekte von Mikroplastik (MP) mit unterschiedlichen physikalischen und chemischen Materialeigenschaften im Vergleich zu natürlich vorkommendem partikulärem Material untersucht. Die Organismen wurden gewählt, da Wasserflöhe und Muscheln eine wichtige Rolle im aquatischen Nahrungsnetz spielen und beide als Filtrierer einer steten partikulären Fracht ausgesetzt sind, und somit ein erhöhtes Risiko haben im Wasser befindliches MP unselektiv zu ingestieren. Bei Daphnia werden klassische Lebenszyklusmerkmale, wie Mortalitätsrate, Wachstum und Anzahl der Nachkommen, sowie bei D. polymorpha das Verhalten und Stressmarker gemessen. Um die biologischen und biochemischen Mechanismen der MP-Effekte auf diese Organismen zu verstehen, werden die Transkriptome und Darmmikrobiome MP-exponierter Tiere analysiert und mit entsprechenden Kontrollen verglichen. Da Proteine eine zentrale Rolle in essentiellen Stoffwechselwegen und Signalkaskaden spielen, werden im Modellorganismus Daphnia zusätzlich MP-Effekte in einem holistischen und einem gewebespezifischen Ansatz auf der Ebene des Proteoms detailliert untersucht. Die erhaltenen Daten werden erheblich zur Aufklärung der Mechanismen negativer MP-Effekte auf diese Organismen beitragen.

Verdrängen Flaumeichen die Waldföhren im Wallis?

Im Wallis weisen die Waldföhren seit Jahrzehnten eine erhöhte Sterberate auf. Dafür wächst vermehrt die Flaumeiche. Die Ursachen des Waldföhrensterbens und Baumartenwechsels im Wallis sind komplex. Im Rahmen des WSL-Forschungsprogrammes Walddynamik haben wir diese Ursachen analysiert und weitgehend entschlüsselt. Der für das Walliser Rhonetal und seine Seitentäler charakteristische Waldföhrengürtel erstreckt sich vom Talboden auf etwa 450 m bis gegen 1500 m ü.M., in einzelnen Gebieten bis an die Waldgrenze. Das Areal der Föhrenwälder umfasst etwa 12000 ha, was 11 Prozent der Waldfläche ausmacht. Sie schützen vor Lawinen, Steinschlag und Erosion, sind Erholungsraum für die Bevölkerung, stellen ein wichtiges Landschaftselement dar und sind Lebensraum für einzigartige Pflanzen und Tiere. Schon seit Beginn des 20. Jahrhunderts wiesen die Föhrenbestände im Wallis wiederholt hohe Absterberaten auf. In den 1970er und 1980er Jahren wurden auffällige Nadelnekrosen an Waldföhren (Pinus sylvestris) mit Fluor-Immissionen aus nahe gelegenen Aluminiumwerken in Zusammenhang gebracht. Durch den Einbau von leistungsfähigen Filteranlagen in den Aluminiumwerken anfangs der 1980er Jahre wurde der Schadstoffausstoss drastisch reduziert, worauf die Schadmerkmale verschwanden. Obwohl der ursächliche Zusammenhang mit den Fluorimmissionen offensichtlich war, wurde schon damals auf weitere Stressfaktoren wie z. B. die Trockenheit hingewiesen. Zu Beginn der 1990er Jahre nahmen die Absterberaten erneut drastisch zu. Auf Anfrage der lokalen Forstdienste begutachtete der Phytosanitäre Beobachtungs- und Meldedienst (PBMD) wiederholt betroffene Waldgebiete und wies stets auf die starke Belastung durch verschiedene Schadinsekten und Krankheiten hin. Mancherorts traten andere Baumarten wie die Flaumeiche (Quercus pubescens) oder die Mehlbeere (Sorbus aria) an die Stelle der absterbenden Waldföhren. An anderen Orten waren aber keine Ersatzbaumarten zur Stelle um die Waldfunktionen zu übernehmen. Diese gebietsweise recht dramatische Entwicklung veranlasste die Eidgenössische Forschungsanstalt WSL, gemeinsam mit der Dienststelle für Wald und Landschaft des Kantons Wallis ein umfassendes, interdisziplinäres Forschungsprojekt zu starten. Man wollte verstehen, weshalb die Föhren grossflächig absterben. Ziel war es auch, Handlungsoptionen bzw. geeignete Bewirtschaftungsmassnahmen zu formulieren. Das Föhrensterben kann nicht durch einzelne Faktoren erklärt werden. Vielmehr ist das Zusammenspiel verschiedener Einflüsse entscheidend. In einer Synthese fassen wir die gewonnen Erkenntnisse zusammen und machen Vorschläge zur Waldbewirtschaftung.

Dynamik und Anpassung der Naturwälder an den Klimawandel, Teilvorhaben 1: Reaktionen von Bodenvegetation und Verjüngung in Natur- und Wirtschaftswäldern

Das Projekt ermittelt Ausmaß, Stärke und ökologische Wirkungen der dürre- und hitzebedingten Waldschäden in Wäldern ohne forstliche Bewirtschaftung und vergleicht sie mit benachbarten Wirtschaftswäldern. Es wird geprüft, ob und unter welchen Voraussetzungen sich Wälder selbstgesteuert an den Klimawandel anpassen und leitet daraus Empfehlungen für die Einbindung natürlicher Prozesse in Anpassungsstrategien für Wirtschaftswälder ab. Wälder mit natürlicher Waldentwicklung bilden ein wichtiges Referenzsystem für den Waldnaturschutz und den naturnahen Waldbau. Diese unbewirtschafteten Naturwälder bestehen zum Teil schon seit Jahrzehnten in Form von z.B.Naturwaldreservaten und Kernzonen von Nationalparks. Die Entwicklung der Waldschäden der Trockenjahre 2018 und 2019 und die damit verbundene Veränderung von Störungsregimen und Lückendynamik zeigt, dass ihnen darüber hinaus in der Erkennung der Klimafolgen und der Anpassung der Wälder an den Klimawandel eine Schlüsselrolle zukommt. DANK lotet dieses Potenzial einschließlich der Transfermöglichkeiten in Wirtschaftswälder aus und erarbeitet daraus Empfehlungen für das Risikomanagement und Klimaanpassungsstrategien. Um dieses Ziel zu erreichen, werden entlang eines für Süd- und Mitteldeutschland repräsentativen Klimagradienten in zwei Nationalparks (Hainich und Berchtesgaden), 14 Naturwaldreservaten (NWR) und angrenzenden Wirtschaftswäldern die lang- und kurzfristigen Wirkungen des Klimawandels untersucht hinsichtlich: 1. Mortalität der Bäume, Lückendynamik und Waldstruktur, 2. Reaktionen in Radialwachstum und Wassernutzungseffizienz der Bäume, 3. Dynamik der Bodenvegetation einschließlich der Verjüngung, 4. Veränderungen in der Vogel- und Insektenfauna sowie der Funga. Aus der kombinierten Betrachtung lang- und kurzfristiger Ökosystemreaktionen werden praktische Handlungsempfehlungen für die Bewältigung von Schadereignissen sowie wissenschaftliche Grundlagen für die Entwicklung von Klimaanpassungsstrategien erarbeitet.

Abklaerung von Todesfaellen bei Greifvoegeln

1.) Zielsetzung: a) Ermittlung der Todesursachen bei gehaeuften Todesfaellen von Greifvoegeln (primaer Maeusebussarde und Milane) im Fruehjahr in Ackerbaugebieten ('Fruehjahrsvergiftung'). b) Pruefung von moeglichen Wirkungsketten bei Stoffen, die fuer die Ackerbehandlung eingesetzt werden. 2.) Projektplan und Methoden: a) Erfassung der oertlichen Verteilung der Todesfaelle (durch gezielte Umfrage). b) Klassierung der Todesfaelle u.a. mittels toxikologischer und veterinaer-pathologischer Untersuchungen. c) Pruefung des Zusammenhangs Ackerbehandlung und fuer Greifvoegel erreichbares Regenwurmangebot. d) Rueckstandanalytische Untersuchung von Regenwuermern auf behandelten Aeckern. e) Eventuell experimentelle Untersuchung der Wirkung ausgewaehlter Pflanzenschutzmittel auf die Aktivitaet und Mortalitaet von Regenwuermern (Prof.C. Schlatter).

Experiment on the functional response of Hemigrapsus takanoi towards a native and non-native gammarid species

We conducted two experiments to assess the predation of female H. takanoi (a non-native species in the Baltic) on a native gammarid (Gammarus duebeni) and a non-native analogous gammarid (Gammarus tigrinus). In the first experiment, we examined the functional response of female H. takanoi to G. duebeni and G. tigrinus. The experiments were conducted at the GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel. Crabs were sampled in the innermost part of the Kiel Fjord, Germany (59°19'44N, 10°08'55.5E) during the summer of 2021. The experimental design utilized a fully factorial approach. One temperature (16°C) and one salinity (10) across five prey densities (1, 2, 4, 8, 16) were used. Each combination was replicated three times, alongside three replicates of predator-free controls at each prey density to quantify background prey mortality. The crabs were starved for 48 hours ahead of the experiment and were exposed to the respective number of gammarids for a 6-hour feeding period. The number of gammarids consumed was recorded.

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