Der globale Wandel beeinträchtigt die Biodiversität und Ökosystemfunktionen in Agrarlandschaften durch den Klimawandel und die Nutzungsintensivierung sowie die Degradation von Lebensräumen. Um diesen negativen Effekten entgegenzuwirken, wurden verschiedene Maßnahmen zur Wiederherstellung von Ökosystemen und Landschaften (ELR) entwickelt. Allerdings fehlt es in der Renaturierungsökologie noch an einem tieferen Verständnis für die Schlüsselindikatoren beim Übergang in wiederhergestellte, resiliente Ökosysteme und Landschaften, an gut konzipierten Experimenten, welche Faktoren für den Erfolg oder Misserfolg von ELR-Maßnahmen zeigen, als auch an komplexen Analysen vorhandener Daten. Ziel von AgriRestore ist es die Auswirkungen von temporären und permanenten ELR-Maßnahmen in Agrarlandschaften umfassend zu bewerten. In der extrem trockenen und teilweise sehr strukturarmen Agrarlandschaft Sachsen-Anhalts werden wir entlang eines Landschaftsgradienten in einem innovativen Ansatz Feld- mit Mesokosmos-Experimenten kombinieren und die Fernerkundung für eine räumliche Skalierung der Muster nutzen. Durch Meta-Analysen und Wissensgraphen werden außerdem vorhandene Studien synthetisiert sowie Nutzen, Risiken und Unsicherheiten von ELR-Maßnahmen bewertet. Durch den Vergleich von wiederhergestellten und degradierten Agrarökosystemen werden die Auswirkungen von ELR-Maßnahmen auf die ober- und unterirdische Biodiversität und die damit verbundenen Ökosystemfunktionen (einschließlich Ökosystemleistungen und -fehlleistungen) analysiert. Positive Langzeitwirkungen temporärer ELR-Maßnahmen werden durch die Kombination von Zeitreihen mit multiskaligen Fernerkundungsdaten erforscht. Durch neuartige analytische Ansätze werden die feldbasierten Ergebnisse synthetisiert und die Übertragbarkeit auf größere räumliche Skalen getestet. Mit Fokus auf Synergien wird unsere Forschung einzigartige und umfangreiche Daten zu den Effekten von ELR-Maßnahmen liefern. Darauf aufbauend werden verschiedene Szenarien entwickelt und Schlüsselindikatoren für die erfolgreiche Wiederherstellung von resilienten Agrarökosystemen und Landschaften über räumliche und zeitliche Skalen hinweg abgeleitet. Zur Verstetigung unseres RI wird an der Hochschule Anhalt in Zusammenarbeit mit nationalen und internationalen Forschern ein Exzellenzzentrum für Landschafts- und Habitat-Wiederherstellung (ÉCLAIR) etabliert, welches zukünftig weitere degradierte Ökosysteme in den Fokus nehmen wird. Zur integrativen Ausbildung von Nachwuchswissenschaftlern werden wir ein Graduiertenkolleg einrichten: Young#ÉCLAIR. Durch die Kombination von Fachwissen aus den Bereichen ökologische Wiederherstellung und Biodiversitätsforschung, Fernerkundung und Datenwissenschaft innerhalb von AgriRestore sind wir in der Lage, das theoretische Verständnis für die Wiederherstellung von Ökosystem und Landschaften maßgeblich zu verbessern sowie neue Methoden und Techniken für die Renaturierungsökologie zu entwickeln.
Estuaries and coasts are characterized by ecological dynamics that bridge the boundary between habitats, such as fresh and marine water bodies or the open sea and the land. Because of this, these ecosystems harbor ecosystem functions that shaped human history. At the same time, they display distinct dynamics on large and small temporal and spatial scales, impeding their study. Within the framework of the OTC-Genomics project, we compiled a data set describing the community composition as well as abiotic state of an estuary and the coastal region close to it with unprecedented spatio-temporal resolution. We sampled fifteen locations in a weekly to twice weekly rhythm for a year across the Warnow river estuary and the Baltic Sea coast. From those samples, we measured temperature, salinity, and the concentrations of Chlorophyll a, phosphate, nitrate, and nitrite (physico-chemical data); we sequenced the 16S and 18S rRNA gene to explore taxonomic community composition (sequencing data and bioinformatic processing workflow); we quantified cell abundances via flow cytometry (flow cytometry data); and we measured organic trace substances in the water (organic pollutants data). Processed data products are further available on figshare.
Sediment erosion and transport is critical to the ecological and commercial health of aquatic habitats from watershed to sea. There is now a consensus that microorganisms inhabiting the system mediate the erosive response of natural sediments ('ecosystem engineers') along with physicochemical properties. The biological mechanism is through secretion of a microbial organic glue (EPS: extracellular polymeric substances) that enhances binding forces between sediment grains to impact sediment stability and post-entrainment flocculation. The proposed work will elucidate the functional capability of heterotrophic bacteria, cyanobacteria and eukaryotic microalgae for mediating freshwater sediments to influence sediment erosion and transport. The potential and relevance of natural biofilms to provide this important 'ecosystem service' will be investigated for different niches in a freshwater habitat. Thereby, variations of the EPS 'quality' and 'quantity' to influence cohesion within sediments and flocs will be related to shifts in biofilm composition, sediment characteristics (e.g. organic background) and varying abiotic conditions (e.g. light, hydrodynamic regime) in the water body. Thus, the proposed interdisciplinary work will contribute to a conceptual understanding of microbial sediment engineering that represents an important ecosystem function in freshwater habitats. The research has wide implications for the water framework directive and sediment management strategies.
Das Oberziel des hier dargestellten Vorhabens ist es, einen Beitrag zur Konzeption einer ökosystembasierten Anpassung der Waldbewirtschaftung an den Klimawandel zu leisten. Die so langfristig gestärkte Resilienz von Waldökosystemen soll, v. a. bei zunehmend extremen Witterungsereignissen, die Funktionalität und Leistungsfähigkeit von Wäldern und damit ihre Klimaschutzleistung nachhaltig sichern. Das konkrete Ziel des Vorhabens besteht darin, die Wirkung der mikroklimatischen Regulationsfähigkeit von Waldbeständen in Abhängigkeit von Bewirtschaftungs- und Naturschutzmaßnahmen auf die Waldproduktivität und die damit zusammenhängende Klimaschutzleistung sowie die Klimawandelvulnerabilität zu quantifizieren und entsprechende Empfehlungen für eine klimawandelangepasste Waldbewirtschaftung abzuleiten. Das Projekt leistet damit einen Beitrag zu Nachhaltigkeit, Klimaschutz und Bioökonomie.
Im Rahmen der Bonn Challenge werden in Ruanda landesweit degradierte Ökosysteme wiederhergestellt. Das so entstehende Mosaik aus wiederhergestellten Standorten wird die räumliche Zusammensetzung der Gehölzvegetation in Ruanda verändern und dadurch Landschaftskontext und Konnektivität beeinflussen, sowie zukünftige ökologische Entwicklungen prägen. Veränderungen an einzelnen wiederhergestellten Standorten beeinflussen wiederum die ökologischen Funktionen ihrer Umgebung. Bisher ist das Wissen über die relative Bedeutung verschiedener Mechanismen, die diesen Veränderungen zugrunde liegen, begrenzt. Deshalb wird dieses Teilprojekt im gesamten Studiengebiet räumliche und zeitliche Dynamiken von Landschaftsveränderungen, die durch die Wiederherstellung von Ökosystemen geprägt werden, untersuchen. Um zu verstehen, wie sich die Baumbedeckung im westlichen Ruanda im Laufe der Zeit verändert hat und wie dies heutige Ökosystemprozesse und Biodiversitätsmuster bedingt, werden wir mithilfe von Satellitendaten Landschaftsveränderungen während der letzten 35 Jahre quantifizieren. Das Sub-Projekt beinhaltet vier wesentliche Schritte: zunächst werden wir Veränderungen im Baumbestand während der letzten 35 Jahre kartieren, und dabei insbesondere auch Eukalyptusbäume von anderen Baumarten unterscheiden. Basierend auf diesen Daten werden wir dann die Konnektivität einzelner Flächen, sowie der Studienregion als Ganzes errechnen. Dies wird Rückschlüsse über den Landschaftskontext einzelner Standorte ermöglichen: wir erwarten, dass Standorte mit hoher Konnektivität eine relativ höhere Artenzahl haben als isolierte Standorte, die möglicherweise ein Defizit in ihrer momentanen Artenvielfalt aufweisen. Im dritten Schritt werden wir diese Hypothese anhand der empirischen Daten testen, die für das Sub-Projekt 1 unserer Forschungsgruppe gesammelt wurden. Dazu werden wir auf die Baumbestandskartierungen zurückkommen, um für die ganze Studienregion fernerkundungsbasierte Indizes für grundlegende Ökosystemfunktionen zu generieren. Hierbei werden wir insbesondere Ökosystemfunktionen in wiederhergestellten und nicht wiederhergestellten Teilen des Studiengebiets vergleichen. Angesichts vieler weltweiter Initiativen zur Wiederherstellung von Ökosystemen ist es wichtig, besser zu verstehen, wie Baumpflanzungen Landschaftskontext, Konnektivität, Biodiversität und ökologische Funktionen auf Landschaftsebene beeinflussen. Aufgrund der großflächigen Wiederherstellungsbemühungen in Ruanda bietet das Land einen idealen Rahmen, um das Wissen darüber zu erweitern, wie Ökosysteme von sich verändernder Landbedeckung und Konnektivität geprägt werden. Dieses Teilprojekt leistet somit wichtige Beiträge zur Landschaftsökologie und Renaturierungsökologie. Darüber hinaus wird es der Forschungsgruppe als Ganzes zugutekommen, indem ein raumzeitliches Verständnis des Studiengebietes generiert wird, das für alle anderen Teilprojekte nützlich ist.
Als Reaktion auf fortschreitenden Biodiversitätsverlust, Degradation und Klimawandel ist die Wiederherstellung von Ökosystemen zu einer globalen Priorität geworden. Doch trotz zunehmender internationaler Aufmerksamkeit besteht wenig Wissen zu den ökologischen, sozialen und sozial-ökologischen Folgen von Wiederherstellungsmaßnahmen. Die geplante Forschungsgruppe wird eine sozial-ökologische Systemperspektive anwenden, um Mechanismen die zu unterschiedlichen Ergebnissen bei der Wiederherstellung von Ökosystemen führen, besser zu verstehen. Wir werden einen interdisziplinären, ortsbezogenen Ansatz der sozial-ökologischen Systemforschung verfolgen, der ein tiefes Verständnis einer ausgewählten Landschaft generiert und gleichzeitig wertvolles übertragbares Wissen für die Wiederherstellung degradierter Ökosysteme auf der ganzen Welt erzeugt. Unsere Arbeit wird sich dabei auf Ruanda konzentrieren, das eine weltweit führende Rolle bei der Wiederherstellung von Ökosystemen einnimmt. Das übergeordnete Ziel der Forschungsgruppe ist die Entwicklung eines sozial-ökologischen Systemansatzes zur Wiederherstellung von Ökosystemen. Dazu gliedert sich die Forschungsgruppe in acht miteinander verbundene Teilprojekte, die in vier Cluster organisiert sind. Das ökologische Cluster wird die ökologischen Folgen der Wiederherstellung von Ökosystemen in Bezug auf Biodiversität und Ökosystemfunktion auf Standort- sowie auf Landschaftsebene quantifizieren. Das soziale Cluster zielt darauf ab, Kontext, Mechanismen und Ergebnisse der Wiederherstellung von Ökosystemen für einzelne Menschen und Gemeinschaften zu verstehen, mit besonderem Fokus auf Governance, Umweltgerechtigkeit und sozialem Zusammenhalt. Im sozial-ökologischen Cluster werden wir analysieren, wie die Wiederherstellung von Ökosystemen Mensch-Natur Interaktionen verändert, indem wir Lebensgrundlagen, Ernährungssicherheit und nature’s contributions to people untersuchen. Schließlich werden wir im Integrationscluster erstens ein living lab einrichten, in dem wir ökologische und sozioökonomische Experimente zusammen mit lokalen Interessensgruppen durchführen und zweitens mithilfe von Szenarioplanung alle Erkenntnisse der Forschungsgruppe zusammenführen. Die interdisziplinäre Post-hoc-Analyse der Wiederherstellung von Ökosystemen in Kombination mit partizipativen Experimenten und zukunftsorientierter Szenarioplanung liefert ein umfassendes Verständnis der Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft der Wiederherstellung von Ökosystemen im Studiengebiet. Darüber hinaus werden wir allgemeine Einblicke in ökologische, soziale und sozial-ökologische Wiederherstellungsmechanismen gewinnen, die auch auf andere Ökosysteme angewendet werden können. Auf diese Weise trägt die Forschungsgruppe zur Restaurierungswissenschaft und sozial-ökologischen Systemforschung bei, kommt den Wiederherstellungsaktivitäten in Ruanda direkt zugute und schafft Wissen, um die Wiederherstellungspraxis weltweit voranzubringen.
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