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Im Rahmen von Kili-SES befasst sich SP6 mit Landnutzung, Management und Naturschutz als Triebkräfte der biologischen Vielfalt. In Kili-SES-1 erwiesen sich Landnutzungsveränderungen durch Bevölkerungswachstum als Schlüsselfaktoren an den unteren Hängen des Kilimandscharo. Es bleibt die Frage, ob die jüngsten Wald- und Buschbrände in den oberen Regionen auf veränderte klimatische Bedingungen hinweisen. Wir wollen den Ursprung und die Folgen dieser Brände als potenziell schädliche NCP auf Landschaftsebene untersuchen. Dabei konzentrieren wir uns auf die biologische Vielfalt und die Wasserbilanz im Nationalpark (zusammen mit SP1) und prüfen, ob solche Brände in den letzten Jahrzehnten zugenommen haben. Da die NCPs stark von der biologischen Vielfalt und dem Funktionieren der Ökosysteme abhängen, untersuchen wir, wie der Mensch die biologische Vielfalt, das Funktionieren der Ökosysteme und folglich das menschliche Wohlbefinden verbessern kann. Konkret wollen wir (zusammen mit SP1 und 2) das ökologische Potenzial für eine Transformierung durch Anpflanzung einheimischer Bäume prüfen, ergänzend zu den Studien von SP3-5. Der Fokus soll auf Auwäldern als wichtige Biodiversitätskorridore und traditionellen Agroforstsystemen als nachhaltige Landnutzungsformen liegen. Während in Kili-SES-1 der Kilimandscharo als isoliertes System betrachtet wurde, planen wir nun eine Erweiterung unserer Perspektive unter Einbeziehung des umliegenden Landschaftskontextes. Der Kilimandscharo war einst mit anderen Bergen durch Waldkorridore verbunden, die als Wanderwege dienten und die biologische Vielfalt beeinflussten, entscheidend für die Widerstandsfähigkeit gegenüber Umweltveränderungen. Ziel ist die Analyse der ökologischen Konnektivität und Telekopplung im Hinblick auf Naturschutzpolitik. Hierzu wollen wir mit umfangreichen Daten zu Pflanzen, Arthropoden und Kleinsäugern die frühere biologische Vielfalt ohne menschlichen Einfluss modellieren, um die ungleiche Verteilung endemischer Arten zu untersuchen, eine kontroverse biogeographische Frage in Ostafrika. Der Kilimandscharo und die umliegenden Berge sind unterschiedlich geschützt (Nationalparks, Natur- und Waldreservate), mit zunehmend fragmentierten Schutzgebieten. Durch Hochskalierung und Modellierung der Biodiversität unter Verwendung von Hyperspektralbildern (zusammen mit SP7) planen wir die sich daraus ergebenden Biodiversitätsniveaus und Bedrohungen zu vergleichen, einschließlich der Auswirkungen der Einbeziehung der Waldgürtel des Kilimandscharo und Meru in Nationalparks im Jahr 2006, die möglicherweise illegale Aktivitäten in die umliegenden Berge verlagert haben. Zusätzlich zu diesen Themen wollen wir weiterhin langfristige Klima- und Dendrometriedaten erheben und umfassendes Monitoring von Gefäßpflanzen, Flechten und Moosen durch (ergänzt durch Pilze) durchführen. So hoffen wir ein Niveau und eine Qualität ökologischer Daten zu erreichen, die für Kili-SES wichtig und für ein tropisches Gebirge einzigartig sind.
Auf Grund ihrer Bedeutung für die Anpassung der Wälder an Umweltänderungen und ihrer Widerstandsfähigkeit gegenüber Störungen ist die Naturverjüngung zu einem Schwerpunkt der ökologischen Waldforschung geworden. Trotz der jüngsten technologischen Entwicklungen bleibt dies eine große Herausforderung. Insbesondere sehr kleine Pflanzen mit einer Höhe von weniger als 1,30 m und entsprechend kleinen Durchmessern sind mit photogrammetrischen Methoden schwer zu identifizieren. Manuelle Inventurmethoden, wie z. B. die klassische Vollinventur sind aber arbeitsintensiv und zu teuer, um sie auf großen Flächen anzuwenden. Das Projekt möchte dazu beitragen, dieses Problem zu lösen, in dem es ein Simulationswerkzeug zur Rekonstruktion von Punktmustern vorstellt und seine Qualität systematisch untersucht. Es basiert auf einem Forschungsansatz der drei Arbeitsschritte umfasst (1) die Erfassung der räumlichen Daten aller Bäume einschließlich der Verjüngung auf einer kleinen Teilfläche (= Referenzfläche), (2) die Erfassung des Oberstandes im gesamten Bestand (=Untersuchungsfläche) und (3) die Rekonstruktion der Verjüngung im gesamten Untersuchungsgebiet, wobei davon ausgegangen wird, dass überall die gleichen Beziehungen zwischen den Bäumen des Oberstandes und der Verjüngung wie in der Referenzfläche bestehen. Dieser Ansatz erlaubt es, die heutigen logistischen Möglichkeiten zu kombinieren: (a) die manuelle Erfassung der Verjüngung auf kleiner Fläche ist machbar, und (b) die Inventur des Oberstandes mit modernen Fernerkundungs- oder photogrammetrischen Methoden ist relativ einfach und weniger arbeitsintensiv. Indem das Projekt einen vorhanden und in den Forstwissenschaften bekannten Datensatz nutzt (Trainingsgrundlage wird der Datensatz des saisonalen tropischen Regenwaldes der Insel Barro Colorado (BCI) in Panama sein), kann es sich auf Schritt (3) beschränken. Ziel ist es systematisch zu untersuchen, welchen Einfluss eine höhere Strukturvielfalt und das Größenverhältnis von Referenz- und Prädiktionsflächen (= die gesamte Untersuchungsfläche) auf die Ergebnisse der Punktmuster-Rekonstruktion von Verjüngungspflanzen (=Unterstand) hat und welche räumlichen Statistiken besonders geeignet sind, diesen Einfluss quantitativ oder qualitativ zu bewerten. Die numerischen Methoden werden in einem dokumentierten R-Skript (bzw. R-Package) als zuverlässiges und effizientes Werkzeug für die Waldökologie und die forstliche Praxis zur Verfügung gestellt.
Ein erheblicher Teil des Kohlenstoffs im Tundra-Taiga-Ökoton (engl. ‚Tundra Taiga Ecotone‘, TTE) wird als oberirdische Biomasse (engl. ‚Above-Ground Biomass‘, AGB) in Bäumen und Sträuchern durch Photosynthese gespeichert, wobei Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre während der kurzen Wachstumsperiode in hohen Breiten entzogen wird. Dies führt zu geringer Kohlenstoffspeicherung im TTE. Der Klimawandel könnte die Produktivität beeinflussen und Vegetationsmuster verändern. Die Rolle abiotischer Faktoren in der Kohlenstoffspeicherung borealer Wälder ist ungenügend verstanden. Eine Neubewertung der Vegetationsorganisation muss hinsichtlich statischer Modulatoren erfolgen. Topografie, ein wichtiger Faktor für Wasser- und Nährstoffverfügbarkeit, ist ein statischer abiotischer Faktor, der die lokalen Wachstumsbedingungen beeinflusst. Mit steigenden Temperaturen wird erwartet, dass Niederschlag intensiver und häufiger wird, was zu Wasserstau oder Nährstoffauswaschung an bestimmten topografischen Positionen führen kann und den Rückgang bestimmter Baumarten zur Folge haben könnte. Daher könnte der Klimawandel lokale Reaktionen auf die topografische Position verändern und Wechselwirkungen mit Wetterbedingungen beeinflussen. Die Topografie könnte die Auswirkungen des Klimawandels mildern und anpassungsfähigen Arten zugutekommen, während andere unter veränderten Bedingungen leiden. Das Verständnis der Beziehung zwischen Topografie und Biomasseakkumulation ist entscheidend für die Bewertung der zukünftigen Rolle borealer Wälder im globalen Kohlenstoffhaushalt. Das BToBE-Projekt zielt darauf ab, Wissenslücken hinsichtlich des Einflusses der Topografie auf die Biomasseakkumulation im TTE zu schließen und deren Auswirkungen durch Vorwärtssimulation mit einem prozessbasierten Vegetationsmodell zu bewerten. Die zentrale Hypothese ist, dass sich die Reaktionen der Vegetation auf topografische Bedingungen im TTE aufgrund starker globaler Erwärmung verändert haben. Kürzlich wurden drohnenbasiert 3D-Punktwolken gesammelt, die verarbeitet werden, um Waldbiomasse zu ermitteln. Diese hochauflösenden Referenzdaten erfassen den bioklimatischen Gradienten des TTE, wobei die nördliche Baumgrenze in Niederungen mit Permafrost und im gebirgigen Terrain verläuft. Die drohnenbasierten AGB-Daten werden verwendet, um ein AGB-Modell für das großflächige Ableiten (engl. ‚upscaling‘) mit Landsat- und Sentinel-2-Multispektralsensoren zu entwickeln. Das Ziel ist dreistufig: Erstens sollen die Beziehungen zwischen AGB und Topografie mithilfe von verallgemeinerten additiven Modellen aufgeklärt werden; zweitens soll die Stabilität dieser Abhängigkeiten durch Rekonstruktion langfristiger AGB-Daten aus den vergangenen Jahrzehnten untersucht werden. Dies wird für die Verbesserung und Implementierung des Individuen-basierten und räumlich expliziten borealen Waldvegetationsmodells LAVESI genutzt, zur Ableitung von AGB-Trajektorien im TTE in den kommenden Jahrzehnten.
Die Landwirtschaft steht vor enormen Herausforderungen: Die Erträge müssen gesteigert werden, während der Einsatz von Düngemitteln und Pestiziden reduziert werden muss, und das in einer Zeit zunehmender klimatischer Unsicherheit. Diversifizierung im landwirtschaftlichen Anbau ist eine der wenigen bekannten Möglichkeiten, alle diese Herausforderungen gleichzeitig zu bewältigen. Traditionell wird die Diversifizierung "zeitlich" in Form von Fruchtfolgen erreicht. Dagegen wird die "räumliche" Diversifizierung auf dem Feld, z. B. in Form von Mischkulturen, seltener angewandt, weil sie selten mit den gängigen mechanisierten Verfahren kompatibel ist. Sortenmischungen stellen einen interessanten Mittelweg zwischen Rein- und Mischkulturen dar, da sie es ermöglichen, die genetische Vielfalt und die Merkmalsvielfalt innerhalb des Feldes zu erhöhen, während sie in Bezug auf die Verarbeitung mit Reinkulturen vergleichbar sind. Derzeit ist jedoch noch nicht genau bekannt, wie Mischungen zusammengesetzt sein müssen, um den Ertrag und die ökologische Funktion zu optimieren. In diesem Projekt wollen wir die positiven Auswirkungen der Sortenvielfalt in Weizenmischungen untersuchen und einfache, aber wirksame Vorhersagemethoden für eine optimale Mischungszusammenstellung entwickeln. Wir werden das Fachwissen, die Ideen und die technologischen Ressourcen von fünf Forschungsteams aus den Bereichen molekulare Züchtung, Ökologie, Computerwissenschaften, Genetik und Phänomik zusammenführen. Im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit werden wir die Mechanismen untersuchen, die den Vorteilen von Sortenmischungen zugrunde liegen - insbesondere Ertrag und Krankheitsunterdrückung -, und zwar auf verschiedenen Ebenen: (1) mit nischenbasierten Ansätzen, die von der Koexistenztheorie inspiriert sind, (2) unter Verwendung von Hochdurchsatz-phänotypisierung und so-genannten "trait-based" methods, (3) mit Schwerpunkt auf der Pflanzenproduktivität durch Mischung von Komponenten mit unterschiedlichen Umweltoptima (d.h. Reaktions-Normen) und (4) auf der Ebene von Genen und Gen-Umwelt-Interaktionen. Die Prüfung von Hypothesen und die Entwicklung von Modellen werden sowohl durch große historische Felddatensätze als auch durch neue, systematisch angelegte Feldexperimente unterstützt. Das Projekt besteht aus mehreren Arbeitspaketen (WP), die sich auf eine gemeinsame Plattform von Daten und Experimenten sowie auf fortschrittliche Methoden zur Phänotypisierung im Feld stützen. Die Kombination von Ressourcen, Analysemethoden und synergetischem Fachwissen wird es uns ermöglichen, die wissenschaftlichen und logistischen Herausforderungen dieses Projekts zu meistern und wichtige ungelöste ökologische und agronomische Fragen anzugehen. Es ist zu hoffen, dass dieses ehrgeizige Projekt den Grundstein für die Förderung leistungsfähiger Sortenmischungen als Schlüsselkomponente des agrarökologischen Anbaus legt.
Anders als bei Pflanzen und Tieren ist die Fähigkeit der europäischen Schutzgebiete, die biologische Vielfalt des Bodens und die Ökosystemleistungen unter den verschiedenen Stressfaktoren des globalen Wandels zu erhalten, praktisch unbekannt. Natürliches und landwirtschaftlich genutztes Grünland spielt eine grundlegende Rolle für die Erhaltung der biologischen Vielfalt und die nachhaltige Nahrungsmittelproduktion. Die verschiedenen Arten von Grünland (Schutzgebiete, naturnahes Grünland und Ackerland) erfüllen eine Vielzahl von Ökosystemfunktionen, aber es gibt auch wichtige Kompromisse (z. B. Nahrungsmittelproduktion vs. Kohlenstoffbindung im Boden). Es ist auch immer noch nicht ganz klar, welches Grünlandsystem besser gegen Störungen und den Klimawandel schützt. Dieser Wissensmangel ist vor allem vor dem Hintergrund der anthropogenen Klimaerwärmung und als Reaktion auf andere, gleichzeitig auftretende Stressfaktoren, die die Erhaltung der biologischen Vielfalt und der Funktion des Bodens bedrohen, wie Trockenheit, Pestizide und Überdüngung, von Bedeutung. GRASS4FUN zielt darauf ab, die biologische Vielfalt des Bodens, die ökologischen Netzwerke und die Ökosystemleistungen, die von Grünland über einen Gradienten der Landnutzungsintensität und als Reaktion auf Landschaftsmerkmale unterstützt werden, zu vergleichen und ihren Erhaltungszustand (zeitliche Dynamik) und ihre Widerstandsfähigkeit gegen mehrere Stressfaktoren des globalen Wandels zu untersuchen. Zu diesem Zweck werden wir bestehende europäische Erhebungen mit der Überwachung der biologischen Vielfalt und der Funktion des Bodens auf 300 Grünlandflächen (geschütztes Grünland, naturnahes Grünland und Ackerland) über einen europaweiten Gradienten kombinieren und die Zukunft der biologischen Vielfalt des Bodens, der Ökosystemleistungen und der grundlegenden Kompromisse zwischen den drei Landnutzungsarten unter verschiedenen Szenarien des globalen Wandels und auf europäischer Ebene modellieren. Anschließend werden Gewächshausexperimente durchgeführt, um die Reaktionen der biologischen Vielfalt und der Funktionen des Bodens auf verschiedene globale Stressfaktoren wie Trockenheit, Pestizideinsatz, Stickstoffverschmutzung und Schwermetalle zu testen. Wir werden insbesondere auch prüfen, ob Landschaftsmerkmale (z. B. Landschaftsheterogenität) die ober- und unterirdische Biodiversität und ihre Fähigkeit zur Abfederung von Belastungen durch den globalen Wandel beeinflussen. GRASS4FUN wird von Hand zu Hand mit mehreren Interessengruppen durchgeführt, um den Transfer zu Interessengruppen, politischen Entscheidungsträgern und der Gesellschaft zu erleichtern, mit dem grundlegenden Ziel, bahnbrechendes Wissen bereitzustellen, um Ökosysteme widerstandsfähiger gegen globale Stressfaktoren zu machen und die biologische Vielfalt in Europa zu schützen, einschließlich der in Böden lebenden Organismen.
Die Funktionen von Mooren in Wasser- und Elementkreisläufen, als Kohlenstoffspeicher und in der Bewahrung der Biodiversität sind zunehmend im Fokus wissenschaftlicher und öffentlicher Debatte. Insbesondere im Verlauf des Klimawandels sind renaturierte Hochmoore Klimaextremen ausgesetzt, zum Beispiel Dürren, mit Langzeiteffekten für Boden und Pflanzengemeinschaften, und somit auch für den Kohlenstoffkreislauf. Der Klimawandel erschwert damit zusätzlich die Hochmoorrenaturierung zu bereits vorhandenen Grenzen. Damit verbunden ist ein unzureichender Wissensstand bezüglich potentieller Indikatoren für Degradation und Renaturierungserfolge, z.B. die Dynamiken und Bilanzen von Gasflüssen, Biodiversitätsniveaus oder Wasserbilanzen. Moordegradierung verändert die Wasserspeicherfähigkeit und reduziert die Fähigkeit Wasserschwankungen abzupuffern, was die Renaturierung weiter beeinflusst. Paläoökologische Daten erlauben Schlussfolgerungen über Feuchtebedingungen für Torfwachstum und potentielle Resilienz gegenüber in der Vergangenheit aufgetretenen Schwankungen der Umweltbedingungen. Somit können aus ihnen Grundlageninformationen abgeleitet werden, die helfen Renaturierungsziele zu formulieren, aber auch mögliche Einschränkungen aufzeigen. Der voranschreitenden Klimawandel mit häufigen auftretenden Hitzewellen und Dürren bedeutet insbesondere für die Re-Etablierung von Hochmoorvegetation eine ernste Bedrohung, die auf nährstoffarmes Niederschlagswasser angewiesen ist. Das Projekt verbindet Schlüsselmethoden von verwandten Disziplinen in bisher nicht gekannter Weise: In Unterprojekten behandeln wir i) die paläoökologische Rekonstruktion von Referenzbedingungen und Indikatoren für Degradation, ii) aktuelle Hydrologie, Niveaus von Biodiversität, Mikrobielle Gemeinschaften, iii) CO2 und CH4 Bilanzen mit Hauben- und Eddy-Covariance Technik und vorhandenen Langzeitdaten, iv) neuste Fernerkundungsmethoden inklusive dem Upscaling von Plotniveau bis auf das Landschaftsniveau, unterstützt von künstlicher Intelligenz, v) Negative Auswirkungen und Wechselbeziehungen zwischen Biodiversität, Kohlenstoffbilanzen, Treibhausgasemissionen und Resilienz wenn Zielniveaus nicht erreicht werden können, vi) Wissenstransfer in enger Zusammenarbeit mit Torfindustrie, Naturschutzakteuren, Akteuren der Land- und Wasserwirtschaft und der Administration.Wir untersuchen erstmalig Hochmoorrenaturierungsverläufe basierend auf neusten Bewertungsmethoden der Paläoökologie und Biogeochemie von Torfproben und ordnet diese Daten in einen landschaftsökologischen Kontext ein, um mit leistungsstarken Fernerkundungswerkzeugen das zukünftige Monitoring von degradierten und renaturierten Hochmoorflächen zu ermöglichen. Die enge Verbindung der Arbeitspakete und die Anwendung von in der Renaturierungsökologie wenig betrachteter Daten machen dieses Projekt innovativ und lassen wichtige Ergebnisse erwarten für die Hochmoorrenaturierung unter sich verändernden hydro-klimatischen Bedingungen.
Grünlandökosysteme sind der Schwerpunkt von Biodiversitätsforschung in den letzten Jahrzehnten, wobei die Biodiversitätsexploratorien einen wichtigen Beitrag geleistet haben. Die unterschiedlichen Pflanzentypen z.B. Leguminosen, Gräser und Krautige und deren Vorkommen in Lebensgemeinschaften haben einen starken Einfluss auf den Nährstoffumsatz und die Biomasseproduktion im Grünland. Viele Forschungsarbeiten konzentrierten sich auf den Einfluss von Mechanismen der Landnutzungsänderung welche die Biodiversität von diesen Ökosystemen erklären. In diesem Zusammenhang wurde die Rolle von Silizium (Si) und Calcium (Ca) diskutiert. Beide Elemente werden von Pflanzen genutzt um Herbivorie abzuwehren. Poaceae sind reich an Si und arm and Ca wohingegen Fabaceae viel Ca und wenig Si akkumulieren. Die Anreicherung von Si und Ca in Pflanzen steht in Zusammenhang mit der Ressourcenaufnahmestrategie und Abbaubarkeit entlang des „fast-slow economic spectrum“. Durch den pflanzenspezifisch unterschiedlichen Bedarf an Si und Ca wirken sich unterschiedliche Verfügbarkeiten dieser Elemente im Boden unterschiedlich auf die Pflanzengemeinschaften aus. Die Si-Verfügbarkeit im Boden hat einen Einfluss auf die Biomasseproduktion von Gräsern und deren Phosphorgehalt. Für Leguminosen ist Ca wichtig für den Stickstoff- und Phosphorgehalt der Pflanzen. Im Rahmen der Biodiversitätsexploratorien wurde gezeigt, dass Landnutzungsart und -intentsität einen starken Einfluss auf Pflanzengemeinschaften hat. Da Si und Ca einen starken Einfluss auf die Ökosystemleistung im Grünland haben und dies bisher nicht umfassend untersucht wurde, möchten wir in unserem Projekt auf diesen Aspekt fokussieren. Wir erwarten direkte und indirekte Zusammenhänge zwischen Landnutzung, Si und Ca in Boden und Pflanzen im Hinblick auf Ökosystemprozesse und Ökosystemdienstleistung im Grünland. Das Ziel des Projekts ist es, die Mechanismen aufzuklären, welche die Verfügbarkeit von Si und Ca im Boden in Bezug zu der Konzentration von Si und Ca in Pflanzen für die verschiedenen Pflanzentypen und Pflanzengemeinschaften unter verschiedenen Nutzungsbedingungen in den Biodiversitätsexploratorien zugrunde liegen. Daher möchten wir aufklären, wie sich Landnutzung auf die Si und Ca- Gehalte in der Biomasse von Pflanzengemeinschaften auswirkt (Ziel 1), wie sich unterschiedliche Verfügbarkeit von Si und Ca in Böden auf die Zusammensetzung von Pflanzengemeinschaften auswirkt (Ziel 2), und wie unterschiedliche Arten und funktionelle Gruppen plastisch auf Si- und Ca-Verfügbarkeit reagieren (Ziel 3). Schlussendlich wollen wir die kausalen Zusammenhänge verstehen, welche zu unterschiedlichen Si- und Ca-Konzentrationen in der oberirdischen Biomasse im genutzten Grünland führen (Ziel 4).
Da sich der Klimawandel und die menschlichen Aktivitäten verstärken, wird es erwartet, dass die terrestrischen Einträge von gelöstem organischem Material (Disssolved Organic Matter, DOM) in Seen zunehmen. Diese erhöhten Einträge führt zu einer braunen Verfärbung des Wassers und einer verringerten Lichtdurchlässigkeit in der Wassersäule, was Herausforderungen für die Seenökosysteme darstellt sowie ihren gesellschaftlichen Wert beeinträchtigt. Aquatische Mikroorganismen können besonders anfällig für die Verfärbung von Seen sein, mit Folgen für die Primärproduktion, Nahrungsnetze und das Auftreten von giftigen Algenblüten. Unsere Fähigkeit, die ökologischen Folgen der Verfärbung von Seen vorherzusagen, wird jedoch durch begrenztes Wissen über die Reaktionen der mikrobiellen Gemeinschaft, sowie die Widerstandsfähigkeit dieser Gemeinschaften gegenüber Umweltveränderungen beeinträchtigt. Wir schlagen vor, dass die Reaktion der aquatischen Mikroorganismen auf Umweltstress stark von Interaktionen mit anderen Mitgliedern der Gemeinschaft beeinflusst wird. Daher wird dieses Projekt ökologische Interaktionen zwischen einzelligen Algen (Phytoplankton) und Bakterien in Seen untersuchen, die erhöhte DOM Einträge und reduzierte Lichtverfügbarkeit erleben. Während mikrobielle Interaktionen hauptsächlich in vereinfachten Modelsystemen untersucht wurden, bleibt die Empfindlichkeit von algenassoziierten Bakteriengemeinschaften gegenüber Umweltstressoren und deren Auswirkungen auf die physiologischen Eigenschaften der Algen weitgehend unerforscht. Um diese Lücke zu schließen, unser Ziel ist es, zu untersuchen, wie sich die Verfärbung des Wassers auf Folgendes auswirkt: 1. die physiologischen Reaktionen des Phytoplanktons, 2. den Transfer von DOM zwischen Algen und assoziierten Bakterien und 3. die Zusammensetzung der algenassoziierten Bakteriengemeinschaften. Damit wollen wir die wechselseitigen Einflüsse zwischen Phytoplankton und zugehörigen Bakterien sowie die Kohlenstoffaufnahme von interessanten bakteriellen Taxa unter sich ändernder Licht- und DOM-Verfügbarkeit entschlüsseln. Messungen der natürlichen Isotopenhäufigkeit und Labeling Experimente mit stabilen Isotopen werden verwendet, um die Primärproduktion, die Atmung und die Aufnahme des durch die Algen produzierten Kohlenstoffs quantitativ zu erfassen. Darüber hinaus werden wir Mikroskopie und genomische Analysen verwenden, um die räumliche Strukturierung und die Zusammensetzung der algenassoziierten Gemeinschaft von Mikroorganismen zu erfassen. Unsere Experimente werden uns helfen zu verstehen, ob die grundlegende Funktionalität trotz der Veränderungen der Gemeinschaft erhalten bleibt, und welche bakteriellen Taxa und Funktionen voraussichtlich stärker auf die Veränderungen reagieren werden. Dieses Projekt wird das Wissen über Interaktionen auf zellulärer Ebene in eine ökosystemweite Perspektive von Süßwasserseen integrieren.
Forschungsthema: Die Beschreibung der Anreicherungen von Mikroplastik (MP) an und in Pflanzenwurzeln lässt hoffen, dass das für Umweltschadstoffe etablierte Prinzip der Phytoremediation zur Entfernung von MP aus der Umwelt genutzt werden kann. Jedoch sind die zur Gestaltung der Technologie notwendigen Grundlagen nur ansatzweise untersucht und verstanden. Daher wollen wir als Voraussetzung für die Entwicklung von Phytoremediationsverfahren die Grundlagen der Wirkung von MP auf Bodenqualität und -prozesse an der Schnittstelle von Vegetation und Gewässerdynamik am Beispiel von Flussauen untersuchen. Ziel des Projekts ist ein Verständnis von Prozessen in Böden und Sedimenten, die durch Anreicherung von MP an und in Vegetationsbeständen verändert werden. Dies umfasst am Beispiel ausgewählter Flussauen einer stark anthropogen beeinflussten Bundeswasserstraße (Elbe) im Vergleich zum einzigen erhaltenen Wildflusssystem Europas, der Vjosa, die Einflüsse von MP auf Kohlenstoffumsatz, räumliche und zeitliche Verteilung und Verhaltensdynamik von MP in Flussauen sowie die Bedeutung von Pflanzen für eine Entfernung von MP, einschließlich der dafür notwendigen Adaption, Entwicklung und Optimierung erforderlicher Analysemethoden.
Weltweit sind Wälder einem zunehmenden Druck durch klimatischen Stress und die damit verbundene Dynamik von Herbivoren und Krankheitserregern ausgesetzt, vor allem durch die steigende Intensität und Häufigkeit von Dürreereignissen. Ein aktuelles Beispiel dafür wie Klimastress die Zukunft der Wälder prägen kann, ist das regionale Absterben der Rotbuche (Fagus sylvatica L.) nach der schweren Dürre 2018/2019 in Mitteleuropa. Diese drastische und beispiellose Reaktion dieser wichtigen europäischen Laubbaumart, die die potentielle natürliche Vegetation in Mitteleuropa dominieren würde, deutet auf eine Abwärtsspirale abnehmender Vitalität in Kombination mit abnehmender Wachstumsstabilität hin. Diese Entwicklung stellt die erwartete herausragende Rolle dieser Art für die Anpassung von Wäldern an den Klimawandel in Frage. Die vom Buchensterben betroffenen Standorte zeichnen sich durch eine hohe Heterogenität auf: Individuen mit starker Reaktion auf Trockenheit bis hin zum Absterben sind in direkter Nachbarschaft zu vitalen und scheinbar nicht betroffenen Individuen zu finden. Wir vermuten, dass komplexe Wechselwirkungen verschiedener abiotischer und biotischer Faktoren für diese ungleiche Verteilung der Dürrerereaktion innerhalb der Buchenbestände verantwortlich sein könnten. Während die kleinräumige Heterogenität abiotischer Faktoren, vor allem der Bodeneigenschaften, die Variabilität der Bodenwasserverfügbarkeit innerhalb des Bestandes bedingt, könnte intraspezifische Konkurrenz als kritischer biotischer Faktor darüber hinaus verzögerte Wachstumsreaktionen und dürreinduzierte Mortalität steuern. Das beantragte Projekt zielt daher darauf ab, die Triebkräfte der Buchenmortalität als Reaktion auf die schwere Dürre- und Hitzewelle 2018/19 durch eine kombinierte Analyse der Wachstumsreaktionen auf historische klimatische Variabilität und der feinskaligen edaphischen und strukturellen Faktoren entlang eines Klimagradienten zu entschlüsseln. Unser Ziel ist es insbesondere, i) die visuelle Kategorisierung der Baumvitalität und des Kronenzustandes durch hochauflösende Fernerkundungsprodukte retrospektiv zu validieren, ii) die kleinräumige Variabilität in den topographischen, edaphischen, strukturellen und konkurrenzabhängigen Standortsbedingungen jedes Baumes zu beschreiben, iii) den Vitalitätsverlust zu quantifizieren und zwischen den Bäumen zu vergleichen, indem wir aus radialem Wachstum und d13C aus Jahrringen generische und spezifische Indikatoren dazu ableiten, iv) eine neue Strategie zur Risikobewertung zu entwickeln, indem wir die auf den Untersuchungsflächen ermittelten dürrebedingten Vitalitätsverluste und Erholungstrajektorien in den biogeographischen Kontext des gesamten Verbreitungsgebiets der europäischen Buche setzen, und (v) eine validierte Handlungsempfehlung zu entwickeln für die Abschätzung der Trockenstresssensitivität dieser ökonomisch und ökologisch wichtigen Baumart, in Abhängigkeit von edaphischen und strukturellen Faktoren.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 62 |
| Europa | 1 |
| Wissenschaft | 27 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 62 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 62 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 61 |
| Englisch | 59 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Webseite | 62 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 44 |
| Lebewesen und Lebensräume | 61 |
| Luft | 32 |
| Mensch und Umwelt | 62 |
| Wasser | 28 |
| Weitere | 62 |