Effekte von Störung und Ansaat auf Zusammensetzung und Ökosystemfunktionen von Pflanzengemeinschaften

Abbildung: Das Foto zeigt von oben fotografiert rechts und links im Bild zwei junge Wissenschaftlerinnen, die auf einer sonnenbeschienenen Wiese liegen und mit der Bestimmung von Keimlingen beschäftigt sind. Die Wissenschaftlerin rechts notiert etwas auf dem Papier in einem Klemmbrett, das vor ihr auf dem Boden liegt. Vor dem Kopf der Wissenschaftlerin links steckt ein dünner Markierungs-Stab im Boden, neben ihr liegt ein aufgeklappter Gliedermaßstab.

Hintergrund

In Biodiversitätsexperimenten konnten oft positive Beziehungen zwischen der Pflanzenartenzahl und verschiedenen Ökosystemfunktionen wie etwa Produktivität, Stabilität und Resistenz gegenüber Störungen und Invasionen gezeigt werden. Nichtsdestotrotz gibt es eine wissenschaftliche Debatte darüber, ob sich die Ergebnisse dieser recht kontrollierten Experimente auf reale Ökosysteme übertragen lassen und wie dies praktisch zu implementieren ist. Unser Projekt fokussiert dabei die Effekte von Landnutzungsintensität und (experimentell angereicherter) Pflanzendiversität auf den Seed Rain (dt. Samenregen) sowie ausgewählte Ökosystemfunktionen, wie etwa Produktivität, Streuabbau, Wurzelexsudation und den Stickstoffkreislauf.

Hypothesen

Innerhalb des Störungs-Ansaat-Experiments SADE werden wir erforschen, wie das gezielte Einbringen von Pflanzenarten in Kombination mit einer einmaligen Zerstörung der Grasnarbe die Regeneration der Vegetation und ihrer essentiellen Ökosystemfunktionen im Grünland beeinflusst. Im weiteren Projektverlauf wird dann untersucht, ob eine erhöhte Pflanzendiversität auch zu einer verbesserten Bereitstellung von Ökosystemdienstleistungen führt. Wir werden dabei folgende Hypothesen testen:

Die Artvielfalt des Seed Rain (Samenregens) der bestehenden Vegetation hat starken Einfluss auf die Vielfalt der Pflanzen nach der Oberbodenstörung.
Die Erhöhung der Pflanzenartenvielfalt spiegelt sich auch in einer Diversifizierung des Seed Rain wieder.
Die primär in gestörten Flächen gefundenen transienten (Stör-)Arten, welche aus der Diasporenbank aufgelaufen sind, werden bereits zwei Jahre nach dem Störungsereignis keine Rolle mehr für die Aufrechterhaltung der Ökosystemfunktionen einnehmen.
Nur in artenarmen Beständen wird sich die Vielfalt der Pflanzen nach der Störung auch ohne Ansaat erhöhen, indem Arten aus der Bodensamenbank die bestehende Vegetation bereichern.
Die Anreicherung der Pflanzenartenvielfalt wird auf vormals artenarmen Flächen unterschiedliche Ökosystemfunktionen wie den Ertrag, die Futterqualität, die Austrocknungsresistenz und den Streuabbau positiv beeinflussen.
Eine erhöhte Pflanzendiversität wird auch die Wurzelexsudation und den Nährstoffrückhalt verstärken und damit Verluste der Nährstoffe in tiefere Bodenschichten reduzieren.

Methoden

Unser Projekt wird die 73 Plots des SADE Experimentes in den drei Untersuchungsgebieten erforschen und die Vegetationsentwicklung in Zusammenarbeit mit dem Botanik Projekt erfassen. Zur Aufnahme des Seed Rain werden mit steriler Erde gefüllte Aluminium-Schalen temporär in den Beständen installiert, mit denen die herausfallenden und keimenden Samen erfasst werden können. Als Hauptkennwerte für die direkt vegetationsgebundenen Ökosystemfunktionen dienen uns jährliche Messungen der oberirdischen Produktivität, der Nährstoffspeicherung im Aufwuchs sowie die Abundanzen stabiler Isotope von Stickstoff und Kohlenstoff. Letztere werden als integrative Maße zur Erforschung von Nährstoffkreisläufen und Trockenstress dienen. Zusätzlich wird auf allen Plots der Abbau unterschiedlicher Streu untersucht und die Nährstoffverfügbarkeiten im Boden mit Hilfe von Austauscherharzen (sog. Resin Bags) gemessen. Durch die Verwendung der standardisierten Teebeutel-Methode für die Erfassung des Abbaus von Grünem Tee und Roibos Tee ist unser Projekt auch Teil des weltweiten Forschungsprojekts TeaComposition.

Abbildung: Das Foto zeigt eine grüne Wiese, auf der drei gelbe quadratische Rahmen liegen, die Beprobungsflächen eingrenzen. Quer durchs Bild zieht sich ein gelbes Band zur Umgrenzung eines Plots. Links oben im Bild steckt ein dünner Markierungs-Stab im Boden.

Durch die Beprobung der oberirdischen Pflanzenbiomasse auf einer definierten Fläche wird die Produktivität und später im Labor auch Futterwert und Isotopie bestimmt

Abbildung: Das Foto zeigt auf einer Wiese einen Haufen aufgegrabener Erde, auf dem eine metallene Handschaufel liegt, auf der sich ein mit Austausch-Harzen gefüllter Stoffbeutel befindet.

Resin bags sind Stoffbeutel, die mit Austauscherharzen gefüllt sind, und vorübergehend in den Boden eingebracht werden um die Verfügbarkeit von Nährstoffen im Boden zu messen

Die Bestimmung von Keimlingen erfordert Fachkenntnis sowie Geduld und gute Augen

Abbildung: Das Foto zeigt in einem Raum einen Tisch mit orange-brauner Platte mit Holzmaserung. Auf dem Tisch liegt eine türkisfarbene Hand-Schaufel. Auf der Schaufel und auf der Tischplatte davor liegen je drei mit Tee gefüllte Teebeutel.

Ganz normale Teebeutel werden genutzt um die Effektivität des Standortes beim Streuabbau zu nutzen und unterschiedliche Ökosysteme miteinander vergleichen zu können

Publikationen

Increasing plant species richness by seeding has marginal effects on ecosystem functioning in agricultural grasslands

Freitag M., Hölzel N., Neuenkamp L., van der Plas F., Manning P., Abrahão A., Bergmann J., Boeddinghaus R., Bolliger R., Hamer U., Kandeler E., Kleinebecker T., Knorr K.-H., Marhan S., Neyret M., Prati D., Le Provost G., Saiz H., van Kleunen M., Schäfer M., Klaus V. H. (2023): Increasing plant species richness by seeding has marginal effects on ecosystem functioning in agricultural grasslands. Journal of Ecology 111 (9), 1968-1984. doi: 10.1111/1365-2745.14154

Enzyme kinetics inform about mechanistic changes in tea litter decomposition across gradients in land-use intensity in Central German grasslands

Teebeutel und Enzymkinetik als Indikatoren für Auswirkungen der Landnutzungsintensität auf die Streuzersetzung in Grünland in Mitteldeutschland.

Meyer U.-N., Tischer A., Freitag M., Klaus V. H., Kleinebecker T., Oelmann Y., Kandeler E., Hölzel N., Hamer U. (2022): Enzyme kinetics inform about mechanistic changes in tea litter decomposition across gradients in land-use intensity in Central German grasslands. Science of The Total Environment 836, 155748. doi: 10.1016/j.scitotenv.2022.155748

The influence of seeding and disturbance on beta diversityof grassland vegetation of different land use intensities

Holthuis P. M. (2022): The influence of seeding and disturbance on beta diversityof grassland vegetation of different land use intensities. Master thesis, University Münster

Restoration of plant diversity in permanent grassland by seeding: Assessing the limiting factors along land-use gradients

Freitag M., Klaus V. H., Bolliger R., Hamer U., Kleinebecker T., Prati D., Schäfer D., Hölzel N. (2021): Restoration of plant diversity in permanent grassland by seeding: Assessing the limiting factors along land-use gradients. Journal of Applied Ecology 58 (8), 1681-1692. doi: 10.1111/1365-2664.13883

Land-use intensity shapes the composition of seed rain in permanent grasslands

Kunze S. (2021): Land-use intensity shapes the composition of seed rain in permanent grasslands. Master thesis, University Münster

Linking land use and plant community assembly to understand ecosystem processes in temperate grasslands

Freitag M. (2021): Linking land use and plant community assembly to understand ecosystem processes in temperate grasslands. Dissertation, University of Münster

Dark diversity as a tool to predict the establishment success of plant species in grassland restoration

Närmann, S. (2021): Dark diversity as a tool to predict the establishment success of plant species in grassland restoration. Master Thesis, University of Münster, Münster.

Auswirkungen von Störung auf den Trockenheitsstress in der Vegetation und die Stickstoff-Ausnutzung der Pflanzen

Schröder S. K. (2021): Auswirkungen von Störung auf den Trockenheitsstress in der Vegetation und die Stickstoff-Ausnutzung der Pflanzen. Technical report, University Münster

Does disturbance and seed addition affect plant functional diversity in grasslands along a land-use gradient?

Beeinflussen Ansaat und Störung die pflanzliche funktionelle Diversität des Wirtschaftsgrünlandes entlang eines Landnutzungsgradienten?

Binder J. H. (2019): Does disturbance and seed addition affect plant functional diversity in grasslands along a land-use gradient? Bachelor Thesis, University Münster

Der Einfluss von Störung und Ansaat auf die Bodenphosphorkonzentration im Wirtschaftsgrünland

Hiestermann S. (2019): Der Einfluss von Störung und Ansaat auf die Bodenphosphorkonzentration im Wirtschaftsgrünland. Bachelor Thesis, University Münster

Einfluss von Ansaat und Störung auf die Kohlenstoff- und Stickstoffverfügbarkeit in Grünlandböden der Region Hainich-Dün

Schaper J. (2019): Einfluss von Ansaat und Störung auf die Kohlenstoff- und Stickstoffverfügbarkeit in Grünlandböden der Region Hainich-Dün. Bachelor Thesis, University Münster

Etablierung von Grünlandarten durch Störung und Ansaat im Wirtschaftsgrünland

Närmann S. (2018): Etablierung von Grünlandarten durch Störung und Ansaat im Wirtschaftsgrünland. Bachelor thesis, Münster University

Samenregen im temperaten Grünland

Partsch V. (2018): Grazing and its ecological effects: A new index for grazing intensity in grasslands. Bachelor thesis, University Muenster

Einfluss von Pflanzendiversität und Landnutzungsintensität auf Biomasseproduktion und Futterqualität im Grünland in Hainich-Dün

Thurner L. (2018): Einfluss von Pflanzendiversität und Landnutzungsintensität auf Biomasseproduktion und Futterqualität im Grünland in Hainich-Dün. Bachelor Thesis, University Muenster.

Resistenz und Resilienz von Pflanzengemeinschaften des Wirtschaftsgrünlandes gegenüber Ansaat und Störung

Stroot L. (2018): Resistenz und Resilienz von Pflanzengemeinschaften des Wirtschaftsgrünlandes gegenüber Ansaat und Störung. Bachelor Thesis, University Muenster.

Eine Langzeitanalyse der Beziehungen zwischen Landnutzungsintensität, Aufwuchsqualität und Pflanzendiversität im Grünland

Froese L. (2017): Eine Langzeitanalyse der Beziehungen zwischen Landnutzungsintensität, Aufwuchsqualität und Pflanzendiversität im Grünland. Bachelor thesis, University Münster