Wie, warum und wo überleben Baumarten zunehmenden Stress? Das Projekt wird in in Zusammenarbeit mit einem Konsortium europäischer Institutionen durchgeführt.
Die Diversität, Abundanz und Populationsdynamik von Bienen, Wespen und ihren Gegenspielern sollen auf 45 Streuobstwiesen unterschiedlicher Größe, Bewirtschaftung und Landschaftseinbindung über einen Zeitraum von 3 Jahren untersucht werden. Die Aufstellung von insgesamt 540 Nisthilfen für Bienen und Wespen und die jährliche Auswertung der angelegten Nester erlauben Aussagen zur Artenvielfalt und Häufigkeit sowie zur Populationsentwicklung der einzelnen Arten, zu stadienspezifischen Mortalitätsraten, zu Parasitierungsraten und zum Artenspektrum von Gegenspielern sowie dem resultierenden Reproduktionserfolg. Die Landschaftsstruktur wird in acht Radien von 250m bis 3000m um die Streuobstwiesen mit einem Geographischen Informationssystem (GIS) erfasst. Die Bedeutung der Habitatgröße und der Landschaftsstruktur auf unterschiedlichen räumlichen Skalen für die Populationsdynamik kann so getestet werden. Zur Bewertung der Habitatqualität wird der Baumbestand, der Totholzanteil, die Vegetationsstruktur und das Blütenangebot erfasst, um Aussagen zur relativen Bedeutung von Ressourcenverfügbarkeit (Nistmöglichkeiten und Pollenquellen) und Regulation durch Gegenspieler für die Populationsentwicklung auf den Streuobstwiesen zu erhalten. Die Analyse von Pollenproben ermöglicht Aussagen zur Ressourcennutzung und zur relativen Bedeutung der Streuobstwiesen und der umgebenden Landschaft als Nahrungsquelle. Detaillierte Auswertungen und Experimente mit Osmia rufa beinhalten die Entfernung der Gegenspieler an 15 Standorten, die Bestimmung von Kokongewichten und Geschlechterverhältnissen und die individuelle Markierung und Beobachtung schlüpfender Weibchen zur Ermittlung von Sammelzeiten und Ansiedlungsraten.
Bis heute ist die Wirkung von Waldstrukturen auf eine breite Biodiversität im Wald kaum verstanden. Seit MacArthur & MacArthur in den 1960er Jahren gezeigt haben, dass die Vogel-Diversität mit steigender vertikaler Heterogenität des Waldes ansteigt, wurden kaum konzeptionelle Fortschritte gemacht. Bis heute ist für viele Taxa noch nicht einmal geklärt, ob eher die Struktur eines Waldes oder die Artenzusammensetzung der Vegetation entscheidender ist. Da aber Waldmanagement fundamental die Struktur von Wäldern verändert, ist das Wissen um die Rolle der Waldstruktur als Treiber der Artenvielfalt essentiell, insbesondere wenn bei der Forstnutzung Biodiversität gefördert werden soll. Fortschritte in der Fernerkundung und die Entwicklung von Eigenschaftsdatenbanken und Stammbäumen auch für artenreiche Gruppen wie Insekten und Pilze in den letzten Jahren, eröffnen heute, bei geeignetem Design, neue Möglichkeiten. Die Biodiversitäts-Exploratorien stellen hier eine ideale und global einmalige Forschungsplattform dar, um die Rolle von Waldstruktur, geformt von der Landnutzung in temperaten Wäldern, zu erforschen. Unser Konsortium beabsichtigt die wichtigsten Treiber für Biodiversität in temperaten Wäldern zu identifizieren, die Mechanismen hinter der Veränderung in der Artenzusammensetzung zu verstehen, und ein generelles Framework für die Beziehung der 3-D Struktur und der Biodiversität zu erstellen. Unsere Ziele sind, i) existierende Daten zu 8 taxonomischen Gruppen in den Exploratorien zusammenzustellen; ii) funktionale und phylogenetische Distanzen für diese Taxa zu entwickeln bzw. bestehende zu erweitern; iii) eine Reihe von Waldstrukturen entlang der wichtigsten Achsen der Waldstruktur-Heterogenität auf Basis von LiDAR Daten zu berechnen; iv) mit Hilfe von RADAR Daten wichtige Heterogenitäts-Metriken auf die Regionale Landschaftsebene zu skalieren; v) den Einflusses von lokalen und regionalen Landschaftsstrukturen auf die Artenvielfalt zu ermitteln; und vi) diese Untersuchungen auf zwei weitere Waldgebiete mit einmaligen Landnutzungsgradienten in collinen Buchenwäldern und montanen bis hochmontanen Bergwäldern in Mitteleuropa auszudehnen.
Das Ziel des Projektes ist die Quantifizierung der Auswirkung von Landnutzungsänderungen in tropischen Gebieten auf biogeochemische Kreisläufe durch die Integration von Daten zahlreicher Gruppen des Sonderforschungsbereichs in einen biogeochemischen Modellierungsansatz. Dafür wollen wir das prozess-orientierte Landoberflächenmodel CLM für die dominierenden Landnutzungsarten in der Provinz Jambi auf Sumatra (Indonesien) anpassen und neue Beschreibungen der entsprechenden Funktionellen Vegetationseinheiten entwickeln. Nach der Modelvalidierung anhand von Messdaten, wollen wir die Auswirkungen von historischen, gegenwärtigen und zukünftigen Landnutzungsänderungen auf biogeochemische Kreisläufe auf Landschaftsebene untersuchen. Für die zukünftigen Auswirkungen werden Szenarien, die in dem Fokus entwickelt werden, verwendet.
Das Projekt 'Wilde Mulde - Revitalisierung einer Wildflusslandschaft in Mitteldeutschland (WilMu)' verfolgt das Ziel, durch das Einbringen von Raubäumen und die Wiederherstellung natürlicher Flussufer durch die Rücknahme von Verbauungen die Struktur- und Habitatvielfalt des Gewässers zu verbessern sowie hydromorphologische Prozesse zu reaktivieren. Die Arbeitsgruppe 'SpezieIle Botanik und Funktionelle Biodiversität' der Universität Leipzig ist an der wissenschaftlichen Begleitforschung des Projekts beteiligt, mit dem Ziel, die Auswirkungen der an der Mulde geplanten Revitalisierungsmaßnahmen auf die krautige Vegetation zu quantifizieren. Dazu werden zum einen die taxonomische und funktionelle Zusammensetzung sowie die strukturelle Diversität der Vegetation im semiterrestrischen und terrestrischen Bereich erfasst sowie die Habitatansprüche der Arten zum Zeitpunkt vor den Maßnahmen und ihre Reaktion auf die Revitalisierungsmaßnahmen modelliert (AP 'Biodiversität'). Zum anderen wird die Rolle der Vegetation für die Sediment- und Stoffretention quantifiziert (AP 'Stoffhaushalt'). Dabei werden observationale Freilanduntersuchungen durch experimentelle Untersuchungen zum Einfluss funktioneller Merkmale der Vegetation auf die Stoffretention begleitet und ergänzt. Die Maßnahmenevaluierung (AP 'Evaluierung und Synthese') erfolgt in einer organismen- und funktionsübergreifenden Datenauswertung indem in einer Multifunktionsanalyse die Effekte der Revitalisierungsmaßnahmen auf alle untersuchten Ökosystemdienstleistungen bewertet werden. Dadurch soll ein fundiertes Prozessverständnis des funktionalen Zusammenhangs zwischen Hydromorphologie, Biodiversität und Ökosystemprozessen/-dienstleistungen ermöglicht werden sowie deren Beeinflussung durch die Revitalisierungsmaßnahmen.
Niederschlagsinterzeption hat wesentlichen Einfluss auf die Wasserverfügbarkeit in Ökosystemen. Speziell in Wäldern verdunstet dabei bis zu 50 % des Niederschlags und ist nicht für Pflanzen verfügbar. Der Prozess ist hochvariabel und wird noch nicht zufriedenstellend in Modellen abgebildet. Statistische Verfahren bei der Bestimmung der Modellparameter und konzeptionelle Ansätze erzeugen eine große Unsicherheit in der Quantifizierung der Interzeption. Insbesondere die statistische Parametrisierung und die fehlende Kopplung an die Struktur und die Eigenschaften der Pflanzenbestände lassen eine Übertragung von experimentellen Befunden kaum zu. Zur Bilanzierung des Wasserhaushaltes unter sich zukünftig ändernden Niederschlagsmustern und Landnutzungen ist dies aber zwingend erforderlich. Ziel des beantragten Projektes ist eine deutliche Verminderung der Unsicherheiten durch die Untersuchung und Parametrisierung der kleinräumlichen Variabilität des Prozesses. Es ist bekannt, dass Niederschläge mit schwacher Intensität von äußeren Vegetationsschichten interzipiert werden, die sich durch eine starke atmosphärische Kopplung und effektive Verdunstung auszeichnen. Niederschläge mit starker Intensität erschöpfen dagegen die Speicherkapazität der Vegetation und befeuchten auch Schichten, die nur sehr langsam abtrocknen. Dieses nichtlineare Verhalten ist bis heute aufgrund unzureichender Beschreibung der Vegetationsstruktur nicht ausreichend in Interzeptionsmodellen berücksichtigt. Im Projekt sollen auf der Basis detaillierter Messungen (mikrometeorologisch, hydrologisch und mittels Laserscannings) die Speicher- und Verdunstungsmechanismen im Bestand untersucht werden. Neue Ansätze sollen diese Mechanismen in Abhängigkeit von der Vegetationsstruktur parametrisieren. Die Bestimmung der Interzeption beruht bisher auf Messungen von räumlich verteilten Niederschlagssammlern oder -trögen im Bestand und auf Modellierungen, welche die dreidimensionale Heterogenität der Vegetation nur unzureichend berücksichtigen. Die dadurch entstehenden Fehler in der Parameterbestimmung sind noch nicht untersucht und quantifiziert. Die geplante raumzeitlich hoch aufgelöste Modellierung erlaubt sowohl die Zuordnung von Simulationsergebnissen zu Messungen einzelner Sammler im Bestand als auch den Vergleich mit mikrometeorologischen Messungen der Verdunstung aus dem Interzeptionsspeicher. Die notwendigen Voraussetzungen dafür sind durch Vegetationsaufnahmen mit terrestrischen Laserscannern gegeben. Im beantragten Projekt soll die Simulation des Interzeptionsprozesses mit einer räumzeitlichen Auflösung von 1 m3 und 1 min in einem Bereich von 600 m × 600 m um einen Fluxnet Messturm durchgeführt werden. Von diesem Standort steht ein einzigartiger Datensatz mit fast 20 Jahren kontinuierlicher mikrometeorologischer und hydrologischer Messungen zur Verfügung. Durch diese Kombination von Messdaten mit Modellen wird eine grundlegende Verbesserung im Verständnis des Interzeption erwartet.
Hartholz-Auwälder (HA) sind artenreiche und stark gefährdete Lebensräume, die bedeutsame Ökosystemdienstleistungen (ÖSD) übernehmen: Sie leisten u.a. einen Beitrag für die Hochwasserretention und fungieren als Kohlenstoff- (C-) Senken. Bislang fehlen Studien, in denen die Bedeutung unterschiedlich alter HA für diese ÖSD prozessbasiert quantifiziert wurde. Auch Zusammenhänge zwischen Biodiversität und Funktionalität von HA unterschiedlicher Standorte wurden bislang kaum untersucht. Im Bereich der Unteren Mittelelbe sollen für Vegetation und Boden Untersuchungen zur Biodiversität und zum C-Haushalt in unterschiedlich alten HA der rezenten Aue, der qualmwasserbeeinflussten Altaue sowie in der Aue der Nebenflüsse durchgeführt und der prägende Standortfaktor Wasserhaushalt analysiert werden. Zur Quantifizierung der Beeinflussung der Hochwasserretention durch unterschiedlich alte HA wird deren Vegetationsstruktur analysiert, um Rauigkeitswerte abzuleiten und für hydraulische Modellierungen aufzubereiten Schließlich erfolgt eine Hochskalierung sowie ökonomische Bewertung der ÖSD der HA. In der Umsetzung werden Verfahren zur Etablierung von lebensraumtypischen Arten der Krautschicht in bereits vorhandenen HA und Pflanz- und Entwicklungsverfahren für HA unter Berücksichtigung positiver biotischer Interaktionen zur Minderung von Mortalitätsfaktoren entwickelt und erprobt. Integraler Bestandteil des Projektes ist das Regionale Forum Auwälder Untere Mittelelbe (ReForM), in dem ein kontinuierlicher Wissenstransfer zwischen Wissenschaft und regionalen Akteuren zu den Themen Biodiversität und ÖSD von Auwäldern organisiert wird. Teilprojekt 3: Biodiversitätsanalyse, Ableitung von Indikatorarten und räumliche Hochskalierung der ÖSD.
In den letzten Jahrzehnten waren Ökosysteme weltweit einem dramatischen anthropogenen Wandel ausgesetzt. Davon sind auch naturnahe Ökosysteme der Gebirgsregionen betroffen. Langzeitmonitoring ist eine effektive Methode um die Auswirkungen dieses Wandels auf Biodiversitätsmuster zu identifizieren und zu quantifizieren. Das GLORIA-Netzwerk liefert durch sein standardisiertes weltweites Monitoring auf Berggipfeln (Global Observation Research Initiative in Alpine Environments, www.gloria.ac.at) einen einzigartigen Datensatz, der Auskunft über Veränderungen in Vorkommen und Häufigkeit von alpinen Pflanzenarten gibt. Monitoringdaten von europäischen Berggipfeln zeigten, dass Änderungen von Biodiversitätsmustern in engem Zusammenhang mit steigenden Temperaturen stehen. Die Auswirkungen des Klimawandels auf lokale Verbreitungsmuster von Pflanzenarten unterscheiden sich jedoch signifikant zwischen temperaten und mediterranen Biomen. Steigende Artenzahlen in den Alpen kontrastieren mit rückläufigen Artenzahlen auf Gipfeln Südeuropas. Langzeitmonitoring fokussierte bisher auf die wichtigsten Einflussfaktoren dieses Wandels: Änderungen der Temperatur und Schneedeckendauer. Eine genauere Untersuchung von anderen Faktoren aus unterschiedlichen Komponenten des Systems Erde , wie Wasserhaushalt, Geomorphologie, Landnutzungsänderungen und Umweltverschmutzung und deren Interaktionen sind entscheidend, fehlen aber bisher: (1) Wasserpotential / Niederschlag und Sonneneinstrahlung stellen klimatische Schlüsselfaktoren für Pflanzenwachstum dar. (2) Geomorphologie ist eine wichtige Determinante für Vegetationsmuster. (3) Stickstoffdeposition, die vor allem durch Verbrennungsprozesse verursacht wird, kann zu Überdüngung von alpinen Böden führen und trägt zu erhöhtem Pflanzenwachstum bei, was Temperatureffekte auf alpine Pflanzen maskieren kann. (4) Landnutzungsänderungen in der alpinen Zone können zu einem Anstieg von Landschaftsfragmentierung und Weidedruck führen, ein anthropogener Faktorenkomplex, der einen markanten Einfluß auf die Zusammensetzung von Pflanzenarten haben kann. Um den relativen Effekt dieser Faktoren auf die beobachteten Veränderungen in der Biosphäre und deren Abhängigkeiten in Europa zu untersuchen, ist ein integrativer Ansatz, der verschiedene Disziplinen der Klimawandelforschung und Wissen von lokalen Experten zusammenführt, essentiell. Ziel dieses Projektes ist die Identifizierung von Biota und Lebensräumen mit besonders hohem Risiko für Biodiversitätsverluste sowie potentielle Refugien, in denen Pflanzen unter dem Einfluss des Klimawandels überleben können. Analysen werden auf zwei räumlichen Skalen durchgeführt: Auf lokaler Ebene werden auf Berggipfeln die Faktoren Temperatur, Wasserpotential und Stickstoffdeposition gemessen sowie Veränderungen der Vegetation und des Weidedrucks aufgenommen. Auf regionaler Skala werden Sonneneinstrahlung, Topographie, Stickstoffdeposition und Klimaparameter sowie daraus errechnete Prognosen für verschiedene
Die anthropogen verursachten Vegetationsbrände in Mt. Kenya haben einen großen Verlust an Waldressourcen, Wildtieren und Leben verursacht. Die für die Bewirtschaftung der Wälder am Mt. Kenya zuständige Central Highlands Conservancy haben nur unzureichende technische Voraussetzungen im Feuermanagement um die Ausbreitung von großen Bränden zu verhindern. Das Projekt FIREMAPS unterstützt die Verantwortlichen in den Gemeinden und in der lokalen Regierung in der Vorsorge und Bekämpfung von Bränden durch die Erarbeitung von Waldbrandgefährdungskarten. FIREMAPS verfolgt die Ziele (i) Partizipative Einbindung unterschiedlicher Stakeholder bei der Identifizierung von Waldbrand gefährdeten Gebieten und den Ursachen von Waldbränden, (ii) Analyse der Zusammenhänge zwischen sozio-ökonomischen Rahmenbedingungen, Wetterdaten, Vegetationszusammensetzung und Bränden. Aufgrund der interdisziplinären Herausforderung bei Waldbränden werden in FIREMAPS das wissenschaftliche Know-How und die lokalen Erfahrungen der Gemeinden am Mt. Kenya von unterschiedlichen Wissenschaftlern und der Praxis zusammengeführt. Durch die Zusammenarbeit der Universitäten (BOKU und Egerton) mit dem Kenya Forest Research Institute (KEFRI) und den lokalen Gemeinden wird es möglich, die Ergebnisse der Forschungsarbeiten praxisrelevant zu gestalten und den Wissenstransfer zu unterstützen. Die freiwilligen Feuerwehren und Gemeindeleiter werden die Empfehlungen für die Beobachtung und die Bekämpfung von Waldbränden auf Basis der erstellten Waldbrandgefährdungskarten umsetzen.
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