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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 unterschiedlich auf sich ändernde klimatische Bedingungen: durch eine zeitliche Verschiebung der phänologischen Phase n (Austrieb, Blüte, Samenreife,…) passen sich Arten an veränderte Bedingungen an. Durch eine räumliche Verschiebung des Areals können Arten veränderten Bedingungen ausweichen.
Im Rahmen aktueller Forschungsprojekte untersuchen wir die Mechanismen, die die 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 20 ausgewählte Arten beantwortet werden (Bearbeitung: Franziska Bucher). In Planung ist außerdem ein weiteres Projekt, welches durch phänologische Wiederholungskartierungen in ausgewählten Grünlandgesellschaften Auswirkungen auf die Artenzusammensetzung und Biodiversität untersuchen soll (Bearbeitung: Patrizia Estler).
Kooperationen: Prof. Dr. Annette Menzel (TU München), Prof. Dr. Steven Higgins (Goethe Universität Frankfurt)
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: Dr. Markus Bernhardt-Römermann (Universität Regensburg), Prof. Dr. Thierry Dutoit (Universität Avignon, Frankreich), Prof. Dr. Michael Kleyer (Universität Oldenburg), Prof. Dr. Peter Poschlod (Universität Regensburg)
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 Gefährdungs¬potenzial von Pflanzenarten in Nordwesteuropa unter anderem durch Ausbreitungs¬prozesse 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 Eigen¬schaften der Pflanzen spielen hier eine eher untergeordnete Rolle.
Kooperationen: Dr. Sonja Knapp (UFZ Halle), Dr. Ingolf Kühn (UFZ Halle), Daniel Lauterbach, Wim Ozinga (Niederlande) (TU Berlin), Michael Ristow (Uni Potsdam), Prof. Dr. Oliver Tackenberg (Goethe Universität Frankfurt)
Dass der Klimawandel Auswirkungen auf die Artenzusammensetzung von Ökosystemen haben wird, ist inzwischen allgemein akzeptiert. Einen vielfach verwendeten Ansatz um die zukünftige Artenzusammensetzung vorherzusagen, bieten die so genannten Nischen- oder Habitatmodelle. Bei der Erstellung eines Nischenmodells geht man davon aus, dass jede Art (nur) unter den klimatischen und edaphischen Bedingungen des von ihr aktuell besiedelten Areals vorkommen kann. Ändert sich das Klima, so verschiebt sich auch das für diese Art potentiell geeignete Verbreitungsareal. Ignoriert wird bei diesem Ansatz allerdings, dass auch biotische Faktoren, wie z.B. interspezifische Wechselwirkungen, aber auch Landnutzungsänderungen eine entscheidende Rolle für das Vorkommen und die Verbreitung von Arten haben.
Mit unserem derzeitigen DFG-Projekt „The relative effects of abiotic and biotic parameters on plant species performance and their inclusion in species distribution models“ möchten wir einen Beitrag zur Optimierung der bisher verwendeten Nischenmodelle leisten. Welchen Einfluss biotische Parameter wie beispielsweise Konkurrenz auf das Vorkommen von Arten in Vergleich zu abiotischen Parametern haben, soll anhand empirisch erhobener Daten getestet werden und mit Hilfe Bayesischer Verfahren in Nischenmodellen integriert werden. Hierdurch erhoffen wir uns eine verbesserte Genauigkeit bei der Vorhersage von klimabedingten Arealverschiebungen.
In einem gemeinsamen Projekt mit dem UFZ untersuchen wir weitere Faktoren, die zu ungenauen Einschätzungen der Artenverbreitung in „Standard-“Nischenmodellen führen. So zeichnet sich deutlich ab, dass seltene Arten generell in den Modellen überschätzt, häufige Arten generell unterschätzt werden.
Auch in zukünftigen Projekten möchte ich auf weitere Faktoren, die das Vorkommen von Arten bestimmen, wie z.B. dem Einfluss der Landnutzung stärker eingehen. Wie Sala et al. (2001, Science) gezeigt haben, ist die Landnutzung auf globaler Ebene der wichtigste Faktor, der die Biodiversität beeinflusst („Drivers of change in biodiversity“). Denkbar wären daher eine Quantifizierung der Landnutzungsänderung auf regionaler und nationaler Skala und der Einbau neu definierter Proxies für Landnutzungsänderungen in bereits bestehende Nischenmodelle. In zukünftigen Projekten möchten wir den relativen Einfluss von Landnutzung und Klima auf das Vorkommen ausgewählter Pflanzenarten und auf die Prozesse, die auf Vegetationsebene ablaufen, untersuchen.
Kooperationen: Steven Higgins (Goethe Uni Frankfurt), Bob O’Hara (Bik-F), Karsten Wesche (Senckenberg Görlitz), Henrik von Wehrden (Leuphana Universität Lüneburg)
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 Management-varianten 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: Prof. Dr. Peter Poschlod (Universität Regensburg)
LS Botanik -
04.10.2012 09:59 
