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Evaluating current European agri-environment schemes to quantify and improve nature conservation efforts in agricultural landscapes (EASY)

Research question: Agri-environment schemes play an increasingly important role in European CAP (Common Agricultural Policy) to support biodiversity and environment in agricultural landscapes. They have been implemented since 1992 and now cost a yearly 1.7 billion Euro. Still, there is no conclusive evidence that these schemes actually do contribute to the conservation of particularly biodiversity. The primary objective of this project is to evaluate the (cost-) effectiveness of European agri-environment schemes in protecting biodiversity and to determine the primary processes that determine their effectiveness. This project furthermore aims to determine how CAP may be introduced in candidate EU-members without unacceptable loss of biodiversity. It will provide simple guidelines how researchers, governmental authorities may efficiently evaluate agri-environmental measures. Aim: Agri-environment schemes have been used to protect biodiversity and environment in agricultural areas since 1992. Their effectiveness has never been reliably evaluated. This project aims to evaluate the (cost-)effectiveness of agri-environment schemes with respect to biodiversity conservation in five European countries. It will determine the proper scales that have to be addressed for conservation efforts for a range of species groups. It will determine the most important environmental factors that influence the effectiveness of the schemes. Based on this, recommendations will be made how the effectiveness of schemes may be improved and simple guidelines will be produced how ecological effects of agri-environment schemes can be evaluated efficiently by governmental authorities or other institutions. The ecological effects of the introduction of CAP in a candidate EU-member will be investigated to reduce negative side effects of anticipated land-use changes Scientific methods: We will examine the effectiveness of agri-environment schemes by surveying pairs of fields: a field with an agri-environment scheme and a nearby field that is conventionally managed. In five countries, in each country in three areas, and in each area on seven pairs of fields the species richness of birds, plants and three insect groups (pollinators, herbivores, predators) will be determined. Effects of schemes on pollination efficiency and pest control will be examined using indicator communities. Correlative studies will examine the effects of landscape structure, land-use intensity and species pool on the effectiveness of agri-environmental measures. The spatial scale that is relevant to nature conservation efforts will be investigated via the spatial distribution of species groups. The results will be used to formulate recommendations how to improve the effectiveness of agri-environment schemes and to construct a set of simple guidelines how schemes can be evaluated efficiently yet reliably.

Wozu bauen Coccolithophoriden eine Kalkschale? Dient sie zum Schutz gegen Fressfeinde und Pathogene?

Coccolithophoriden sind eine Gruppe von ca. 200-300 marinen Phytoplanktonarten, die in allen Weltmeeren vorkommt. Sie besitzen die besondere Fähigkeit eine Kalkschale (Coccosphäre) zu bauen, die sie aus vielen kleinen Kalkplättchen (Coccolithen) zusammensetzen. Aufgrund ihrer Fähigkeit zu kalzifizieren sind sie ein wichtiger Bestandteil im Klimasystem, denn die Produktion von Kalk nahe der Meeresoberfläche führt zu einem vertikalen Gradienten der Seewasseralkalinität, beschleunigt den Kohlenstoffexport in die Tiefsee und erhöht die Rückstrahlung von einfallender Sonnenenergie von der Erdoberfläche ins Weltall. Trotz intensiver Forschung an der Physiologie der Kalzifizierung und dessen biogeochemischer Relevanz konnten wir eine der entscheidenden Fragen immer noch nicht beantworten: Wozu bauen Coccolithophoriden eine Kalkschale? Die Beantwortung dieser Frage ist von außerordentlicher Bedeutung, denn solange wir nicht wissen wozu die Kalkschale dient können wir auch nicht vorraussagen in welchem Maße sich die durch die Ozeanversauerung zu erwartende Abnhame in der Kalzifizierung negativ auf die Fitness dieser Lebewesen in ihrem natürlichen Lebensraum auswirkt. In dem hier vorgestellten Projekt möchten wir die Frage nach der Bedeutung der Kalzifizierung erforschen, indem wir untersuchen ob die Coccosphäre einen Schutz gegen planktonische Räuber, Bakterien und Viren darstellt. Dazu haben wir eigens einen experimentellen Ansatz entwickelt wobei kalzifizierte und dekalzifizierte Coccolithophoridentzellen zusammen mit deren Fressfeinden und Pathogenen kultiviert werden. Dieser Ansatz erlaubt es uns folgende Fragestellungen zu untersuchen: 1) Sind kalzifizierte Zellen besser in der Lage sich gegen Fraß und Infektion zu schützen als Zellen ohne Coccosphäre? 2) Bevorzugen Fressfeinde und Pathogene solche Zellen, bei denen die Coccosphäre entfernt wurde, wenn ihnen beides angeboten wird? 3) Sind Wachstum und Reproduktion von Fressfeinden und Pathogenen verlangsamt, wenn sie kalzifizierte Zellen fressen oder infizieren?

Schwerpunktprogramm (SPP) 1158: Antarctic Research with Comparable Investigations in Arctic Sea Ice Areas; Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten, Untersuchungen zur trophischen Bedeutung und Metapopulationsstruktur von Arten des gelatinösen Zooplanktons im Südpolarmeer über DNA-Metabarcoding

Gelatinöses Zooplankton (GZP), darunter pelagische Ctenophoren, Nesseltiere und Salpen, gelten als Gewinner des Klimawandels. In mehreren marinen Ökosystemen weltweit hat ihre Zahl in den letzten Jahrzehnten erheblich zugenommen. Diese so genannte "Gelierung" gilt auch für die sich erwärmende Region des Südpolarmeers mit ihrer bekannten Verschiebung von einem krillbasierten zu einem salpenbasierten Ökosystem. Abgesehen von den Salpen werden andere gelatinöse Zooplankter der Antarktis kaum untersucht, da diese schwer erfassbaren Vertreter des pelagischen Lebensraums aufgrund methodischer Beschränkungen mit den traditionellen Netzbeprobungen nicht bzw. kaum nachweisbar sind. Entsprechend wird die Vielfalt des GZPs bislang nicht erhoben, ihre Biodiversität und Abundanz unterschätzt. Wenn man bedenkt, dass das GZP einen großen Teil der pelagischen Biomasse ausmacht und noch zentraler im Kontext der Ozeanerwärmung wird, könnte ihre ökosystemare Bedeutung als Nahrungsressource für höhere tropische Ebene zunehmen. Bis vor kurzem galt GZP allerdings als "trophische Sackgasse". Diese klassische Sichtweise ist darin begründet, dass durch die schnelle Verdauung des wässrigen, weichen Gewebes von GZP, diese - ebenso wie in den Netzfängen - nicht mehr in den Verdauungsorganen von Beutetieren nachweisbar sind. Erste neuere Studien haben jedoch gezeigt, dass viele Taxa routinemäßig GZP im gesamten Weltozean konsumieren. Mit diesem DFG-Antrag wollen wir diesen Paradigmenwechsel für pelagische und demersale Ökosysteme des Südpolarmeers validieren. Zu diesem Zweck werden wir die räumlich-zeitliche Variation in der Nahrungszusammensetzung und das Auftreten von GZP-Räubern für Amphipoden- und Fischarten mit Hilfe eines DNA-Metabarcoding-Ansatzes untersuchen.Anschliessend wollen wir auf der Grundlage der Millionen von DNA-Messwerten, die mit dieser Methode und bioinformatischer Entrauschung gewonnen wurden, eine metaphylogeographische Studie durchführen. Damit wollen wir die genetische Struktur und die Populationskonnektivität der sonst schwer zu beprobenden gallertartigen Zooplanktonarten untersuchen.

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.

Gegen den europäischen Trend: Die Bleckriede ist ein Rückzugsort für Wiesenvögel

Diepholz – Kiebitz, Uferschnepfe, Rotschenkel – so heißen einige der selten gewordenen Wiesenvögel, um deren Schutz sich das Land Niedersachsen im LIFE-Projekt „Grassbird Habitats“ bemüht. In der Bleckriede, im Vogelschutzgebiet Diepholzer Moorniederung, wachsen die Brutbestände entgegen europaweiten Trends durch gezieltes Wassermanagement und Prädatorenmanagement an. Während beispielsweise die Bestände der Uferschnepfe europaweit seit 1990 um mehr als die Hälfte zurückgingen, hat sich ihr Bestand in der Bleckriede durch die Schutzbemühungen im gleichen Zeitraum verdoppelt. Kiebitz, Uferschnepfe, Rotschenkel – so heißen einige der selten gewordenen Wiesenvögel, um deren Schutz sich das Land Niedersachsen im LIFE-Projekt „Grassbird Habitats“ bemüht. In der Bleckriede, im Vogelschutzgebiet Diepholzer Moorniederung, wachsen die Brutbestände entgegen europaweiten Trends durch gezieltes Wassermanagement und Prädatorenmanagement an. Während beispielsweise die Bestände der Uferschnepfe europaweit seit 1990 um mehr als die Hälfte zurückgingen, hat sich ihr Bestand in der Bleckriede durch die Schutzbemühungen im gleichen Zeitraum verdoppelt. Vor einem Jahr endeten in der Bleckriede Modernisierungsarbeiten am Stausystem durch den Niedersächsischen Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz (NLWKN). Die Wiesenvögel finden nun optimale Brutbedingungen vor: Nasse, kurzrasige Wiesen in einer weithin offenen norddeutschen Kulturlandschaft. Cedric Gapinski, der seit 2022 als Betreuer des NLWKN im EU-LIFE-Projekt „Grassbird Habitats“ für das Gebiet zuständig ist, gibt daher einen optimistischen Ausblick auf die kommende Brutsaison in der Bleckriede, wo NLWKN und der BUND Diepholzer Moorniederung (BUND DHM) seit über 20 Jahren gemeinsam erfolgreichen Wiesenvogelschutz betreiben. Zum Start in die neue Wiesenvogel-Brutsaison könnten die Bedingungen in der Bleckriede kaum besser sein: Die Gräben sind maximal gefüllt, und weite Teile der Wiesen und Weiden sind flach mit Wasser überstaut. Obwohl der Winter insgesamt trocken war, sind die Vorzeichen ähnlich gut wie im sehr nassen Rekordjahr 2024. Mit den neuen Stauanlagen soll das Wasser länger auf den Flächen zurückgehalten werden. Der Erfolg der Maßnahme kann gemessen werden: „Hierzu sind mehrere Wasserstands-Messpegel in der Bleckriede installiert“, berichtet Gapinski. Das Stausystem und die Messpegel wurden mit EU-Fördermitteln finanziert. „Die Messpegel sind Teil einer aktuell laufenden Machbarkeitsstudie. Deren Ergebnisse sollen helfen, das Wassermanagement zu optimieren, auch wenn Wasser in Folge des Klimawandels knapp wird.“ Wiesenvogelschutz braucht Zeit Wiesenvogelschutz braucht Zeit Seit über 20 Jahren werden in der Bleckriede erfolgreich Wiesenvögel geschützt. Dokumentiert ist dies in einem Beitrag in den Vogelkundlichen Berichten der Niedersächsischen Ornithologischen Vereinigung (NOV). (Quelle: Obracay, K., J. Wobker & T. Obracay (2024): Erfolgreicher Wiesenvogelschutz im NSG „Bleckriede“. Vogelkdl. Ber. Nieders. 50: 389–412.) Wichtigstes Ergebnis: Es ist gelungen, die Brutpaare der Wiesenvögel von zwischenzeitlichen Tiefstwerten von ca. 30 auf 293 Brutpaare zu erhöhen (bisheriger Höchstwert). Damit gehört die Bleckriede zu einem der wenigen Wiesenvogel-Brutgebiete Europas, das wachsende Bestände an diesen seltenen Brutvögeln aufweisen kann. Dies ist ein Beleg dafür, dass Wiesenvogelschutz erfolgreich sein kann, wenn alle wichtigen Faktoren optimiert werden und die verschiedenen Akteure gut zusammenarbeiten. Deshalb blickt Gapinski durchaus zuversichtlich in die Zukunft: „Mit den erneuerten Wehren und den Elektroschutzzäunen sind die Weichen für eine erfolgreiche Brutsaison gestellt.“ Hintergrundinformation zur Bleckriede und zum LIFE IP Projekt „GrassBirdHabitats“ (LIFE19 IPE/DE/000004) Hintergrundinformation zur Bleckriede und zum LIFE IP Projekt „GrassBirdHabitats“ (LIFE19 IPE/DE/000004) Die Bleckriede ist ein Niedermoor in der Diepholzer Moorniederung, das bereits 1989 als Naturschutzgebiet ausgewiesen wurde. Zuvor war es stark entwässert worden, und das Grünland wich vermehrt dem Ackerbau. „Dann kaufte das Land Niedersachsen etwa 170 der insgesamt 225 Hektar und etablierte wieder eine extensive Grünlandwirtschaft mit später Mahd und wenig Düngung“, erläutert Dr. Jan-Erik Dickopp, der im NLWKN seit 2021 die Landesnaturschutzflächen in der Diepholzer Moorniederung betreut. Bereits 2003 startete der NLWKN mit der Entfernung von Gehölzen, da diese von Wiesenvögeln gemieden werden und Verstecke für Beutegreifer wie Füchse bieten. Zur gleichen Zeit begann der Bau von zwölf regulierbaren Stauanlagen in den Gräben, die letzte davon in 2012. Dadurch kann Grabenwasser angestaut und Regenwasser zurückgehalten werden. Nennenswerte Erfolge blieben aber noch aus, da Küken und Eier größtenteils Beute von Füchsen und Mardern wurden. Deshalb wurde 2011 mit der Einzäunung von Brutflächen begonnen. Spezielle, 1,40 Meter hohe Elektrozäune schließen Fressfeinde seitdem zuverlässig aus. Das so eingezäunte Grünland misst inzwischen 50 Hektar. Die Überwachung des Vogelbestands und die Wartung der Zäune übernimmt der BUND DHM, was durch die Förderung als Ökologische Station durch das Land Niedersachsen ermöglicht wird. Mit dem LIFE-Projekt „Grassbird-Habitats“ stehen bis 2030 rund 27 Millionen Euro, davon zwölf Millionen Kofinanzierung durch das Land Niedersachsen, für den Wiesenvogelschutz zur Verfügung. In Niedersachsen werden dafür in 27 Projektgebieten, darunter der Diepholzer Moorniederung, wiesenvogelfreundliche Maßnahmen wie die Optimierung der Wasserstände und extensive Flächennutzung umgesetzt. Das Niedersächsische Umweltministerium als Projektträger hat die Staatliche Vogelschutzwarte im Niedersächsischen Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz (NLWKN) mit der Umsetzung des Projekts beauftragt. Mehr Informationen zum Projekt: https://www.grassbirdhabitats.eu/de .

Ecosystem functions of rare arable plants - field experiment: Araneae data

Partly taken from the materials and methods of https://doi.org/10.1016/j.baae.2022.12.003: To compare the activity densities of ground-dwelling predators between treatments with and without RAPs, spiders were sampled using pitfall traps, which were set up after each round of aphid counting (one per plot, twice per year; Brown & Matthews, 2016). The traps (with a volume of 400 ml and a width of 90 mm) were filled with a mixture of water and ethylene glycol (1:1; 120 ml) and dug at ground level into the middle of each plot. The traps were covered with a plastic roof and a metal grid (15 × 15 mm grid size) to avoid overflowing during rain and accidental rodent catches (Császár et al., 2018). The traps were activated for 7 days. Subsequently, all arthropods were transferred into 70% ethanol. Spiders were identified to species according to Nentwig et al. (2019). Spider hunting strategy (active hunter or web-builder) was used as the feeding trait according to Cardoso et al. (2011).

Ecosystem functions of rare arable plants - field study: Araneae data

Partly taken from the materials and methods of https://doi.org/10.1016/j.baae.2022.12.003: To compare the activity densities of ground-dwelling predators between treatments with and without RAPs, spiders were sampled using pitfall traps, which were set up after each round of aphid counting (one per plot, twice per year; Brown & Matthews, 2016). The traps (with a volume of 400 ml and a width of 90 mm) were filled with a mixture of water and ethylene glycol (1:1; 120 ml) and dug at ground level into the middle of each plot. The traps were covered with a plastic roof and a metal grid (15 × 15 mm grid size) to avoid overflowing during rain and accidental rodent catches (Császár et al., 2018). The traps were activated for 7 days. Subsequently, all arthropods were transferred into 70% ethanol. Spiders were identified to species according to Nentwig et al. (2019). Spider hunting strategy (active hunter or web-builder) was used as the feeding trait according to Cardoso et al. (2011).

Ecosystem functions of rare arable plants - field experiment: Carabidae data

Partly taken from the materials and methods of https://doi.org/10.1016/j.baae.2022.12.003: To compare the activity densities of ground-dwelling predators between treatments with and without RAPs, carabids were sampled using pitfall traps, which were set up after each round of aphid counting (one per plot, twice per year; Brown & Matthews, 2016). The traps (with a volume of 400 ml and a width of 90 mm) were filled with a mixture of water and ethylene glycol (1:1; 120 ml) and dug at ground level into the middle of each plot. The traps were covered with a plastic roof and a metal grid (15 × 15 mm grid size) to avoid overflowing during rain and accidental rodent catches (Császár et al., 2018). The traps were activated for 7 days. Subsequently, all arthropods were transferred into 70% ethanol. Carabids were identified to species according to Hůrka (1996). Carabid feeding behavior was classified according to Homburg et al. (2014). To simplify the dataset, carabid feeding behavior was classified as predominantly granivorous (species mainly feed on seeds and fruits) or as carnivorous/omnivorous, because carnivorous and omnivorous species are potentially feeding on aphids and other non-plant material.

Ecosystem functions of rare arable plants - field study: Carabidae data

Partly taken from the materials and methods of https://doi.org/10.1016/j.baae.2022.12.003: To compare the activity densities of ground-dwelling predators between treatments with and without RAPs, carabids were sampled using pitfall traps, which were set up after each round of aphid counting (one per plot, twice per year; Brown & Matthews, 2016). The traps (with a volume of 400 ml and a width of 90 mm) were filled with a mixture of water and ethylene glycol (1:1; 120 ml) and dug at ground level into the middle of each plot. The traps were covered with a plastic roof and a metal grid (15 × 15 mm grid size) to avoid overflowing during rain and accidental rodent catches (Császár et al., 2018). The traps were activated for 7 days. Subsequently, all arthropods were transferred into 70% ethanol. Carabids were identified to species according to Hůrka (1996). Carabid feeding behavior was classified according to Homburg et al. (2014). To simplify the dataset, carabid feeding behavior was classified as predominantly granivorous (species mainly feed on seeds and fruits) or as carnivorous/omnivorous, because carnivorous and omnivorous species are potentially feeding on aphids and other non-plant material.

Seawater carbonate chemistry and skeletal integrity of a marine keystone predator (Asterias rubens)

The current increase in atmospheric CO2 concentration induces changes in the seawater carbonate system resulting in decreased pH and calcium carbonate saturation state, a phenomenon called ocean acidification (OA). OA has long been considered as a major threat to echinoderms because their extensive endoskeleton is made of high‑magnesium calcite, one of the most soluble forms of calcium carbonate. Numerous studies addressed this question in sea urchins, but very few questioned the impact of OA on the sea star skeleton, although members of this taxon do not compensate their extracellular pH, contrary to most sea urchins. In the present study, adults of the common sea star, Asterias rubens from Kiel Fjord, a site experiencing natural acidification events exceeding pCO2 levels of 2500 μatm, were chronically exposed to different levels of simulated ocean acidification (pHT-SW 8.0, 7.4, 7.2), encompassing present and future conditions, for the duration of 109 days. Corrosion and mechanical properties of skeletal elements were studied using scanning electron microscopy, three-point bending tests as well as nanoindentation. The spines were significantly corroded at pHT-SW 7.4 and below while the ambulacral plates were only affected at pHT-SW 7.2. Nanoindentation of newly formed spines and ambulacral plates did not reveal significant CO2-induced differences in skeleton hardness or elasticity across treatments. Results of three-point bending tests revealed significantly reduced characteristic strength and fracture force of ambulacral plates from the median arm segment at pHT-SW 7.4 and below. These plates are those supporting the tube feet involved in the opening of bivalves during feeding and in the animal attachment to the substrate. Under reduced seawater pH, this might result in fracture of sea star plates during predation on mussel. The present results predict a possible impact of ocean acidification on the skeletal integrity of a marine keystone predator.

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