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Northern Eurasia Earth Science Partnership Initiative (NEESPI)

The Northern Eurasia Earth Science Partnership Initiative, or NEESPI, is a currently active, yet strategically evolving program of internationally-supported Earth systems science research, which has as its foci issues in northern Eurasia that are relevant to regional and Global scientific and decision-making communities (see NEESPI Mission Statement). This part of the globe is undergoing significant changes - particularly those changes associated with a rapidly warming climate in this region and with important changes in governmental structures since the early 1990s and their associated influences on land use and the environment across this broad expanse. How this carbon-rich, cold region component of the Earth system functions as a regional entity and interacts with and feeds back to the greater Global system is to a large extent unknown. Thus, the capability to predict future changes that may be expected to occur within this region and the consequences of those changes with any acceptable accuracy is currently uncertain. One of the reasons for this lack of regional Earth system understanding is the relative paucity of well-coordinated, multidisciplinary and integrating studies of the critical physical and biological systems. By establishing a large-scale, multidisciplinary program of funded research, NEESPI is aimed at developing an enhanced understanding of the interactions between the ecosystem, atmosphere, and human dynamics in northern Eurasia. Specifically, the NEESPI strives to understand how the land ecosystems and continental water dynamics in northern Eurasia interact with and alter the climatic system, biosphere, atmosphere, and hydrosphere of the Earth. The contemporaneous changes in climate and land use are impacting the biological, chemical, and physical functions of the northern Eurasia, but little data and fewer models are available that can be used to understand the current status of this expansive regional system, much less the influence of the northern Eurasia region on the Global climate. NEESPI seeks to secure the necessary financial and related institutional support from an international cadre of sponsors for developing a viable understanding of the functioning of northern Eurasia and the impacts of extant changes on the regional and Earth systems. Many types of ground and integrative (e.g., satellite; GIS) data will be needed and many models must be applied, adapted or developed for properly understanding the functioning of this cold and diverse regional system. Mechanisms for obtaining the requisite data sets and models and sharing them among the participating scientists are essential and require international and active governmental participation. (abridged text)

Umgestaltung eines Wassereinzugsgebietes im Nationalpark Eifel von einem Fichtenwaldreinbestand zu einem standortgerechten Laubmischwald: Dynamik des Kohlenstoff- und Wasserhaushaltes; Heterogenität relevanter Standortfaktoren für die Waldentwicklung - Untersuchungen zum Wasser- und Stoffhaushalt kleiner bewaldeter Einzugsgebiete unter besonderer Berücksichtigung periglazialer Deckschichten (Natio

Hintergrund: Dieses Projekt begleitet die Umgestaltung eines Fichtenwald-Reinbestandes im Nationalpark Eifel vom derzeitigen Ist-Zustand über eine Baumentnahme hin zu einem standortgerechten Laubmischwald. Der Stoffhaushalt (Kohlenstoff, Lösungsfracht, Schwebfracht, Bachgeschiebe und Wasser) sowie die ihn beeinflussenden Faktoren (Klima, Boden, Vegetation, Landnutzung) werden genauer untersucht. Erstmalig werden für dieses Gebiet im Rahmen dieses Projektes CO2-Kreisläufe quantifiziert und Maßnahmen zur Kohlenstoffreduktion beschrieben (durch das Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre - Institut 4: Agrosphäre (ICG-4)). Zudem sollen zu erwartende Veränderungen auf Stoff- und Wasserkreisläufe erfasst werden. Bestehende Datenlücken für die Mittelgebirge werden damit geschlossen (durch den Lehrstuhl für Physische Geographie und Geoökologie (PGG)). Fragestellungen: Aufgabe des Projektes wird sein, präzise Informationen zum Stoff- (u.a. Kohlendioxid, Nitrat, Phosphat, Ammonium) und Wasserkreislauf zu erhalten sowie die Bedeutung standortrelevanter Parameter (Klima, Boden, Vegetation, Landnutzung) bei der Entstehung eines standorttypischen Laubmischwaldes zu erfassen. Während der Umwandlung eines Fichtenreinbestandes zu einem Laubwald - mit Vergleichsuntersuchungen im Freiland (Wiese) - sollen verschiedene Stadien der Umwandlung untersucht werden. Die Ergebnisse werden neue und vor allem quantifizierbare Erkenntnisse zum CO2-Haushalt sowie zum Wasser- und Stoffkreislauf im Ökosystem Wald liefern; Grundbausteine für eine nachhaltige Landnutzung und der Reduzierung atmosphärischen CO2. Von der Arbeitsgruppe PGG und dem ICG-4 bearbeitete Fragestellungen: - Wie wirken sich Landnutzungsänderungen auf Stoff- und Wasserhaushalt aus? - Welche Auswirkungen hat der Klimawandel auf Wasser, Boden und Vegetation? - Wie wirken sich Rückkopplungsprozesse auf terrestrische Systeme aus? - Wie wirken sich großräumige Eingriffe aus? Ziele: Ziele des Lehrstuhls für Physische Geographie und Geoökologie sind insbesondere, in Kooperation mit dem ICG-4 Veränderungen des Kohlenstoff- und Wasserhaushaltes sowie der Nährstoffkreisläufe in Erwartung des absehbaren Klimawandels und der Maßnahmen zur CO2-Reduktion zu erfassen. Gesicherte Erkenntnisse in Bezug auf den Wasserhaushalt und die ihn beeinflussenden Größen in Mittelgebirgsräumen liegen bisher kaum vor. Hier schließt das Projekt eine Datenlücke. Die Rolle der Vegetation sowie der Böden (insbesondere die bodenbildenden periglazialen Deckschichten) sind hier von Bedeutung, da Prozesse der Stoffakkumulation, -umwandlung und -transport von diesen Parametern stark abhängig sind. Deckschichten haben mit ihren Mächtigkeiten und Ausprägungen einen starken Einfluss auf Sickerwasser, Grundwasserneubildung, Retention und Oberflächenabfluss. Zudem ist für die Kooperation mit dem ICG-4 die Betrachtung des Bodenwasserhaushaltes unerlässlich, um den CO2-Vorrat im Boden zu analysieren. Die Retentionskapazitäten der Böden werden präzi

Modellierung der Ressourcennutzung in terrestrischen Habitaten. Rekonstruktion des Nahrungsspektrums neogener und pleistozäner Huftiergesellschaften

Die Kenntnis rezenter Lebensräume wird genutzt, um Modelle zur Rekonstruktion neogener und pleistozäner Habitate zu entwickeln. Es wird erwartet, dass die Nahrungsspezifität von Huftieren wichtige Hinweise liefert auf die Habitate der untersuchten Faunen. Evolutionstrends lassen sich dann mit Veränderungen im Habitat korrelieren.

Degradation of biodiversity and ecosystem functioning in subtropical grasslands, and thresholds for restoration

Objectives: 1. To test if the concept of novel and hybrid ecosystems forwarded by R. Hobbs and colleagues applies to degraded subtropical grasslands, i.e. if these ecosystems group along axes of deviation in abiotic conditions and biotic composition from reference ecosystems. 2. To investigate the extent to which ecosystem functions in the hybrid and novel ecosystems differ from reference grasslands, and whether these differences are related to deviation from the biodiversity of reference systems. 3. To manipulate degraded grasslands through selected restoration methods to identify transition thresholds and to test if restorability of abiotic conditions and biotic composition corresponds to restorability of ecosystem functions. A large-scale rapid ecosystem assessment will form the analytical basis of the study, followed up by field experiments on seed limitation (i.e. lack of seed bank or dispersal) and site limitation (i.e. lack of safe sites for germination and inadequate conditions for plant establishment). The experiments will be conducted in a factorial design testing for transition thresholds between degradation stages.

Grundlagen der Vegetationsoekologie durch Erfassung standoertlicher Komplexfaktoren in pflanzlichen Biozoenosen

'- Untersuchungen zur Synoekologie, Soziologie und Verbreitung der Vegetation von Nass- und Feuchtbiotopen. - Pflanzensoziologische und hydrochemische Untersuchungen an Fliessgewaessern Nordwestdeutschlands (Projekt, Beginn 1987). Diese Arbeit wird teilweise im Rahmen des ABOEL-Projektes (Arbeitsgemeinschaft fuer Biologisch-Oekologische Landeserforschung, Muenster) 'Oekologie der Gewaesser' (Leitung Prof Dr R Pott) gefoerdert. Ziel des Forschungsprojektes soll es sein, die vorhandenen Fliesswasser- und Roehricht-Makrophyten an ausgesuchten Fliesswassersystemen verschiedener Naturraeume Nordwestdeutschlands nach der Methode BRAUN-BLANQUET zu erfassen sowie Zusammenhaenge zwischen den aufgefundenen Gesellschaften und Standortfaktoren herauszuarbeiten. - Pflanzensoziologische und synoekologische Studien zur Kuestenvegetation, monographische Bearbeitung der Nordseeinseln Norderney und Borkum (Beginn 1988). Das Ziel der Arbeiten ist die Erstellung von Vegetationskarten von Norderney und Borkum auf dem Niveau von Assoziationen oder speziellen Vegetationskomplexen. Die Karten sollen Feinanalysen der Vegetationsentwicklung geben, da auf aeltere Vegetationskarten und Floren zurueckgegriffen werden kann. Zu diesem Zweck ist eine jeweils komplette floristische Bestandsaufnahme des Arteninventars vorgesehen (Moose, Flechten, Farne, hoehere Pflanzen). Sie soll den Naturschutzwert der Inseln fuer den Vergleich oder Gesamtzusammenhang zu anderen Wattenmeerinseln sowie moegliche spezifische Veraenderungen aufzeigen, die sich aus der natuerlichen Dynamik oder aus menschlichen Eingriffen ergeben koennen.

Kompensation saurer Eintraege mit verschiedenen Puffersubstanzen zur Minderung der Auswirkungen von Luftschadstoffeintraegen in Waldoekosystemen und zur Stabilisierung und Restauration versauerter Waldboeden, Vergleichender Kompensationsversuch mit verschiedenen Puffersubstanzen zur Minderung der Auswirkungen von Luftschadstoffeintraegen in Waldoekosystemen

Im Rahmen des vergleichenden Kompensationsversuches werden die oekosystemaren Auswirkungen von Bodenschutzkalkung und Bodenrestauration mittel- bis langfristig untersucht.Durch den experimentellen Versuchsansatz sollen fruehzeitig moegliche Entwicklungen und die Voraussetzungen fuer weitere Massnahmen abgeschaetzt werden. Es ist das Ziel dieser Untersuchungen, Empfehlungen fuer die Praxis hinsichtlich der derzeit im Handel befindlichen basischen Substanzen und ihrer Ausbringungsmodalitaeten zu erarbeiten. Zwischenergebnisse belegen, dass - saure Luftschadstoffdepositionen an der Waldbodenoberflaeche neutralisiert werden. Die Versauerung des tieferen Mineralbodens geht dagegen in den ersten 5 - 6 Jahren nicht zurueck. - Magnesiumkationen nach Reaktionen des kohlensauren Dolomits mit Saeuren in der Humusauflage geloest im Sickerwasser in den Wurzelraum fliessen. Bei gleichzeitiger Anreicherung des pflanzenverfuegbaren Magnesiumvorrats im Mineralboden wird auch die Magnesiumernaehrung der Baeume verbessert. - metallorganische Komplexe stabilisiert werden, womit das weitere Vordringen von Schwermetallen in tiefere Bodenbereiche wirksam unterbunden wird. Die biologische Aktivitaet im Auflagehumus und in organisch beeinflussten Bodenhorizonten gesteigert wird. dadurch werden einerseits die Naehrstoffkreislaeufe in den Mineralboden hinein erweitert (Uebergang des sog. kleinen Naehrstoffkreislaufes zum grossen Naehrstoffkreislauf'), andererseits besteht aber auch die Gefahr, dass bei hohen Stickstoffvorraeten und bei Waldoekosystemen, deren Stickstoffspeicherfaehigkeit ueberschritten ist. Nitrat im Sickerwasserstrom die Hydrosphaere belastet. Die Applikation leicht loeslicher Salzduenger ist mit erheblichen Risiken fuer das Oekosyste m und die Hydrosphaere verbunden. Aus Vorsorge zum Schulz des Bodens, aber auch des Grund- und Quellwassers darf die Ausbringung sulfatischer Duenger nur dann in Betracht komen, wenn von den standoertlichen Gegebenheiten und der lufthygienischen Vorbelastung her eine Fixierung des geduengten Sulfates noch wahrscheinlich ist. Ansonsten sind Duengemitteln, die nicht an leicht mobilisierbare Anionen starker Saeuren gebunden sind - dies sind Karbonate oder Silikate - , der Vorzug zu geben.

Oekosystemmodelle und Modelloekosysteme - Simulationen und Mikrokosmen in der Risikoanalyse fuer aquatische Oekosysteme

Ziel: Untersuchung und Beurteilung der moeglichen Rolle von Oekosytemmodellen in der oekologischen Risikoanalyse; Geleistete Arbeiten: Entwicklung eines Modells der Planktonlebensgemeinschaft in 5000L-Freilandmikrokosmen; - Erweiterung eines existerenden generellen Pelagialmodells (SWACOM, O Neill et al. 1982). Anwendungsbeispiele der Modelle fuer: Kausale Analyse eines Mikrokosmosversuchs mit einem Insektizid; - Planung von Mikrokosmosversuchen (statistische Auswirkung der Probenahme); - Extrapolation von Labortoxizitaetsdaten auf die Oekosystemebene; - Risikocharakterisierung bei Unsicherheiten ueber Exposition, direkte Effekte und unbelastete Oekosystemdynamik.

Forest functions arrangement with the CBD's Ecosystem Approach - A study on the Bengawan Solo River Basin, Java, Indonesia

The natural capital of forests consists to a great extend of the forests environmental functions for human well-being, which not only include goods and services (source and sink functions) but also include life-support functions that reflect ecosystem performance (ecosystem functioning). Shifting the management approach from a traditional one to one that is more aware of the ecosystem complexity, the idea of 'ecosystem functioning is appearing to tackle gradual declines of ecosystem functions. Within CBDs framework, the Ecosystem Approach has been introduced on account of the necessity for open decision making with strong links between all stakeholders and the latest scientific knowledge due to uncertainty and unpredictability in nature. The Ecosystem Approach is still in need of further elaboration, even though as a concept Ecosystem Approach has been widely accepted. To aim forest enhancement, this approach has been regarded as the most feasible concept for the study area, the Bengawan Solo River Basin - Java, Indonesia. Therefore the principles and operational guidelines will be used to analyse and evaluate the current forest management in those areas of the Bengawan Solo River Basin, in which ecosystem function is the basis for forest development area. This research focuses on ecological functions of forests at various levels of ecosystem management planning, from the forestry sectors point of view.

Sonderforschungsbereich (SFB) 1211: Evolution der Erde und des Lebens unter extremer Trockenheit, Teilprojekt B05: Böden der Atacama Wüste: Reservoir und Fingerabdruck des Lebens

Böden als Habitat und Reservoir für Pflanzen und Mikroorganismen interagieren äußerst sensitiv mit den unterschiedlichen Lebenswesen, insbesondere unter extremen Bedingungen. Im Rahmen des Projektes gilt es, (i) die organische Materie in Bodenprofilen, sowie entlang potentieller Ausbreitungskorridore zu identifizieren und qualifizieren, (ii) das Vorkommen organischer Materie, Veränderungen des Nährstoffhaushaltes sowie physikalischer Bodeneigenschaften entlang Trajektorien des Mikroklimas und der gegenwärtigen sowie historischen Verbreitung in Verbindung zu bringen und (iii) die Veränderungen der Eigenschaften organischer Materie, des Nährstoffgehalts und stöchiometrischer Dynamiken im Boden mit einer rasch steigenden Wasserverfügbarkeit, zu erörtern.

Klassifizierung ausgewählter Mesofauna-Taxozönosen (Collembola, Gamasina) von Feldrainen

Ziel der Forschungsarbeit ist die Klassifizierung von Boden-Biozönosen in ausgewählten Feldrainen. In drei Naturräumen (Lössböden der Jülicher Börde, Muschelkalkböden in Mainfranken und pleistozäne Sande bei Leipzig) werden typische Lebensgemeinschaften von Collembola und Gamasina (Taxozönosen) beschrieben. Der wesentliche Unterschied zu anderen Klassifikations-Ansätzen liegt in der induktiven Vorgehensweise: Biozönosen werden allein aufgrund der Artenzusammensetzung an den Standorten typisiert. Vegetationskundliche Kriterien dienen als entscheidendes Hilfsmittel zur Vorauswahl von Flächen mit ähnlichen Standortbedingungen. Hierbei wird gleichzeitig die aufgenommene Vegetation als ein weiteres Taxon der zu beschreibenden Biozönose angesehen. Die typische Artenzusammensetzung ist das integrierte Ergebnis aller denkbaren ökologischen Vorgänge. Ein Ziel der Arbeit ist somit die prospektive Formulierung von Erwartungswerten für Collembolen und Raubmilben auf der Basis vegetationskundlicher Daten. Es sollte daher möglich sein, dieses Mehrarten-System mit hoher Sensibilität zur Bioindikation von Standortveränderungen einzusetzen. Die Kenntnis der Artenstruktur wiederkehrender Lebensgemeinschaften kann der funktionellen Ökosystemforschung hilfreiche Hinweise bieten.

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