InterdisziplinäreInterdisziplinäre Biodiversitätsforschung in den gExploratorien

Andreas Hemp, Markus Fischer, Simone Pfeiffer, Elisabeth Kalko,Karl Eduard Linsenmair, Ernst-Detlef Schulze, Wolfgang W. Weisser

Universitäten Potsdam, Ulm, Würzburg; MPI-BGC und Universität Jena

Monitoring der Biodiversität istschier überwältigende Aufgabe:

Genetische und Arten‐Diversität aller Taxa, I t ktiInteraktionen, und die Vielfalt von Ökosystemen und Landschaften. 

Monitoring umfasst normalerweise nur einigeMonitoring umfasst normalerweise nur einige oberirdische Taxa, und meist weder genetische Vielfalt noch Interaktionennoch Interaktionen.

Biodiversität ist nicht nur ein Gut fürsich allein, sondern die Grundlage von ÖkosystemprozessenÖkosystemprozessen.

Beobachtendes Monitoring alleinkann keine kausalenZusammenhänge aufdecken. 

Das erfordert experimentelle ManipulationDas erfordert experimentelle Manipulation.

National Park Hainich Kurzzeitige,nicht in parallelenWi d h lWiederholungenangelegte oderangelegte odernicht koordiniertenicht koordinierteErfassungen sindgnichtvergleichbar.

(Schulze, unpublished)

Exploratorien ‐ Konzept

Untersuchung der Rückkopplungsschleifen von Biodiversitätsveränderungen

Gesellschaft Landnutzung Biodivers ität Ökosystemfunktionen

Politik GemeinschaftenProzesseLandwirtschaft

Ökonomie Arten

Prozesse

Dienstleis tungen

Landwirtschaft

Forstwirtschaft

Erholung

Eigentumsrechte

Individuen

Gene

Stabilitätandere

Z litt d F h di i li üb i d

Eigentumsrechte Gene

Zersplitterung der Forschungsdisziplinen überwindenBeobachtung, Experimente und Modellierung

über lange Zeiträume und im grossen Massstab integrieren

Zentrale Themen der Exploratorien

B i h i h d Bi di itätB i h i h d Bi di itätBeziehung zwischen der Biodiversität Beziehung zwischen der Biodiversität unterschiedlicher Taxa und Ebenenunterschiedlicher Taxa und Ebenen

+

Rolle von Landnutzung und  Rolle von Landnutzung und  Management für Biodiversität Management für Biodiversität 

+

gg

Rolle der Biodiversität für ÖkoRolle der Biodiversität für Öko‐‐tt

+

systemprozessesystemprozesse

Die Exploratorien

im Biosphärenreservat Schorfheide‐Chorin

SCH

(Brandenburg)ca. 1300 km2

SCH

im Nationalpark Hainichund Umland

HAI

und Umland (Thüringen)ca. 1000 km2

i i hä bi

ALB

im BiosphärengebietSchwäbische Alb

(Baden‐Württemberg)ca. 700 km2

Die Qual der Wahl

Plotauswahl

3000 Gridplots in Wald und Grünland

Plotauswahl – GPs und EPs Schorfheide‐Chorin

1000 Grid Plots GP

100 Experimental Plots EP

Wald Wald ‐‐ NutzungsgradientenNutzungsgradienten

4 5 6 7 8

12

3 4 5 6 7

1

Kiefern Stangenholz Buchen Naturwald

Landnutzungstyp EP VIP1 = Kiefernforste Jungbestand 4 1

Kiefern-Stangenholz Buchen-Naturwald

2 = Kiefernforste schwaches Baumholz 4 1

3 = Kiefernforste Baumholz 7 1

4 = Kiefern-Buchen-Mischforst 7 14 Kiefern Buchen Mischforst 7 1

5 = Eichenforste Baumholz 7

6 = Buchenwälder Baumholz 7 1

7 = Buchenwälder Dickung mit Altholzschirm 7 17 = Buchenwälder Dickung mit Altholzschirm 7 1

8 = unbewirtschaftete Buchenwälder Baumholz 7 3

Grünland Grünland ‐‐ NutzungsgradientenNutzungsgradienten

Synergiepotenzial: gleiche Plots

Wald Grünland

100

50m

00 50100

3 x 100 Messstationen

+ 1x Oberflächentemperatur+ 4x Bodentemperatur+ 4x Bodentemperatur+ 1‐2x Bodenfeuchte

the Biodiversity Exploratory Information SystemJ. Nieschulze, C. Arens, D. Heimann

ResourcesData Resources» Fieldbook

Data» Upload» Query/Retrieval

» Analysis/Visualization» Standardization/ Sematics

InteractiveMaps

Projektübersicht

Zentralprojekt

Zentrale Koordination

weitere Projekte

BotanikLokales Management + MesstechnikUni Potsdam

DatenmanagementMPI BGC Jena

Botanik

BotanikHelmholtzzentrum UFZ Halle und LeipzigUni Göttingen, Halle‐Wittenberg, Bielefeld, MünsterETH Zü i hStoffkreisläufe

Modellierung/Remote sensingUni Jena, Potsdam,Würzburg, MarburgMPI BGC Jena

gUni Potsdam, Schorfheide‐ChorinUni Jena, Hainich‐DünUni Ulm, Schwäbische Alb

BotanikUni Potsdam, Bern

ETH ZürichStoffkreisläufeMPI BGC Jena

VertebratenUni Jena, Ulm

oberird. InvertebratenUni Jena, Würzburg

oberird. InvertebratenUni Bayreuth, Berlin,Göttingen, Würzburg,

MPI BGC Jena

StoffkreisläufeUni Mainz, FreiburgJ B

Boden (Abiotik)Uni JenaMPI BGC Jena

FreiburgBoden (Biotik)Uni Bochum, GöttingenHelmholtzzentrum UFZ Halle MPI BGC Jena, MP Potsdam

Boden (Biotik)Uni Bayreuth, Berlin, Bremen, Giessen, Göttingen, Hohenheim, Köln, München,  TU Darmstadt und München

Jena, Bonn

MPI BGC Jena,Helmholtzzentrum UFZ Leipzig, Hochschulinstitut ZittauÖsterr. Akademie der Wissenschaften

6 Zentralprojekte34 weitere Projekte95 principle investigator und post docs 60 Doktoranden und 34 Diplom/Master Studierende60 Doktoranden und 34 Diplom/Master-Studierende>85 Technische Angestellte und Helfer

Landnutzung und BiodiversitätLandnutzung und Biodiversität

Düngung erniedrigt alpha‐ und beta‐Diversität im Grünland

6

4

5

ty

unfertilized fertilized

*3

4

ta diversit

1

2Bet

0

Vascular Plants Bryophytes

(Prati, Socher, Boch, Müller, Fischer, unpublished)

Düngungseffekte im Grünland t h id i h h R i dunterscheiden sich nach Region und 

BodentypBodentyp

40

No of vascular plant species

2530

40unfertilized

fertilzedfertilized

15

20

20

5

10

15

10

0

5

mineral organic

0

Schwäbische Hainich- Dün Schorfheide- mineral organicSoil typesAlb Chorin

Exploratories(Prati, Socher, Boch, Müller, Fischer, unpublished)

Ungenutzte (Natur‐) Wälder sind ärmer an Gefäßpflanzen

Some hardwood forests are more species rich than beech forests are.

otrs of

es per plo

 num

ber

nt spe

cie

Mean

cular pla

vasc

(Prati, Socher, Boch, Müller, Fischer, unpublished)

Ungenutzte (Natur‐) Wälder sind reicher an Flechten und Baumpilzen

er plot

25

30Unmanaged forestsUnmanaged 

N fungi per small dead wood item(240 species on 800 items)

pecies pe

20

25g

Managed forests6

134

Managed

2

2,5

( p )

f liche

n sp

10

15 134

1

1,5

mbe

rs of

0

5

Swabian Alb Hainich Schorfheide

38 13140 264

Schwäbis Hainich Schorfheid0

0,5

Mean nu

m Swabian Alb Hainich SchorfheideSchwäbische Alb

Hainich‐Dün

Schorfheide‐Chorin unmanaged

M

(Boch, Prati, Fischer, unpublished) (Blaser, Prati, Fischer, unpublished)

Ungenutzte (Natur‐) Wälder sind ärmer an Wanzenarten b i h Käfaber reicher an Käferarten

Heteroptera

Black: Unmanaged, White: Conifer plantation

((Weisser, Gossner, Kowalski, Lange, Türke, unpublished)

Bakterienzahlen (Acidobacteria)unterscheiden sich nach Landnutzung und

2.5

57 VIPs in Grassland and Forestunterscheiden sich nach Landnutzung und Region

2.0

g

Mähweide gedüngt

Wiese gedüngt

1.5010 ·g

TM-1

)

Weide ungedüngt

Mähweide ungedüngt

AKL Buche

1.0mbe

r (·1

0 AKL Buche

AKL Coniferen

Buche unbewirtschaftet

0.5tal c

ell n

um Buche Plenterwald

0

Tot

Schwäbische Alb Hainich-Dün Schorfheide-Chorin

(Overmann, Friedrich, Nägele, Näther, unpublished)

Saisonale Regenwurm‐Abundanzen 

Earthworm: Abundanceregional unterschiedlich 

...(Wolters, Birkhofer, Diekötter, unpublished data)

Biologische InteraktionenBiologische Interaktionen

Landnutzung und Diversität von Disteln, Distelherbivoren und ihren 

P iParasiten

14

16

s

2,5Carduus nutansCarlina acaulis Cirsium eriophorum

8

10

12

14

inse

ct s

peci

es

Herbivorousinsects1,5

2

spec

ies

0

2

4

6N

umbe

r of

Predatory & parasitoid insects

0

0,5

1

No

of th

istle

s

00 2 4 6

Number of thistle species

0Meadow Mown

pasturePasture

Land use types(Müller, Prati, Fischer, unpublished)

Diversität und ÖkosystemprozesseDiversität und Ökosystemprozesse

Höhere Blütenvielfalt - größerer äArtenreichtum an Bestäubern

50

sito

rs*)

High-intensityLow-intensity

40ss

of v

is

20

30

s ric

hnes

Spearman rs= 0.40 p = 0.0110

20

Spe

cies

10 20 30 40 50

Species richness of flowers

*) A id (59 ) S hid (73) L id t (54) d C l t (52)*) Apidae (59 spp.), Syrphidae (73), Lepidoptera (54) and Coleoptera (52)

(Linsenmair, Blüthgen, Weinert, Werner, unpublished)

ExperimenteExperimente

50

60

nt s

peci

es

(Prati, Socher, Boch, Müller, Fischer, unpublished)

20

30

40

of v

ascu

lar p

la0

10

20

No

o0 500 1000 1500

Plant biomass (g / m2)

(Dormann, Scherer‐Lorenzen, von Riedmatten) (Kalko, Böhm, Linsenmair, Floren)

(Schulze and many)

(Linsenmair, Floren)

Remote sensing,

upscaling,

modeling(Getzin, Wiegand, unpublished)( , g , p )

(Schulze, Nieschulze, Hessenmöller, unpublished)

Zusammenfassung

• Plattform für funktionelle Biodiversitätsforschung

• Arbeiten an vielen Organismengruppen und Prozessen in Kulturlandschaften 

• gelebte interdisziplinäre Integration durch gemeinsame 

h d G ü d l h d

Forschungsflächen

• Untersuchung der Gründe als auch Konsequenzen der Biodiversitätsabnahme

• langfristige Forschung nötig, um die Prozesse in Kulturlandschaften zu verstehen