Durch Landnutzungsintensität bedingte Auswirkungen des Mikroklimas auf die Insektenvielfalt
Grünland zählt zu den artenreichsten Lebensräumen Mitteleuropas und beherbergt eine außerordentlich vielfältige Insektenfauna. Jedoch ist diese Artenvielfalt durch die Intensivierung der Landnutzung bedroht. Landnutzung führt insbesondere durch intensive Düngung, häufige Mahd und hohen Beweidungsdruck zu einer Verarmung der Pflanzenvielfalt und einer Homogenisierung der Vegetationsstruktur, welche zu einem Rückgang des Nahrungsangebots und einer Verschlechterung der Habitatqualität für Insekten führt. Darüber hinaus kann die Mahd zur direkten Mortalität von Insekten führen. Neben diesen direkten Auswirkungen beeinflusst die Landnutzung jedoch auch die mikroklimatischen Bedingungen, denen Insekten auf kleinstem Raum ausgesetzt sind. Dieser indirekte Einfluss der Landnutzung wurde bislang jedoch kaum erforscht. Extensiv genutztes Grünland weist durch seine heterogene Vegetationsstruktur eine ausgeprägte mikroklimatische Variabilität auf. Schon auf kleinem Raum können Temperaturdifferenzen von bis zu 20°C auftreten. Diese mikroklimatische Vielfalt könnte zu einer hohen lokalen Artenvielfalt beitragen, da sie die Koexistenz von Arten mit unterschiedlichen thermischen Nischen ermöglicht und kleinräumige Refugien gegenüber Extremereignissen bereitstellt. Intensiv genutztes Grünland bietet dagegen einen engeren und zeitlich weniger stabilen mikroklimatischen Nischenraum, was die negativen Auswirkungen der Landnutzungsintensivierung auf Insekten weiter verstärkt. Ob Veränderungen in der Insektenvielfalt durch die Landnutzungsintensität tatsächlich über Unterschiede im Mikroklima vermittelt werden, wurde bislang jedoch nicht entlang von Landnutzungsgradienten untersucht.
Unser Ziel ist es zu verstehen, wie das Mikroklima die Auswirkungen der Landnutzungsintensität auf die Insektenvielfalt im Grünland vermittelt. Auf allen 150 Grünlandflächen der Biodiversitäts-Exploratorien werden (i) Insektengemeinschaften mittels standardisierter Biozönometer-Saugprobenahme erfasst und artspezifische mikroklimatische Nischen abgeleitet; (ii) Oberflächen- und Lufttemperaturen in hoher räumlicher Auflösung mithilfe von UAV-gestützten Wärmebildkameras sowie stationären Wärmebildkameras und Temperatursensoren in verschiedenen Vegetationsschichten erfasst; (iii) auf Basis dieser Temperaturmessungen und Vegetationsstrukturmerkmalen das von Insekten erfahrene Mikroklima in verschiedenen Vegetationsschichten modelliert; (iv) obere kritische Temperaturgrenzen (CTmax, englisch: critical thermal maxima) ausgewählter Insektenarten gemessen, um den Zusammenhang zwischen Wärmetoleranz, Landnutzungsintensität und lokalem Mikroklima zu untersuchen; sowie (v) alle erhobenen Daten zusammengeführt und analysiert, um direkte und mikroklimatisch bedingte Wirkungspfade der Landnutzungsintensität auf Insektengemeinschaften herauszuarbeiten.
Wir erwarten, dass extensiv genutztes, strukturell heterogenes Grünland einen breiteren mikroklimatischen Nischenraum bereitstellt als intensiv genutztes Grünland und damit zu einer höheren Insektenvielfalt führt. Zudem nehmen wir an, dass sich Insektenarten in ihren mikroklimatischen Nischen unterscheiden und dass diese Unterschiede artspezifische Vorkommens- und Häufigkeitsmuster erklären. Bezüglich der einzelnen Landnutzungskomponenten erwarten wir, dass häufige Mahd die mikroklimatischen Bedingungen abrupt destabilisiert und die direkte Insektenmortalität verstärkt, und dass Düngung durch die Förderung dichter, hochwüchsiger Vegetation den mikroklimatischen Nischenraum verengt. Beweidung hingegen bietet, außer bei sehr hoher Intensität, durch das Entstehen von Offenbodenstellen und ungenutzten Vegetationsflecken einen breiten und räumlich vielfältigen mikroklimatischen Nischenraum. Hinsichtlich der Wärmetoleranz von Insekten erwarten wir eine geringe intraspezifische, aber hohe interspezifische Variation im CTmax; zudem erwarten wir, dass der CTmax auf Gemeinschaftsebene in intensiv genutztem Grünland mit häufigen und plötzlichen Temperaturextremen höher ist, was auf eine Selektion hin zu wärmetoleranten Arten hindeutet.
Auf allen 150 Grünlandflächen der Biodiversitäts-Exploratorien werden Drohnenflüge synchron zur standardisierten Insektenprobenahme mittels Biozönometer auf drei 1 m × 1 m Teilflächen pro Untersuchungsfläche durchgeführt. Mit einer DJI Matrice 400 RTK Drohne, ausgestattet mit einem kombinierten Thermal+RGB-Sensor, sowie stationären Wärmebildkameras und Temperatursensoren werden Oberflächen- und Lufttemperaturen in hoher räumlicher Auflösung und in verschiedenen Vegetationsschichten erfasst. Diese Temperaturmessungen werden mit Vegetationsstrukturmerkmalen wie Blattflächenindex, Vegetationshöhe und Vegetationsbedeckung verknüpft, um die Temperaturbedingungen abzubilden, denen Insekten in verschiedenen Vegetationsschichten ausgesetzt sind. Die Insektenprobenahme konzentriert sich auf die Ordnungen Coleoptera, Heteroptera und Orthoptera und wird räumlich mit den Temperaturaufnahmen der jeweiligen Teilflächen verknüpft. Die oberen kritischen Temperaturgrenzen (CTmax) ausgewählter Arten werden mit einem standardisierten Aufwärmprotokoll bestimmt. Anschließend werden mithilfe von Strukturgleichungsmodellen die direkten und mikroklimatisch bedingten Wirkungspfade zwischen Landnutzungskomponenten und Insektenvielfalt getestet.
Wissenschaftliche Mitarbeiter:innen
