AUFLAND - Land-Wasser-Interaktionen unter dem Einfluss neuer anthropogener Stressoren

Zeitraum: 01.01.2014 - 31.12.2016
Status: abgeschlossen
TEILPROJEKT 1: WÄSSERWIESEN: ZUSAMMENHÄNGE ZWISCHEN PHYTODIVERSITÄT, BODENORGANISMEN UND BODENEIGENSCHAFTEN IN (UN)BEWÄSSERTEM UND (UN)GEDÜNGTEM GRÜNLAND Die Erklärungsversuche durch welche Prozesse die Phytodiversität in Grünland durch Düngung herabgesetzt wird widersprechen sich vielfach. Neuere Untersuchungen lassen vermuten, dass klonalen Pflanzen über einen Prozess der Homogenisierung der Nährstoffverteilung zur Verarmung der Flora beitragen. Dabei sind funktionelle Eigenschaften der Pflanzen genauso wichtig, wie die Nährstoffverteilung, die wiederum von Verteilung, Aktivität und Zusammensetzung der belebten und unbelebten organischen Bodensubstanz abhängt. In einem zweifaktoriellen Probenahme-Design (gedüngt - ungedüngt, bewässert - unbewässert) sollen Rückkopplungen zwischen Vegetation, Bodenlebewesen und den Bodeneigenschaften untersucht werden. Dazu können Vegetations- und Nährstoffanalysen aus einem laufenden DBU Projekt genutzt werden. Zusätzlich werden die mikrobielle Biomasse (Fumigationsextraktion), Biomasse-Aktivität (CO2/N2O Messung) und Biomasse-Diversität (PLFA), und diverse Eigenschaften der organischen Bodensubstanz wie Aggregatstabilität, Benetzbarkeit, Dispergierbarkeit und thermische Stabilität untersucht. Ausgewählte Parameter werden in einer zweiten Phase hinsichtlich ihrer kleinräumigen Heterogenität untersucht, um die Hypothese, dass sowohl Düngung als auch Bewässerung eine Homogenisierung von Bodenparametern hervorruft, die zur Abnahme der Diversität von Pflanzen und Bodenlebewesen führt. TEILPROJEKT 2: MOSCOFEE EFFECTS OF MOSQUITO CONTROL ON BIODIVERSITY, ECOSYSTEM FUNCTION AND SOCIETAL VALUATION Literatur- und Vorstudien 2013 haben Hinweise ergeben, dass (a) v.a. bei Junglarven aquatischer Chironomiden eine hohe Sensitivität gegen BTI besteht, (b) BTI auch im Freiland den Schlupf aquatischer Chironomiden reduziert und dies einen Rückgang der Aktivität terrestrischer Prädatoren bewirkt (Spinnen, möglicherweise Fledermäuse, Amphibien und Libellen). Folgende Untersuchungen werden geplant: A) Laborversuche zur Sensitivität verschiedener Larvenstadien von Chironomiden und Culiciden gegen BTI. B) Freiland-Mesokosmenversuche zum Einfluss von BTI auf das aquatische Nahrungsnetz, die Emergenz und Emissionen von Methan und CO2. Vergleich der C-Flüsse Wasser-Land über Biomasse und Gase. C) Freiland-Untersuchung: Vergleich von Flächen (6-10 Paare) mit und ohne BTI-Behandlung hinsichtlich Emergenz und Vorkommen terrestrischer Prädatoren (z.B. Spinnen, Libellen, Fledermäuse). D) Abwägung zwischen Naturschutzzielen und Schnakenbekämpfung in verschiedenen Bevölkerungsgruppen am Oberrhein und ggf. in anderen Regionen. TEILPROJEKT 3: AQUATER INFLUENCES OF RESTORATION AND INVASIVE SPECIES ON THE COUPLING OF AQUATIC AND TERRESTRIAL ECOSYSTEMS Literatur- und Vorstudien 2012-2013 haben ergeben, dass (a) die Landnutzung die Kopplung vom aquatischen und terrestrischen Ökosystem beeinflusst und (b) die Dichte einer Invasiven Art (Dikerogammarus) im aquatischen System einen Einfluss auf die Ernährungssituation bei terrestrischen Räubern hat. Inwiefern die Renaturierung die Vernetzung von aquatischem und terrestrischem System wiederherstellen kann, ist bisher nicht untersucht worden. Aufbauend darauf sind folgende Untersuchungen geplant: A) Freilanduntersuchungen zum Einfluss von Renaturierung auf die Vernetzung aquatischer und terrestrischer Nahrungsnetze. B) Freilanduntersuchungen zum Einfluss von invasiven Arten auf die Dichte und Fitness von terrestrischer Prädatoren (z.B. Spinnen). C) Mikrokosmenversuche zum Einfluss von invasiven Arten auf die Dichte und Fitness von terrestrischen Prädatoren (z.B. Spinnen). TEILPROJEKT 4: EUTROPHIERUNG BODENART UND LANDNUTZUNG ALS POTENTIELLE MECHANISMEN ZUR EUTROPHIERUNGSSTEUERUNG IN FLIEßGEWÄSSERN Übermäßiger Nährstoffeintrag ist in Mitteleuropa ein wichtiger Stressor, der Struktur und Funktion der Lebensgemeinschaften in Fließgewässern beeinträchtigen kann (Eutrophierung). Das prinzipielle Ziel dieses Projektes ist es zukünftig eine Abschätzung des Eutrophierungspotentials von Fließgewässern zu ermöglichen. Dazu ist es notwendig die wichtigsten Steuermechanismen zu identifizieren. Daher soll der Einfluss von Bodennährstoffausstattung, -speichervermögen und –austrag sowie Landnutzung auf die Interaktion von benthischen Algen (Periphyton) und Weidegängern sowie die Auswirkung auf die Land-Wasserinteraktion untersucht werden. Zu diesem Zweck werden Ergebnisse aus verschiedenen Felduntersuchungen (3 Standorte saisonal, 1 Standort zeitlich hoch aufgelöst) und Experimenten verglichen. Im Rahmen der Felduntersuchungen werden 3 Fließgewässer mit Einzugsgebieten unterschiedlicher Bodenaustragspotentiale an je zwei Abschnitten verschiedener Landnutzung (Buchenforst, Maisanbau) bezüglich (1) Eintrages an Makronährstoffen (Phosphor- und Stickstoff), (2) Periphyton, (3) Weidegänger, (4) Emergenz und (5) Komplexität des Nahrungsnetzes miteinander verglichen. Das Austragspotential der Flächen wird mittels geostatistischer Probenahmeschemata sowohl für punktuelle Quellen als auch für Flächeneinträge hochaufgelöst bestimmt. In den Laborexperimenten wird die Änderung der Periphyton-Weidegänger-Interaktion über einen Nährstoffgradienten in Fließrinnen analysiert. Nährstoffaustragsprozesse (Sorptionskinetik, kolloidaler vs. Lösungstransport) werden im Rahmen von Säulenexperimenten ermittelt. Die Ergebnisse aus den Flächenuntersuchungen, werden mit den Prozessdaten aus den Säulenexperimenten in Beziehung gesetzt und mittels statistischer und geostatistischer Methoden räumlich interpoliert. Die Ergebnisse aus dieser Interpolation werden auf ihren Erklärungswert für die biologische Struktur der Gewässer hin überprüft. TEILPROJEKT 5: SOIL GENETICS EINFLUSS VON BEWÄSSERUNG AUF DIE BIODIVERSITÄT VON BODENORGANISMEN Überschwemmungsereignisse können weitreichende ökologische und ökonomische Konsequenzen haben. Unser Ziel ist, den Einfluss und das Ausmaß dieser Ereignisse auf die Biodiversität von Bodenorganismen zu untersuchen. Die Fauna des Bodens übernimmt wichtige ökologische Funktionen, die das Ökosystem nachhaltig beeinflussen. Sie ist für die Auflockerung und Durchlüftung des Bodens essentiell und ist maßgeblich am Abbau von organischen Stoffen beteiligt. In der Ökologie gibt es verschiedene Ansätze, die sich mit dem Einfluss von Störungen auf die Biodiversität beschäftigen, wobei in der Regel nur die Artenvielfalt untersucht wird. In diesem Projekt wollen wir die „Intermediate disturbance hypothesis" (IDH) (ein gewisses Maß an Störung wirkt sich positiv auf die Biodiversität aus) auf inter- und intraspezifischer Ebene testen. Das bedeutet, dass wir uns nicht nur mit dem Biodiversitätsmaß Artenvielfalt auseinandersetzen, sondern auch genetische Diversität berücksichtigen werden, die Voraussetzung für das evolutionäre Anpassungspotential von Populationen ist. Des Weiteren wollen wir die molekulare Ebene und molekülspezfischen Zusammensetzung von Boden, Bodenwasser und Wasser mit in unsere Betrachtungen miteinbeziehen. Dafür sollen unterschiedlich häufig überschwemmte Habitate untersucht werden, die zum einen in den Flächen der Queichwiesen (künstliche Überflutungen) und zum anderen in den natürlichen Überflutungsflächen des Rheins liegen. Dabei werden in den Queichwiesen sowohl unbewässerte als auch unterschiedlich oft bewässerte Wiesen untersucht. Zudem werden die Eigenschaften des Bodens berücksichtigt. Als Indikatororganismen konzentrieren wir uns auf Regenwürmer (Lumbricidae), in einem weiteren Schritt folgen Pilotstudien mit den Gruppen Springschwänze (Collembola) und Hornmilben (Oribatida). Die Gemeinschaften werden anhand von genetischen Markern auf ihre Artenzusammensetzung hin charakterisiert und die Abundanz einzelner Arten und die genetischen Diversität mit aufgenommen. TEILPROJEKT 6: DIVERSITÄTSMUSTER DIVERSITÄTSMUSTER UND BETADIVERSITÄT, VERURSACHT DURCH REZENTE UND HISTORISCHE STÖRUNGEN IN DEN QUEICHWIESEN Störungen sind Events, die Ökosysteme und die Struktur und Gesellschaft von Flora und Fauna beeinflussen. Zudem verändern sie Ressourcen und die physikalische Umgebung eines Habitats. Daraus entstehen Muster, die weitere Aufschlüsse über die Biodiversität einer Landschaft geben. Vorstudien der Forschungsinitiative aus den Jahren 2012 und 2013 berücksichtigten die (Alpha-) Diversität von Flora und Fauna überwiegend im Hinblick auf das Bewässerungssystem und Düngung. Das rezente Störungsregime ist jedoch umfangreicher und umfasst neben weiteren Störungstypen auch unterschiedliche zeitliche wie räumliche Parameter. Daneben beeinflussen jedoch auch historische Störungsereignisse die Zusammensetzung und Diversität der Arten. Diese Störungen können zum Beispiel eine Beweidungsperiode oder die Nutzung als Ackerfläche sein, oder auf Umbaumaßnahmen an den Gräben und die militärische Nutzung in den Kriegsjahren zurück gehen. Es wird erwartet, dass bestimmte Diversitätsmuster mit bestimmten (Kombinationen von) Störungen zu erklären sind. Diese Studie soll daher die punktuellen Aufnahmen mit dem Störungsregime korrelieren (Metaanalysen) und auf Landschaftsebene extrapolieren.

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