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Populationsmodell des Auerhuhns in den Schweizer Alpen: Grundlagen für den Artenschutz

Das Auerhuhn ist eine stark gefährdete Brutvogelart der Schweiz. Veränderungen in der Zusammensetzung und Nutzung des Waldes haben dazu geführt, dass sich die Bestände dieses Raufusshuhns in den letzten drei Jahrzehnten halbiert haben. Deshalb sollen die Lebensraumansprüche des attraktiven Waldvogels vermehrt in der Planung und Umsetzung von Waldreservaten und der Bewirtschaftung von Wäldern der höheren Lagen berücksichtigt werden. Auf der kleinen räumlichen Ebene sind die Habitatsansprüche der Art durch Untersuchungen in West- und Mitteleuropa (Storch 1993, 2002, Schroth 1994) und Skandinavien relativ gut bekannt. Dagegen werden die Populationsprozesse auf der Ebene der Landschaft erst in Ansätzen verstanden (Sjöberg 1996, Kurki 2000). Entsprechend konnte man die Bestandsrückgänge in den meisten Gebieten Europas noch nicht stoppen, da einerseits genauere Kenntnisse über das Zusammenspiel und die relative Bedeutung der einzelnen Faktoren fehlen (Habitatqualität, Störungen, Prädatoren, Witterung-Klima, Huftierkonkurrenz), und andererseits noch nicht versucht wurde, die Bestandsentwicklung im grossen landschaftlichen Massstab als Metapopulationsdynamik zu verstehen. Es ist das primäre Ziel dieses Projekts, ein räumlich explizites Metapopulationsmodell des Auerhuhns für einen grossen Landschaftsausschnitt der Schweizer Alpen zu erarbeiten. Dabei sollen die erwähnten Einflussfaktoren möglichst umfassend berücksichtigt werden. Die Arbeit soll modellhaft zeigen, dass für das Verständnis von Populationsvorgängen von raumbeanspruchenden Wildtierarten eine Analyse und Bewertung von lokal bis überregional wirksamen Einflussfaktoren notwendig sind. Die Ergebnisse sollen zudem als konzeptionelle Grundlage für den Nationalen Aktionsplan Auerhuhn und für regionale Artenförderungsprojekte dienen. Folgende Fragen und Themen sind für das Projekt von zentraler Bedeutung: Wie gross ist das landschaftsökologische Lebensraumpotenzial für das Auerhuhn in den Alpen, wie ist es räumlich verteilt? Wie verteilen sich die lokalen Auerhuhnpopulationen in diesen Potenzialgebieten? Wie gross sind die Bestände? Welche Faktoren beeinflussen den Status von Lokal- und Regionalpopulationen? Welche Populationen haben abgenommen oder sind verschwunden, welche sind stabil (Source-Sink-Mechanismen)? Zwischen welchen räumlich getrennten Populationen besteht ein Austausch? Welche Landschaftselemente wirken als Barrieren? Entwickeln einer nicht-invasiven Methode für die genetische Differenzierung von Populationen, sowie für Bestandsschätzungen und Monitoring.

Forschungsdatenzentrum Ruhr am RWI

As a center for scientific research and evidence-based policy advice, RWI requires an effective econometric infrastructure. The increased use of individual and firm data also requires effective regulations and tools for data protection. The research division’s objectives are to advise RWI researchers in methodical questions, to develop new econometric approaches to solve concrete research questions, and to ensure data protection.

Naturschutzbiologie von Birkhühnern vor dem Hintergrund anthropogener Einflüsse auf alpine Ökosysteme

Ziel der Arbeit ist die Abschätzung demografischer Parameter von Birkhuhnpopulationen in den italienischen Zentralalpen, um zu einem besseren Verständnis ihrer Dynamik zu gelangen und Management- sowie Schutzstrategien formulieren zu können.

Genetische Grundlagen für das Überleben der Birkhuhnpopulationen in Europa

Das Birkhuhn (Tetrao tetrix), einst typischer Bewohner von Moor- und Heidelandschaften, lebt in Deutschland außerhalb der Alpen nur noch in kleinen isolierten Vorkommen. Aufforstungen von Heideflächen und die Entwässerung und Kultivierung von Mooren reduzierten seinen Bestand. Heute steht das Birkhuhn als vom Aussterben bedrohte Art auf der Roten Liste der Brutvögel Deutschlands. Allein in Niedersachsen, wo außerhalb der Alpen noch der größte Birkhuhnbestand lebt, sank die Zahl der Tiere innerhalb der letzten 30 Jahre von rund 4.000 auf heute 200. Das Projekt untersucht die für den Artenschutz zentrale Frage, wie sich die voneinander isolierten Populationen in Deutschland an Veränderungen ihrer Lebensräume anpassen. Daraus sollen dann konkrete Empfehlungen für den Schutz des Birkhuhns abgeleitet werden.

Modeling the Linkages between Climate and Society: The CLIMSOC Model

Discussions of the causes and effects of global climate change invariably invoke the interaction between the physical environment and human activities. The increase of greenhouse gases in the earth's atmosphere is widely identified as central to the projected warming trends of the next several generations. These temperature changes will also affect precipitation and sea levels and thus determine amounts and types of land available for cultivation and the kinds of crops appropriate to grow on them, thus influencing population size and density as well as various economic and political arrangements. Human activities in turn contribute significantly to the amount of greenhouse gases emitted so that changes in populations and their ways of life will alter climate trends. There are numerous and complex feedback relations between climate and human behavior. Although these are always acknowledged, their effects are poorly understood. However, until the linkages between the physical and human domains are identified and explicitly introduced into our models, it will be difficult to understand the direction and consequences of change or to make viable policy recommendations. In order to study the impact of climate on human systems and of human behavior on physical systems, we have developed a model called CLIMSOC that focuses on climate-society interactions. The structure is a general and theoretical one that permits empirical studies of specific geographical regions or key linkages at the global scale. A set of basic variables and key social, economic, and political relationships underlie the model's structure.

Einfluss von Klima und Bewirtschaftung auf bakterielle N-Umsetzungsprozesse und die Zusammensetzung daran beteiligter Populationen in buchendominierten Laubwäldern

Bodenmikrobiologische N-Umsetzungsprozesse nehmen eine zentrale Stellung im N-Kreislauf von Wäldern ein, da sie einerseits als N-Lieferanten für den Bestand fungieren, andererseits aber auch mit diesem um N konkurrieren. Bisher lagen keine systematischen Untersuchungen über den Einfluss von Klimafaktoren (Temperatur, Niederschlagsverteilung) und Bewirtschaftungsmaßnahmen (Schirmhieb) auf (a) bakterielle N-Umsetzungsraten im Boden, (b) die an sie gekoppelten gasförmigen N-Verluste, (c) die Konkurrenzsituation zwischen Baumwurzel-Aufnahme und bakteriellen N-Umsetzungsprozessen um im Boden vorhandenen Stickstoff wie auch (d) Zusammensetzung der am N-Kreislauf in Buchenwäldern beteiligten bakteriellen Populationen vor. Im Rahmen dieses Vorhabens sollen die bisher durch Freiland- und Laboruntersuchungen auf den Kernflächen des auslaufenden Sonderforschungsbereichs 433 (K1: NO-exponiert und K2: SW-exponiert) gewonnenen Ergebnisse um Untersuchungen auf der NW-exponierten Satellitenfläche S erweitert werden, um belastbare Aussagen über den Einfluss von Klima bzw. Bewirtschaftung auf die o.g. Parameter treffen zu können. Die eigenen und in engster Zusammenarbeit mit weiteren Disziplinen (Hildebrand/Bodenkunde, Mayer/Meteorologie, Rennenberg/Baumphysiologie gewonnenen Freiland- und Labor-Datensätze werden dazu genutzt, ein im IFU vorhandenes prozessorientiertes Modell zur Simulation der biogeochemischen N- und C-Umsetzungen in Waldböden und der an sie gekoppelten gasförmigen N- und C-Emissionen so weiterzuentwickeln, dass es zur Berechnung der genannten Umsetzungen/Emissionen auf der lokalen Skala, d.h. der Skala der Untersuchungsflächen, eingesetzt werden kann.

Generationenübergreifende Anpassungstrategien an Ozeanversauerung und -erwärmung in Fischen

Anthropogene CO2 Emissionen werden zum Teil von den Ozeanen absorbiert und führen zu erniedrigten marinen pH und Karbonatwerten, dieser Prozess wird Ozeanversauerung genannt. Ozeanversauerung geht mit Ozeanerwärmung einher, zusammen bedrohen beide Umweltveränderungen das Leben im Meer. Fische wurden bisher als recht unempfindlich gegenüber diesen Veränderungen im Meerwasser eingeschätzt, da sie über hoch entwickelte Säure-Base- und Ionenregulation verfügen. Daher haben nur wenige physiologische Studien den Einfluss von Hyperkapnie auf die Physiologie und das Verhalten von Fischen untersucht, und häufig wurden dabei auch CO2 Partialdrücke eingesetzt, die weit jenseits der vom IPCC prognostizierten Werte für die nahe Zukunft liegen. Weiterhin wurden bisher nur wenige Lebensstadien untersucht, obwohl es immer mehr Anhaltspunkte dafür gibt, dass besonders die frühen Lebensstadien, die noch nicht über voll ausgeprägte homeostatische Kapazitäten und Verhaltenrepertoire verfügen, besonders empfindliche gegenüber OAW reagieren. Weiterhin lassen viele aktuelle Studien eine integrative Analyse von physiologischen Antworten auf zellulärer, Gewebe- und Ganztierebene vermissen, außerdem fehlt uns ein generelles Verständnis des evolutionären (generationenübergreifenden) Anpassungspotentials von Fischen an den Klimawandel. FITNESS versucht kritische Wissenslücken zu schließen, indem die synergistischen Auswirkungen von OAW auf Zell-, Gewebe- und Ganztierebene an verschiedenen Lebensstadien (Embryonen, Larven, Jungfische und Adulte) an warm-temperaten Wolfsbarschen (Dicentrarchus labrax) untersucht werden. Dabei untersucht FITNESS die physiologischen Reaktionen zwischen F0 und F1 Generationen von Fischen, von denen bereits die Elterntiere verschiedenen OAW-Szenarien ausgesetzt waren; weiterhin werden auch Wildpopulationen untersucht. Damit bereitet FITNESS den Weg für eine ganzheitlichere Analyse der Populationsakklimatisation und -adaptation, indem phänotypische Veränderungen mit Darwin'schen Fitnessfaktoren verknüpft und die Vererbbarkeit physiologischer Schlüsselparameter untersucht werden. Um weiterhin unser Ursache-Wirkungs-Verständnis von OAW voran zu treiben, werden konzeptionelle Modelle eingesetzt, die die Antworten auf Zell-, Gewebe- und Ganztierebene parametrisieren und in physiologisch-bioenergetische Modelle einfließen lassen, um mögliche Anpassungskapazitäten und Abstriche in Wachstum, Reproduktion und Mortalitätsrisiko abzuschätzen. FITNESS profitiert dabei von den großzügigen Aquakulturkapazitäten in Frankreich, in denen eine große Anzahl von Fischen (größer als 1000) über zwei Generationen hinweg sowohl unter Labor- als auch unter Feldbedingungen verfolgt werden kann. Weiterhin kommen FITNESS die enge Zusammenarbeit mit aktuellen Ozeanversauerungsprojekten in Deutschland (BIOACID) und Portugal zugute, die sich mit Kalt- bzw. Warmwasserfischen beschäftigen und somit Vergleiche über einen weiten Bereich von Temperaturfenstern erlauben.

Auerhuhn-Monitoring in den Chiemgauer Alpen

In einer Langzeitstudie werden in einem Modellgebiet der Chiemgauer Alpen seit 1990 und dann alljährlich seit 1997 nach einem standardisierten Rasterverfahren auf 2000 ha indirekte Nachweise von Auerhühnern (Losung, Mauserfedern etc.) kartiert. Die Ergebnisse liefern einen Index der Größe und Entwicklung der Population und ihrer räumlichen Verteilung. Alle 5 Jahre wird zudem eine Habitatbewertung aufgrund eines Habitat Suitability Index-Modells durchgeführt. Dies ist das einzige Gebiet der Bayerischen Alpen, in welchem nach einem standardisieren Verfahren alljährlichen Daten zur Populationsentwicklung des Auerhuhns (Auerhuhn-Monitoring) erhoben werden. Es zeigt sich, dass der Bestand langfristig von der Forstwirtschaft beeinflusst wird, was kurzfristig von den Zufälligkeiten des Wetters überlagert wird. Die Arbeiten sollen langfristig fortgeführt werden.

Ganzheitliche Rübenderbrüssler Bekämpfung im Zuckerrübenbau mit dem entomopathogenen Pilz Metarhizium brunneum (CURCUCONT)

Zielsetzung: In Ermangelung an wirksamen, umweltfreundlichen, zugelassenen chemischen Insektiziden, soll eine ganzheitliche, direkte Bekämpfung bzw. der Populationskontrolle sowohl der Rüsselkäferlarven als auch der adulten Käfer mit dem biologischen Wirkstoff M. brunneum (GranMetTM)-Pilzgerste bzw. wasserdispergierbarem Sporenprodukt (beide Produkte von der Firma Agrifutur s.r.l.) ausgetestet werden. Mit einem mehrjährigen Monitoring soll abgesichert werden, dass die Bothynoderes - Population in den Behandlungsflächen unter der wirtschaftlichen Schadschwelle gehalten werden kann. Es soll besonders auch das Hauptaugenmerk auf i) die Austestung von neuen Pilz-Dipersionsformulierungen gerichtet sein, welche im Projekt INBIOSOIL (FP7-ENV-2011-3.1.9.-1; No. 282767) und DIACONT (BMLFUW 101111) entwickelt wurden; ii) zusätzlich sollen die Versuche zur Präventionswirkung des entomopathogenen Pilzes BIPESCO 5, formuliert auf steriler Gerste, fortgeführt und ausgedehnt werden. Dazu sollen stark befallene Zuckerrübenfelder mit dem Produkt GranMetTM behandelt werden und iii) soll auf Grundlage von Sprühversuchen mit dem entomopathogenen Pilz M. brunneum (BIPESCO 5) die oberirdische Käferbehandlung auf Praxistauglichkeit entwickelt werden (Laboraustestungen und in-situ Feldapplikationen - Applikation mit Sattelspritzgerät; Persistenzuntersuchung von Metarhizium auf Blattoberfläche zur Bestimmung optimaler Applikationszeitpunkte bzw. -Häufigkeit). Sollte sich erhärten, dass M. brunneum tatsächlich Populationsregulierend auf den Rübenderbrüssler wirkt, sollte es keine Schwierigkeit sein, auf Grundlage der EU-Verordnung (1107/2009), in naher Zukunft ein registriertes Metarhizium-Präparat auf den Markt zu bringen. Mit einem mehrjährigen Monitoring soll nun bestätigt werden, dass sich in den Behandlungsflächen die Derbrüsselkäfer-Population unter der wirtschaftlichen Schadschwelle gehalten werden kann. Einsatz von Metarhizium spp. auf Blattoberflächen: Bekanntlich kann Metarhizium, primär ein typischer Bodenpilz, auch auf Blattoberflächen und bei pflanzensaugenden Insekten als indigenes Pathogen nachgewiesen werden. Seit wenigen Jahren werden bereits Metarhizium Dispersionsformulierungen gegen Blattschädlinge (z.B. Spittlebugs, Termiten, Blattläuse, Thrips) mittels Sprühapplikation auf Kulturpflanzen geprüft bzw. angewendet (VEGA et al. 2009, STRASSER et al. 2017, MWEKE et al, 2018). Es besteht großes Interesse an der Verbesserung der Formulierungs- und Anwendungstechnologien in der Blattspritzanwendung (BUTT 2002). So wird beispielsweise der Einsatz von Additiven wie Haftmittel in Sporensuspensionen für die Sprühanwendung empfohlen, um hohe Sporenkonzentrationen auf Blattoberflächen und damit eine gute Persistenz auf den Pflanzen zu gewährleisten (INGLIS et al. 2001). Notwendige Informationen bezüglich Umwelt- und Blattpersistenz von M.spp. sollen erarbeitet werden und sind somit auch Gegenstand unserer Untersuchungen.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1294: Bereich Infrastruktur - Atmospheric and Earth system research with the 'High Altitude and Long Range Research Aircraft' (HALO), Messungen stabiler Isotopenverhältnisse in flüchtigen organischen Verbindungen im Ausfluss von Ballungszentren. Dieser Antrag ist ein Beitrag zu den HALO-Missionen EMeRGe-EU und EMeRGe-ASIA

Die Auswirkungen von flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) auf die Luftqualität und damit auf die Gesundheit der Menschen auf lokaler oder regionaler Skala sind direkt offenkundig durch die schädlichen Effekte auf die Lebenswelt. Noch bedeutender ist die kritische Rolle, die VOC in chemischen Prozessen der Atmosphäre einnehmen. Die Bildung vieler sekundärer organischer Schadstoffe in der Atmosphäre wie Ozon, Peroxide, Aldehyde, Peroxyacetylnitrate und sekundäre organische Aerosole hängt entscheidend von der Verfügbarkeit der VOC und ihrer Vorläufersubstanzen ab. Wir planen die Messung von Isotopenverhältnissen und Konzentrationen spezifischer VOC in der Abluft großer Ballungszentren (MPC) in Europa und Asien durch Einsatz des Luftprobensammlers MIRAH auf den HALO-Missionen EMeRGe-EU und EMeRGe-Asia. Die Luftproben werden im Labor mittels Gaschromatographie-Verbrennungs-Isotopen-Massenspektrometrie analysiert. Isotopenverhältnisse in VOC sind wertvolle Indikatoren zur Untersuchung von Reaktionen, die derzeitigen Messverfahren nicht direkt zugänglich sind. Transport- und Mischungsprozesse in der Atmosphäre können damit visualisiert werden, wertvolle Information über dominante Prozesse, an denen VOC beteiligt sind, gewonnen werden. Bereits in den letzten HALO-Missionen, TACTS/ESMVal und den beiden OMO-Missionen, konnten wir zeigen, dass die beantragte Messmethode ein sensitives Werkzeug ist, z.B. für Quellstudien von VOC, zur Ableitung von Transportwegen und deren Einfluss auf die Verteilung der VOC, zur Abschätzung des Mischungsgrads, der Unterscheidung zwischen dynamischen und chemischen Prozessen, als auch zur Untersuchung atmosphärischer Umwandlung und Verweilzeit spezifischer VOC. Die Wertstellung dieser Ergebnisse wird sogar noch gesteigert durch den Vergleich mit Ergebnissen aus 3-dimensionalen Chemie-Transport-Modellen. Die folgenden geplanten wissenschaftlichen Zielsetzungen betten sich in die übergreifenden Ziele von EMeRGe-EU and EMeRGe-ASIA: (1) Messung der Zusammensetzung der in Europa und Asien entspringenden Schadstofffahnen und Bestimmung des Beitrags bestimmter VOC an der Zusammensetzung der Atmosphäre; (2) Bestimmung der weitreichenden Luftverschmutzung sowie deren Einfluss auf die Verteilung bestimmter VOC; (3) Identifizierung möglicher Unterschiede im Transport und der Umwandlung von VOC, die mit besonderen einzigartigen Charakteristiken europäischer und asiatischer MPCs verbunden sind; (4) Identifizierung von Oxidations- und Zwischenprodukten des VOC-Abbaus; (5) Informationsgewinnung über Oxidationswege durch Messung von Vorläufer- und Oxidationsprodukten; (6) Altersbestimmung von Luftmassen in unterschiedlichen Stadien der Schadstofffahnen; (7) Gegenüberstellung photochemischer Prozessierung gegen Transport und Mischung; (8) Verbindung der Informationen aus Isotopenverhältnissen mit bestimmten regionalen meteorologischen Daten; (9) Bereitstellung der Messdaten für Chemietransportmodelle.

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