Effekte von Störung und Ansaat auf die Neuformierung von Pflanzengemeinschaften und Ökosystemfunktionen

Wissenschaftliche Bearbeitung durch:

Projekt ESCAPE

Prof. Dr. Norbert Hölzel

Dr. habil. Ute Hamer

PD Dr. Till Kleinebecker

Dr. Valentin Klaus

(Uni Münster)

Kernprojekt Botanik

Prof. Dr. Markus Fischer

Dr. Daniel Prati

Deborah Schäfer

Judith Hinderling

(Uni Bern)

 

Fragestellung

Aus wissenschaftlicher, landwirtschaftlicher und naturschutzfachlicher Sicht zielt das Experiment auf die Beantwortung vieler bislang ungeklärter Fragen ab. Auf der einen Seite geht es um die Resilienz, also die Widerstandsfähigkeit des Ökosystems gegenüber Störungen. Die Resilienz eines Ökosystems stellt eine wichtige Komponente der Stabilität dar. Hierbei wird untersucht, wie schnell das Ökosystem „Grünland“ mit all seinen Funktionen nach einer (drastischen) Störung wieder in den ursprünglichen Zustand zurückkehren kann. Zudem wird die Frage adressiert, wie sehr die Resilienz von der vormaligen Diversität der Vegetation sowie der aktuellen Landnutzung abhängt. Zum anderen wird erforscht, inwiefern sich der Artenreichtum eines Grünlands durch Einsaat von noch nicht vorhandenen Pflanzenarten erhöhen lässt und wie sehr unterschiedliche Ökosystemdienstleistungen dadurch gefördert werden. Dies bezieht sich beispielsweise auf positive Effekte bestimmter Arten auf Ertrag und Futterwert, aber auch auf weitere Funktionen wie Bestäubung oder Kohlenstofffixierung. Die Einsaat erlaubt darüber hinaus abzuschätzen, in welchem Ausmass die gegenwärtige Diversität von Grünländern unterschiedlicher Landnutzung durch eine eingeschränkte Ausbreitungsfähigkeit der Arten limitiert ist. Das Experiment stellt zugleich einen Versuch dar, um landwirtschaftliches Grünland gegenüber Klima- und Witterungsschwankungen potentiell weniger anfällig zu gestalten, denn die experimentelle Zunahme an Arten könnte sich wiederum auch positiv auf die Widerstandsfähigkeit (Resilienz) des Systems auswirken.

Experiment

Auf je 25 Grünland-Flächen in jedem der drei Exploratorien wird ein Ansaat- und Störungsexperiment durchgeführt (SADE), bei dem die Verwendung von regionalem (autochthonen) Saatgut und die Störung des Oberbodens vollfaktoriell kombiniert werden. Ziel des Experimentes ist, zu untersuchen, wie sehr der Artenreichtum der aktuellen Vegetation durch Ausbreitungslimitierung und den Mangel an geeigneten Keimstellen eingeschränkt sind. Über das Versuchsdesign lässt sich auch quantifizieren, ob die Erhöhung der Artenvielfalt positive Auswirkungen auf unterschiedliche Ökosystemprozesse und -funktionen hat. Gleichwertiges Experimentalziel ist die Untersuchung der Resilienz des Ökosystems in Abhängigkeit zur Diversität vor der Störung. Um dabei den Einfluss der Bewirtschaftung zu erfassen, wurden für die Installation des Experiments Flächen entlang des kompletten Landnutzungsgradienten ausgewählt. Durch die Zusammenarbeit zahlreicher Arbeitsgruppen der Biodiversität Exploratorien im Experiment SADE können in den nächsten Jahren zahlreiche ober- wie auch unterirdische Parameter und Prozesse zur gemeinsamen Analyse erhoben werden.

Design

Das Experiment besteht auf jeder Untersuchungsfläche aus vier 7 m x 7 m großen Teilflächen, auf denen die Faktoren „Störung“ und „Ansaat“ erforscht werden, inklusive einer Kontrollfläche (Abbildung 1). Um die einzelnen Effekte zu trennen, ist nicht nur die Kombination, sondern auch die getrennte Durchführung der Behandlungsvarianten „Störung“ und „Ansaat“ notwendig. Die Ansaat erfolgt mit regional gewonnenem und regionsspezifisch zusammengestelltem Saatgut. Als einzubringender Artenpool werden die vorliegenden Vegetationsaufnahmen zugrunde gelegt. Es wird dabei auf jeder Fläche einer Region dieselbe Artenmischung verwendet, bestehend aus Gräsern, Kräutern und Leguminosen. Die Störung durch Fräsen bzw. Eggen des Oberbodens, setzt die aktuelle Vegetation zurück und schafft offene Keimstellen. So kann die Regeneration des Ökosystems mit und ohne Einbringung zusätzlicher Pflanzenarten beobachtet werden.

 

Leitfragen

  • Wie verhält sich die Widerstandsfähigkeit des Ökosystems Grünland in Abhängigkeit zu Pflanzendiversität und Landnutzungsintensität?
  • Wie lange benötigen Grünland-Flächen mit und ohne Ansaat zu vollständigen Wiederherstellung ihrer gesamten Funktionalität?
  • Wie stark ist die aktuelle Vegetation der Grünländer durch fehlende Ausbreitung und fehlende Keimstellen limitiert?
  • Hat eine experimentell erhöhte Pflanzendiversität positive Effekte auf zentrale Funktionen des Ökosystems wie etwas Resilienz, Nährstoffkreisläufe und Trockenheitstoleranz?

 

Projektbeteiligte

Botanik, Uni Bern
ESCAPE, Uni Münster
Crustfunction, Uni Rostock
RootHerb II, Uni Berlin
SEBRA-MS, FU Berlin
SCALEMIC, Uni Hohenheim
AntAphid, Uni Bayreuth
Microorganismen, UFZ Halle
BETol, Uni Bayreuth
ForNit, Helmholtz Zentrum München
DEFENSE, Uni Würzburg

 

 

Ansaat im Hainich, Foto V. Klaus
Störung auf der Alb, Foto V. Klaus
Abb. 1: Design des Ansaat - und Störungs-Experiments SADE
 

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