Arthropoden und arthropoden-abhängige Ökosystemprozesse

Hintergrund

Arthropoden, insbesondere Insekten, sind die vielfältigste Tiergruppe der Erde und beeinflussen viele Ökosystemprozesse. Die Abundanz und Diversität von Arthropoden sowie die Populationsdynamik einzelner Arten hängen mit der Landnutzung zusammen. Es ist daher davon auszugehen, dass räumliche und zeitliche Veränderungen der Landnutzung Arthropodendiversität und Ökosystemprozesse, für die Arthropoden von zentraler Bedeutung sind, maßgeblich beeinflussen. Daher ist es wichtig, die Arthropodengemeinschaften im Grasland und in Wäldern langfristig zu monitoren. Zusätzlich zum Monitoring sind experimentelle Manipulationen erforderlich, um kausale Schlüsse ziehen zu können. Arthropods Core ist in seiner jetzigen Form seit 2014 Teil der Biodiversitäts-Exploratorien. Das Projekt ist der Nachfolger der früheren Kernprojekte Invertebrates I (2006-2011) und Arthropods I (2011-2014).

Ziele

Langfristiges Monitoring von Arthropoden in Wiesen und Wäldern, um den Einfluss der Landnutzungsintensität und der Änderung in der Landnutzung auf die Abundanz und Diversität zu untersuchen.
Erstellen einer umfassenden Datenbank mit ökologischen Merkmalen für alle gesammelten Arthropoden, um zu testen, wie die Merkmale der Arten die Beziehungen zur Landnutzung erklären.
Quantifizierung von Ökosystemprozessen, wie Samenabtrag, Dungabbau und Prädation, um zu testen, inwiefern Variationen der Prozessraten mit der Landnutzung zusammenhängen.
Untersuchung der Rolle saproxylischer Insekten bei der Zersetzung von Totholz als Teil des BELongDead-Experiments.
Monitoring der Arthropoden in den Experimenten in Wald (FOX) und Grünland (RPs/UPs), um den Einfluss von Lichtungen und Totholz (FOX) und von Extensivierung (RPs/UPs) auf Arthropoden zu verstehen.

Zur Beprobung der Grünlandexperiment wird ein Biozönometer eingesetzt

Service-Leistungen

Alle Kernprojekte liefern wichtige Basisinformationen zu Landnutzung, Diversität und Ökosystemprozessen (Langzeitmonitoring). Diese werden den Teilprojekten in jeder Phase für die Erforschung tiefergreifende Fragestellungen zur Verfügung gestellt.

Die von Arthropods Core bereitgestellten Daten und Dienste ermöglichen die Einbeziehung umfassender Daten über Arthropoden und ökologische Prozesse in andere Forschungsarbeiten. Insbesondere werden im Rahmen des Langzeitmonitorings während der gesamten Vegetationsperiode (März bis Oktober) Arthropoden in Wäldern und Grünland beprobt. Durch dieses Monitoring können wir nicht nur die kurzfristigen, sondern auch die langfristigen Auswirkungen der Landnutzung auf die Arthropodendiversität in Grünland und Wäldern quantifizieren. In Zusammenarbeit mit anderen Projekten führen wir Zeitreihenanalysen durch und untersuchen den Einfluss der umgebenden Landschaft, der Landnutzung und von Strukturvariablen auf die Arthropodendiversität und ökologische Prozesse.

Service-Leistung der aktuellen Phase

In der 7. Phase (2023-2026) stellt das Kernprojekt Arthropoden folgende Service-Leistungen/Basisuntersuchungen zur Verfügung:

Jährliche Beprobung von Fluginsekten mit Kreuzfensterfallen auf Wald-VIPs (alle Wald-EPs werden alle drei Jahre beprobt, in dieser Phase in 2023). Für viele Arthropoden-Taxa werden Daten zur Abundanz erhoben, Coleoptera und Hemiptera werden bis zur Art bestimmt.
Jährliche Beprobung von Fluginsekten mit Kreuzfensterfallen im FOX-Experiment. Für viele Arthropoden-Taxa werden Daten zur Abundanz erhoben, Coleoptera und Hemiptera werden bis zur Art bestimmt.
• Jährliche Beprobung von Arthropoden auf allen Grünland-EPs mit Hilfe von Kescherfängen. Es werden Informationen über die Abundanz vieler Arthropoden-Taxa bereitgestellt. Verschiedene Taxa, darunter Araneae, Coleoptera, Hemiptera und Orthoptera, werden bis zur Art bestimmt.
Zweijährige Beprobung von Arthropoden in den Grünlandexperimenten (RP/UPs) mit Biozönometer (2023, 2025). Identifizierung der gesamten Gemeinschaft mit Meta-Barcoding.
Umfassende Traitdaten (Körpergröße, ökologische Einteilung) für alle gesammelten Arthropodenarten.
Jährliche Messung der ökologischen Prozesse Samenabtrag, Dungabbau und Prädation in allen VIPs.
Zweijährige Messung (abwechselnd) der ökologischen Prozesse Samenabtrag, Dungabbau und Prädation im FOX-Experiment und in den Grünlandexperimenten (RPs/UPs).
Koordination des BELongDead-Experiments.
Dreijährige Messung der Holzzersetzung in allen BELongDead Stämmen.
Entwicklung und Verbesserung von Methoden und Werkzeugen zur Analyse von Landnutzungsintensität und deren Effekten (LUI).

Service-Leistungen vergangener Phasen

Die gleichen Service-Leistungen wurden in der vierten und fünften Phase der Exploratorien (2014-2020) erbracht, mit Ausnahme unserer Beiträge zum FOX-Experiment und zu den Grünlandexperimenten, die in der sechsten Phase (2020-2023) begonnen wurden. Zusätzlich stellen wir Daten zu bodenbewohnenden Arthropoden zur Verfügung, die mit Bodenfallen (2008-2010) beprobt wurden, und zu Arthropoden in Baumkronen, die mit Kreuzfensterfallen (2008-2012) beprobt wurden. Im Jahr 2017 sind für alle EPs Daten zu ökologischen Prozessen (Herbivorie, Samenabtrag, Dungabbau, Prädation) verfügbar. Von 2010-2022 wurden saproxylischen Arthropoden in allen BELongDead Stämmen jährlich mit Totholzeklektoren beprobt. Daten zu terrestrischen Gehäuseschnecken und Hornmilben für die meisten EPs wurden in 2017 erhoben.

Abbildung: Die Collage zeigt 6 Fotos von Projektarbeiten zum Thema Insekten-Monitoring. Foto 1 zeigt eine junge Wissenschaftlerin im Wald, die mit einer Armbrust nach oben zielt, um im Kronendach eine Kreuzfensterfalle zu installieren. Foto 2 zeigt einen Emergenz-Eklektor zur Erfassung der Totholz-Insekten. Foto 3 zeigt eine Sommerwiese, auf der eine junge Wissenschaftlerin mit einem Kescher Insekten fängt, während sie von einem jungen Mann dabei gefilmt oder fotografiert wird. Foto 4 zeigt eine Wissenschaftlerin im Wald, die mit einer von oben herabhängenden Kreuzfensterfalle hantiert. Foto 5 zeigt zwei junge Wissenschaftler zusammen mit Arbeitsgerätschaften im Wald bei der Vorbereitung der Fallenentleerung. Foto 6 zeigt eine junge Wissenschaftlerin und einen jungen Wissenschaftler an der geöffneten Heck-Klappe eines Kastenwagens bei der Dokumentation und beim Hantieren mit Sammelbehältern nach der Leerung einer Kreuzfensterfalle. — A: Installation einer Kreuzfensterfalle im Kronendach, B: Emergenzeklektor zur Erfassung der Totholzinsekten, C: Dokumentation des Kescherfangs im Grünland für einen Film über die Exploratorien, D: Protokollierung der Probennahme, E: Vorbereitung der Fallenleerung im Wald, F: Leerung einer Kreuzfensterfalle

Ergebnisse

Neben vielen anderen wichtigen Beiträgen lieferte Arthropod Core Indizien für den großflächigen Rückgang von Insekten in Grasland und Wäldern. Der Rückgang im Grasland war ausgeprägter als in Wäldern und hing mit der Ausbreitungsfähigkeit der Arten und dem Umfang der landwirtschaftlichen Flächen in der Umgebung der Untersuchungsflächen zusammen. Für Insekten im Wald konnte gezeigt werden, dass insbesondere Arten mit großer Körpergröße, häufige Arten und räuberische Arten zurückgegangen sind. Arthropoden Core konnte auch zeigen, dass es im Hinblick auf die Landnutzungsintensität eindeutig Verlierer- und Gewinnerarten gibt. Die ökologischen Prozessraten waren insbesondere vom Klima abhängig und in geringerem Maße von der Landnutzung. Im Rahmen des Projekts konnten auch Baumarten identifiziert werden, deren Totholz zur Erhöhung der Vielfalt von saproxylischen Käfern genutzt werden kann. Erste Ergebnisse aus den Grünlandexperimenten lagen nahe, dass eine reduzierte Landnutzung direkt die Individuenzahl von Arthropoden erhöht.

Schwarzfleckiger Zangenbock (Rhagium mordax)

Publikationen

Insect decline in forests depends on species’ traits and may be mitigated by management

Staab M., Gossner M. M., Simons N. K., Achury R., Ambarlı D., Bae S., Schall P., Weisser W. W., Blüthgen N. (2023): Insect decline in forests depends on species’ traits and may be mitigated by management. Communications Biology 6: 338. doi: 10.1038/s42003-023-04690-9

Forest gaps increase true bug diversity by recruiting open land species

Achury R., Staab M., Blüthgen N., Weisser W. W. (2023): Forest gaps increase true bug diversity by recruiting open land species. Oecologia 202, 299–312. doi: 10.1007/s00442-023-05392-z

Drivers of community assembly change during succession in wood-decomposing beetle communities

Einflussfaktoren der Artenzusammensetzung von Totholzkäfergemeinschaften ändern sich während der Sukzession

Seibold S., Weisser W. W., Ambarlı D., Gossner M. M., Mori A., Cadotte M. W., Hagge J., Bässler C., Thorn S. (2023): Drivers of community assembly change during succession in wood-decomposing beetle communities. Journal of Animal Ecology 92 (5), 965-978. doi: 10.1111/1365-2656.13843

Experiments are needed to quantify the main causes of insect decline

Weisser W. W., Blüthgen N., Staab M., Achury R., Müller J. (2023): Experiments are needed to quantify the main causes of insect decline. Biology Letters 19 (2): 20220500. doi: 10.1098/rsbl.2022.0500

Little evidence for land-use filters on intraspecific trait variation in three arthropod groups

Kaum Einfluss von Landnutzung auf intraspezifische morphologische Variabilität

Wehner K., Brandt M., Hilpert A., Simons N. K., Blüthgen N. (2023): Little evidence for land-use filters on intraspecific trait variation in three arthropod groups. Web Ecology 23 (1), 35–49. doi: 10.5194/we-23-35-2023

Der Rückgang von Insekten in deutschen Wäldern – neue Ergebnisse aus den Biodiversitäts-Exploratorien

Staab M. (2023): Der Rückgang von Insekten in deutschen Wäldern – neue Ergebnisse aus den Biodiversitäts-Exploratorien. Beiträge zur Jagd- und Wildforschung 48: 281–297.

Unravelling insect declines: can space replace time?

Blüthgen N., Staab M., Achury R., Weisser W. W. (2022): Unravelling insect declines: can space replace time? Biology Letters 18: 20210666. doi: 10.1098/rsbl.2021.0666

Negative effects of forest gaps on dung removal in a full-factorial experiment

Staab M., Achury R., Ammer C., Ehbrecht M., Irmscher V., Mohr H., Schall P., Weisser W. W., Blüthgen N. (2022): Negative effects of forest gaps on dung removal in a full-factorial experiment. Journal of Animal Ecology 91 (10), 2113-2124. doi: 10.1111/1365-2656.13792

Insect herbivory facilitates the establishment of an invasive plant pathogen

Insektenherbivorie begünstigt die Etablierung eines invasiven Pflanzenpathogens

Gossner M. M., Beenken L., Arend K., Begerow D., Peršoh D. (2021): Insect herbivory facilitates the establishment of an invasive plant pathogen. ISME Communications 1: 6. doi:10.1038/s43705-021-00004-4

Animal-Mediated Ecosystem Process Rates in Forests and Grasslands are Affected by Climatic Conditions and Land-Use Intensity

Ambarlı D., Simons N. K., Wehner K., Kämper W., Gossner M. M., Nauss T., Neff F., Seibold S., Weisser W. W., Blüthgen N. (2021): Animal-Mediated Ecosystem Process Rates in Forests and Grasslands are Affected by Climatic Conditions and Land-Use Intensity. Ecosystems 24, 467–483. doi: 10.1007/s10021-020-00530-7

Dispersal ability, trophic position and body size mediate species turnover processes: Insights from a multi‐taxa and multi‐scale approach

Bae S., Heidrich L., Levick S. R., Gossner M. M., Seibold S., Weisser W. W., Magdon P., Serebryanyk A., Bässler C., Schäfer D., Schulze E.-D., Doerfler I., Müller J., Jung K., Heurich M., Fischer M., Roth N., Schall P., Boch S., Wöllauer S., Renner S. C., Müller J. (2021): Dispersal ability, trophic position and body size mediate species turnover processes: Insights from a multi‐taxa and multi‐scale approach. Diversity and Distributions 27 (3), 439-453. doi: 10.1111/ddi.13204

National Forest Inventories capture the multifunctionality of managed forests in Germany

Forstinventuren zeigen wie multifunktional wirtschaftlich genutzte Wälder sind

Simons N. K., Felipe-Lucia M. R., Schall P., Ammer C., Bauhus J., Blüthgen N., Boch S., Buscot F., Fischer M., Goldmann K., Gossner M. M., Hänsel F., Jung K., Manning P., Nauss T., Oelmann Y., Pena R., Polle A., Renner S. C., Schloter M., Schöning I., Schulze E.-D., Solly E., Sorkau E., Stempfhuber B., Wubet T., Müller J., Seibold S., Weisser W. W. (2021): National Forest Inventories capture the multifunctionality of managed forests in Germany. Forest Ecosystems 8, 5. doi: 10.1186/s40663-021-00280-5

Narrow environmental niches predict land-use responses and vulnerability of land snail assemblages

Wehner K., Renker C., Simons N. K., Weisser W. W., Blüthgen N. (2021): Narrow environmental niches predict land-use responses and vulnerability of land snail assemblages. BMC Ecology and Evolution 21:15. doi: 10.1186/s12862-020-01741-1

How land-use intensity affects sexual and parthenogenetic oribatid mites in temperate forests and grasslands in Germany

Wehner K., Schuster R., Simons N., Norton R. A., Blüthgen N., Heethoff M. (2021): How land-use intensity affects sexual and parthenogenetic oribatid mites in temperate forests and grasslands in Germany. Experimental and Applied Acarology 83, 343–373. doi: 10.1007/s10493-020-00586-z

Can multi‐taxa diversity in European beech forest landscapes be increased by combining different management systems?

Kann die Multitaxa-Biodiversität in europäischen Buchenwaldlandschaften durch die Kombination verschiedener Managementsysteme erhöht werden?

Schall P., Heinrichs S., Ammer C., Ayasse M., Boch S., Buscot F., Fischer M., Goldmann K., Overmann J., Schulze E.-D., Sikorski J., Weisser W. W., Wubet T., Gossner M. M. (2020): Can multi‐taxa diversity in European beech forest landscapes be increased by combining different management systems? Journal of Applied Ecology 57 (7), 1363-1375. doi: 10.1111/1365-2664.13635

Heterogeneity–diversity relationships differ between and within trophic levels in temperate forests

Vielfältige Reaktionen von Biodiversität auf Heterogenität in Wäldern

Heidrich L., Bae S., Levick S., Seibold S., Weisser W. W., Krzystek P., Magdon P., Nauss T., Schall P., Serebryanyk A., Wöllauer S., Ammer C., Bässler C., Doerfler I., Fischer M., Gossner M. M., Heurich M., Hothorn T., Jung K., Kreft H., Schulze E.-D., Simons N., Thorn S., Müller J. (2020): Heterogeneity–diversity relationships differ between and within trophic levels in temperate forests. Nature Ecology & Evolution 4, 1204–1212. doi: 10.1038/s41559-020-1245-z

Influence of forestry on dung beetle diversity

Der Einfluss von Forstwirtschaft auf Dungkäferdiversität

Mohr H. (2020): Influence of forestry on dung beetle diversity. Bachelor thesis, TU Darmstadt

Comparison of forests and grasslands by observing ecological process rates

Vergleich der Ökosysteme Wald und Grasland anhand ökologischer Prozessraten

Irmscher V. M. (2020): Vergleich der Ökosysteme Wald und Grasland anhand ökologischer Prozessraten. Bachelor thesis, TU Darmstadt

Biodiversity conservation in temperate European forests: the roles of management intensity and tree species composition

Biodiversitätsschutz in Wäldern der gemäßigten Breiten Mitteleuropas: der Einfluss von Bewirtschaftungsintensität und Baumartenzusammensetzung

Leidinger J. (2020): Biodiversity conservation in temperate European forests: the roles of management intensity and tree species composition. Dissertation, Technische Universität München

Effects of forest management on herbivorous insects in temperate Europe

Leidinger J., Seibold S., Weisser W. W., Lange M., Schall P., Türke M., Gossner M. M. (2019): Effects of forest management on herbivorous insects in temperate Europe. Forest Ecology and Management 437, 232-245. doi: 10.1016/j.foreco.2019.01.013

Land-use components, abundance of predatory arthropods, and vegetation height affect predation rates in grasslands

Meyer S. T., Heuss L., Feldhaar H., Weisser W. W., Gossner M. M. (2019): Land-use components, abundance of predatory arthropods, and vegetation height affect predation rates in grasslands. Agriculture, Ecosystems & Environment 270–271, 84-92. doi: 10.1016/j.agee.2018.10.015

Effects of management on ambrosia beetles and their antagonists in European beech forests

Gossner M. M., Falck K., Weisser W. W. (2019): Effects of management on ambrosia beetles and their antagonists in European beech forests. Forest Ecology and Management 437, 126-133. doi: 10.1016/j.foreco.2019.01.034

Land‐use in Europe affects land snail assemblages directly and indirectly by modulating abiotic and biotic drivers

Direkter und indirekter Einfluss von Landnutzung auf Schnecken-Gemeinschaften in Europa

Wehner K., Renker C., Brückner A., Simons N. K., Weisser W. W., Blüthgen N. (2019): Land‐use in Europe affects land snail assemblages directly and indirectly by modulating abiotic and biotic drivers. Ecosphere 10 (5), e02726. doi: 10.1002/ecs2.2726

Arthropod decline in grasslands and forests is associated with landscape-level drivers

Ursachen für Insektenrückgänge in Grünland und Wald sind auf Landschaftsebene zu finden

Seibold S., Gossner M., Simons N., Blüthgen N., Müller J., Ambarli D., Ammer C., Bauhus J., Fischer M., Habel J. C., Linsenmair, K.-E., Nauss T., Penone C., Prati D., Schall, P., Schulze, E.-D., Vogt, J., Wöllauer S., Weisser W. (2019): Arthropod decline in grasslands and forests is associated with landscape-level drivers. Nature 574, 671–674. doi: 10.1038/s41586-019-1684-3

Einfluss von Klimaparametern und der Landnutzung auf die Ökosystemdienstleistung des Dungabbaus und dessen Variabilität

Schneider J. (2018): Einfluss von Klimaparametern und der Landnutzung auf die Ökosystemdienstleistung des Dungabbaus und dessen Variabilität. Bachelorarbeit, TU Darmstadt

Bedeutung natürlicher Waldentwicklung für die Biodiversität

Seibold S. (2018): Bedeutung natürlicher Waldentwicklung für die Biodiversität. Allgemeine Forst Zeitschrift/Der Wald 20, 12-13

Contrasting effects of grassland management modes on species-abundance distributions of multiple groups

Kontrastierende Effekte verschiedener Landnutzungsarten im Grassland auf die Arten-Abundanz-Verteilung mehrerer Gruppen

Simons N., Lewinsohn T., Blüthgen N., Buscot F., Boch S., Daniel R., Gossner M.M., Jung K., Kaiser K., Müller J., Prati D., Renner S., Socher S., Sonnemann I., Weiner C., Werner M., Wubet T., Wurst S., Weisser W. W (2017): Contrasting effects of grassland management modes on species-abundance distributions of multiple groups. Agriculture, Ecosystems and Environment 237, 143–153. doi: 10.1016/j.agee.2016.12.022

Agricultural intensification without biodiversity loss is possible in grassland landscapes

Eine Intensivierung der Landwirtschaft in von Grassland dominierten Landschaften ohne Verlust von Artenvielfalt ist möglich

Simons N., Weisser W. W. (2017): Agricultural intensification without biodiversity loss is possible in grassland landscapes. Nature Ecology & Evolution 1, 1136–1145. doi: 10.1038/s41559-017-0227-2

Evaluation of an integrative strategy in forests: does deadwood enrichment work and increase biodiversity?

Evaluierung einer integrativen Wald-Naturschutzstrategie: Kann man Totholz anreichern und fördert dies die Biodiversität?

Dörfler I. (2017): Evaluation of an integrative strategy in forests: does deadwood enrichment work and increase biodiversity? Dissertation, TU München

Land-use intensification causes multitrophic homogenisation of grassland communities

Gossner M. M., Lewinsohn T., Kahl T., Grassein F., Boch S., Prati D., Birkhofer K., Renner S. C., Sikorski J., Wubet T., Arndt H., Baumgartner V., Blaser S., Blüthgen N., Börschig C., Buscot F., Diekötter T., Jorge L. R., Jung K., Keyel A. C., Klein A.-M., Klemmer S., Krauss J., Lange M., Müller J., Overmann J., Pašalić E., Penone C., Perović D. J., Purschke O., Schall P., Socher S. A., Sonnemann I., Tschapka M., Tscharntke T., Türke M., Venter P. C., Weiner C. N., Werner M., Wolters V., Wurst S., Westphal C., Fischer M., Weisser W. W., Allan E. (2016): Land-use intensification causes multitrophic homogenisation of grassland communities. Nature 540 (7632), 266–269. doi: 10.1038/nature20575

Deadwood enrichment in European forests – Which tree species should be used to promote saproxylic beetle diversity?

Gossner M. M., Wende B., Levick S., Schall P., Floren A., Linsenmair K. E., Steffan-Dewenter I., Schulze E.-D., Weisser W. W. (2016): Deadwood enrichment in European forests – Which tree species should be used to promote saproxylic beetle diversity? Biological Conservation 201, 92–102. doi: 10.1016/j.biocon.2016.06.032

Searching for the Optimal Sampling Solution: Variation in Invertebrate Communities, Sample Condition and DNA Quality

Auf der Suche nach der optimalen Fangflüssigkeit: Variation in Invertebraten-Gemeinschaften, Proben- und DNA-Qualität

Gossner M. M., Struwe J.-F., Sturm S., Max S., McCutcheon M., Weisser W. W., Zytynska S. E. (2016): Searching for the Optimal Sampling Solution: Variation in Invertebrate Communities, Sample Condition and DNA Quality. PLoS ONE 11(2): e0148247. doi: 10.1371/journal.pone.0148247

Predation along a land-use gradient in German grasslands

Geisthardt M. (2015): Predation along a land-use gradient in German grasslands. Master thesis, TU München

Predation along a land-use gradient in German forests

Kirchberger J. (2015): Predation along a land-use gradient in German forests. Master thesis, TU München

Effects of habitat structure and land-use intensity on the genetic structure of the grasshopper species Chorthippus parallelus

Wiesner K. R., Habel J. C., Gossner M. M., Loxdale H. D., Köhler G., Schneider A. R. R., Tiedemann R., Weisser W. W. (2014): Effects of habitat structure and land-use intensity on the genetic structure of the grasshopper species Chorthippus parallelus. The Royal Society Open Science. 1: 140133. doi: 10.1098/rsos.140133

Die sogenannten Kernprojekte der BE gingen aus dem Projekt zur Flächenauswahl und dem Aufbau der Exploratorien (2006-2008) hervor. Sie stellen seit 2008 die Infrastruktur bereit und erheben für alle Projekte wichtige Basisinformationen zu Landnutzung, Diversität und Ökosystemprozessen (Langzeitmonitoring). Zudem sie koordinieren projektübergreifende Aktivitäten wie etwa verschiedene Grossexperimente.