Halbtrockenrasen in Kallmünz

Forschung

Professur Biodiversität der Pflanzen

Die Professur Biodiversität der Pflanzen beschäftigt sich mit den Auswirkungen von Landnutzungs- und Klimawandel auf die Biodiversität auf unterschiedlichen räumlichen und zeitlichen Skalen. Im Vordergrund steht die Analyse der Prozesse und Mechanismen, die die Verbreitung von (Pflanzen-) Arten, deren Seltenheit und die Zusammensetzung von Pflanzengesellschaften bestimmen. Einen weiteren Schwerpunkt bildet die Analyse und Bewertung der Veränderungen von Ökosystemstruktur und -funktionen bei Globalem Wandel unter Verwendung von funktionellen Merkmalen.

 
 

Phänologie

Auswirkungen des Klimawandels auf Phänologie und Biodiversität

Der Klimawandel zeigt deutliche Auswirkungen auf das Vorkommen von Arten, die Artenzusammensetzung von Ökosystemen und damit die Biodiversität. Die Prozesse, die zu diesen Veränderungen führen, sind allerdings noch nicht gänzlich erfasst worden, obwohl die Kenntnis über die treibenden Faktoren ganz entscheidend für die Vorhersage von Veränderungen in der biologischen Vielfalt darstellen. Grundsätzlich reagieren (Pflanzen-)Arten sehr unterschiedlich auf sich ändernde klimatische Bedingungen: durch eine zeitliche Verschiebung der phänologischen Phasen (Austrieb, Blüte, Samenreife,…) können sich Arten an veränderte Bedingungen anpassen und somit die verlängerte Vegeationsperiode nutzen, was jedoch nicht allen Atren gelingt. Durch eine räumliche Verschiebung des Areals können Arten den neu entstandenen  Bedingungen ausweichen.

Im Rahmen aktueller Forschungsprojekte untersuchen wir die Mechanismen, die die artspezifischen phänologischen Verschiebungen bestimmen. Warum profitieren einige Arten mehr, andere weniger von sich ändernden Temperaturbedingungen? Können diese Artunterschiede durch ökophysiologische Pflanzenmerkmale erklärt werden? Führen diese unterschiedlichen phänologischen Reaktionen auch zu Veränderung in der Ökosystemstruktur?

Mit Hilfe phänologischer Kartierungen und Messung ökophysiologischer Pflanzenmerkmale entlang eines Höhengradienten in den Alpen sollen insbesondere die ersten beiden Fragen exemplarisch für ausgewählte Arten beantwortet werden (Bearbeitung: Solveig Franziska Bucher). In phänologischen Wiederholungskartierungen in ausgewählten Grünlandgesellschaften werden Auswirkungen auf die Artenzusammensetzung und Biodiversität untersucht (Bearbeitung: Patrizia König).

Kooperationen: Prof. Dr. Annette Menzel (TU München), Prof. Dr. Jörg Ewald (FH Weihenstephan- Triesdorf), Prof. Dr. Peter Poschlod (Universität Regensburg), Dr. Mirco Migliavacca (MPI Biogeochemie, Jena).

PhenObs – Botanical Gardens as a Global Phenological Observation Network

Kooperationen: Birgit Nordt (Freie Universität Berlin), Prof. Dr. Albert-Dieter Stevens (Freie Universität Berlin), Prof. Dr. Isabell Hensen (Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg), Prof. Dr. Richard Primack (Boston University), Prof. Dr. Aletta Bonn (FSU Jena, iDiv, UFZ), Prof. Dr. Christian Wirth (Universität Leipzig, iDiv)

Mitarbeiter PhenObs ©Christine Römermann



Funktionelle Ökologie

Intra- und interspezifische Variabilität funktioneller Merkmale

Die Betrachtung der Variabilität funktioneller Merkmale sowohl zwischen als auch innerhalb von Pflanzenarten erlangt zunehmende Bedeutung. Funktionelle Merkmale erlauben es mit vergleichsweise einfachen Messungen Rückschlüsse über die Fitness und Konkurrenzstärke von Pflanzenarten zu ziehen. In zahlreichen Projekten untersuchen wir die Variabilität ausgewählter Pflanzenmerkmale wie spezifische Blattfläche (SLA), stomatären Parametern oder Biomasse in Abhängigkeit von sich verändernden abiotischen Bedingungen wie zum Beispiel entlang Niederschlags- oder Höhengradienten, mit sich verändernden Beweidungsregimen oder als Folge von natürlicher Sukzession. Neben Feldarbeiten werden auch die genetischen Grundlagen im Labor untersucht. Ein Schwerpunkt liegt hierbei auch auf ökophysiologischen Messungen wie Photosyntheseraten oder Chlorophyll Fluoreszenz. Ziel ist es, die artspezifische Variabilität und deren Gründe zu erfassen, um Vorhersagen über zukünftige Reaktionen von Pflanzenarten treffen zu können.

Kooperationen: Prof. Dr. Karl Auerswald (TU München), Prof. Dr. Karsten Wesche (Senckenberg Görlitz), Prof. Dr. Henrik von Wehrden (Leuphana Universität Lüneburg), Prof. Dr. Gilbert Neuner (Universität Innsbruck), Dr. Ottmar Buchner (Universität Innsbruck), Dr. Sergey Rosbakh (Universität Regensburg), Dr. Arne Saatkamp (Aix Marseille Université), Dr. Sylvia Haider (Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg).

 

Globaler Wandel

Auswirkungen von Landnutzungs- und Klimawandel auf Artenvielfalt und Ökosystemstruktur

Im Rahmen von verschiedenen Forschungsprojekten (Espaces Protegées, Assemble, Gap-CC, Offenhaltungsversuche Baden-Württemberg) analysieren wir die Auswirkungen von Änderungen der Landnutzung auf die Artenvielfalt und Vegetationsstruktur unterschiedlicher Grünland¬typen. Mit Hilfe komplexer statistischer Methoden (CCA, Drei-Tabellen-Ordination RLQ, Clusteranalysen mit Bootstrapping, glm, gam etc.) konnten wir zeigen, dass Änderungen in der Landnutzung generell zu großen Veränderungen in der Artenvielfalt führen. Hierzu wurden zum einen vergleichende Analysen zwischen unterschiedlichen Managementvarianten durchgeführt, zum anderen Langzeitdaten von Dauerflächen analysiert. Mit Hilfe funktioneller Merkmalsanalysen konnten wir die Auswirkungen von Landnutzungswandel auf die Vegetationsstruktur quantifizieren und so einen Beitrag zur Aufklärung der Prozesse, die zu Vegetationsveränderungen führen, leisten. Unter anderem konnten wir zeigen, dass die durch die EU-Regelung „Cross Compliance“ geforderten Managementvarianten zur Offenhaltung von Grünlandsystemen (einmaliges Mulchen oder Mähen alle zwei Jahre) nicht geeignet ist, um Vegetationsprozesse auf ehemals beweideten Offenlandflächen zu erhalten. Ein weiterer Langzeitversuch zur Untersuchung des Einflusses von Landnutzungsänderungen auf die Vegetation wird auf Grünlandflächen im Freilichtmuseum Hessenpark im Frühjahr 2012 gestartet.

In wieweit auch der Klimawandel Artenvielfalt und Ökosystemfunktionen beeinflusst, ist Inhalt des DFG-Projekts „The relative effects of abiotic and biotic parameters on plant species performance and their inclusion in species distribution models“. In diesem Forschungsvorhaben werden die Auswirkungen von biotischen und abiotischen Faktoren auf das Vorkommen von Pflanzenarten in Trockenrasen entlang großer räumlicher Gradienten innerhalb Europas analysiert. Hier werden insbesondere moderne Messmethoden (Photosynthesemessungen mit Hilfe von Gaswechsel-messungen mit dem LI-6400 (Licor), Leaf Area Index (LAI-2000), Mikroklima mit Hilfe von Wetterstationen, Messung der spezifischen Blattfläche, Stabile Isotope delta-13-C, Altersstruktur von (krautigen) Pflanzen durch Jahrringzählungen, usw.) genutzt um die Leistungsfähigkeit von Pflanzenarten unter unterschiedlichen Umweltbedingungen auf insgesamt 50 Standorten in Europa zu messen. Die erhobenen Daten werden mit Hilfe von einfachen linearen Modellen (glm- generalized linear models) aber auch mit bayesischen Methoden und prozessbasierten (Habitat-) Modellen ausgewertet.

Ein bereits abgeschlossenes Projekt hat gezeigt, dass sowohl abiotische (Klima) als auch biotische Faktoren (Photosyntheseraten, Wachstumsraten) mit der Verlängerung der Wachstumszeit von Laubbäumen in Deutschland korreliert sind. Hierbei wurde die Phänologische Datenbank des Deutschen Wetterdienstes (DWD) ausgewertet. Zusätzlich wurde an den Individuen, die seit den letzten 60 Jahren phänologisch beobachtet wurden, Messungen durchgeführt. Ein weiteres Projekt beschäftigt sich mit Phänologieveränderungen von Rebsorten und den treibenden (ökophysiologischen) Faktoren.

Kooperationen: PD Dr. Markus Bernhardt-Römermann (Friedrich-Schiller Universität Jena), Prof. Dr. Thierry Dutoit (Universität Avignon, Frankreich), Prof. Dr. Michael Kleyer (Universität Oldenburg), Prof. Dr. Peter Poschlod (Universität Regensburg)

 

Makroökologie

Ursachen von Verbreitungsmustern – Warum ist eine Art selten?

Mit Hilfe verschiedener moderner Ansätze der statistischen Modellierung (multivariate Analysen, univariate Methoden wie generalisierte lineare Modelle (glm), simultaneous autoregressive error models, bootstrapping, multiple logistische Regressionen, etc.) widmen wir uns der Frage, wodurch das Vorkommen einer Art bestimmt wird und welche Eigenschaften (funktionelle Merkmale) Pflanzenarten aufweisen müssen, um häufig sein zu können. Durch die Auswertung von Merkmalsdatenbanken konnte gezeigt werden, dass sich das Gefährdungspotenzial von Pflanzenarten in Nordwesteuropa unter anderem durch Ausbreitungsprozesse erklären lässt. In diesem Zusammenhang ist auch die Modellierung und Abschätzung des Ausbreitungspotentials von Pflanzenarten durch Hydrochorie und Epizoochorie ein wichtiger Bestandteil unserer Forschung. Auf der nationalen Ebene von Deutschland sind vor allem Arten gefährdet die, abgeleitet von ihren Arteigenschaften, besonders sensibel auf Eutrophierung und Fragmentierung reagieren. Diese auf der Modellierung räumlicher Muster beruhenden Ergebnisse wurden auf lokaler Ebene im Gelände überprüft und validiert.

Ebenfalls auf nationaler Ebene von Deutschland wurde gezeigt, dass Arten mit einer hohen Affinität an urbane Lebensräume relativ gesehen häufiger vorkommen („relative species frequency“) als Arten, die diese Gebiete eher meiden. Die funktionellen Eigenschaften der Pflanzen spielen hier eine eher untergeordnete Rolle.

Kooperationen: Dr. Sonja Knapp (UFZ Halle), Prof. Dr. Ingolf Kühn (UFZ Halle), Dr. Daniel Lauterbach (TU Berlin), Dr. Wim Ozinga (Wageningen University), Michael Ristow (Uni Potsdam)

 

Naturschutzökologie

Nachhaltige Sicherung von Artenvielfalt und Ökosystemfunktion

Wie und ob im Rahmen der aktuellen Naturschutzpolitik die Artenvielfalt nachhaltig gesichert werden kann, wurde in dem Projekt „GAP-CC“ untersucht. Dass brach gefallenes Grünland durch die in der EU-Regelung Cross-Compliance aufgeführten Maßnahmen (jährliches Mulchen oder Mahd alle zwei Jahre) nicht nur offen gehalten sondern auch in einem naturschutzfachlich wertvollen Zustand erhalten wird, wurde durch eine Metaanalyse von Daten unterschiedlicher Dauerflächen zum größten Teil widerlegt. In einer weiteren Analyse bestehender Langzeitdaten wurde gezeigt, dass nur die ursprünglich angewandten Managementvarianten Mahd und Beweidung vorkommende FFH-Arten und FFH-Lebensraumtypen nicht nachhaltig verändern.

Was mit den aktuell ausgewiesenen Schutzgebieten bei Klimawandel passiert (kommt es zu Artenverschiebungen, was passiert mit der Habitatstruktur) soll in zukünftigen Projekten analysiert werden.

Kooperationen: Dr. Werner Westhus (TLUG), Dr. Jürgen Pusch (Naturpark Kyffhäuser), Jürgen Blank (Umweltamt Jena), Jens-Karsten Wykowski (Biosphärenreservat Vessertal-Thüringer Wald), Dr. Katja Gödeke (TLL), Prof. Dr. Peter Poschlod (Universität Regensburg)

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