Ökologische Mechanismen untermauern Veränderungen der Artendiversität entlang der Landnutzungsintensität in temperaten Wäldern – von Bäumen zu Landschaften

Abbildung: Das Foto zeigt die Baumkronen eines Mischwalds zu Beginn des Herbstes.

Hintergrund

TreeScape untersucht den Einfluss der durch Nutzungsintensität bedingten Waldstruktur auf die Biodiversität in temperaten Wäldern, um deren Haupttreiber und Mechanismen des Artenschwunds entlang eines Landnutzungsgradienten zu identifizieren und um damit schließlich 3D-Strukturen und Biodiversität in einem einheitlichen Rahmen zusammenzuführen. Dafür analysiert TreeScape die Auswirkung der Geländetopographie (basierend auf LiDAR-Erfassungen, Light-Detection and Ranging), der Vegetationsstruktur, der Pflanzenzusammensetzung und des Landschaftskontextes auf acht taxonomische Gruppen entlang des forstlichen Nutzungsgradienten der Biodiversitäts-Exploratorien und zweier zusätzlicher Waldgebiete (Nationalpark Bayerischer Wald und Steigerwald).

Um Auswirkungen der Waldstruktur über Artniveau hinaus beschreiben zu können und umfassende Messgrößen der Biodiversität zu integrieren, möchten wir sowohl die stammesgeschichtliche Verwandtschaft als auch die Arteigenschaften von acht ausgewählten taxonomischen Gruppen (Flechten, Pflanzen, Pilze, Wanzen, Käfer, Spinnen, Vögel und Fledermäuse) auf der Basis von bereits publizierten und neu erstellten Stammbäumen und Arteigenschaften erarbeiten.

Abbildung: Die Collage zeigt in einer Reihe drei Fotos von Pflanzen und vier Fotos von Tieren. Foto 1 zeigt eine graue Flechte. Foto 2 zeigt gelbe Blüten einer niedrig wachsenden Grünpflanze. Foto 3 zeigt eine Wanze auf einem Baumstamm. Foto 4 zeigt einen Käfer auf weißem Untergrund. Foto 5 zeigt eine Spinne auf weißem Untergrund. Foto 6 zeigt einen Vogel auf einem Ast vor grünem Hintergrund. Foto 7 zeigt eine Fledermaus im Flug vor einem schwarzen Hintergrund.

Methoden

Innerhalb des letzten Jahrzehnts hat sich die Möglichkeit, das Kronendach mithilfe von LiDAR-Fernerkundungsverfahren zu durchdringen, als hervorragendes Werkzeug zur Quantifizierung verschiedener Komponenten der strukturellen Komplexität in Wäldern etabliert. Aktuelle Systeme und Verarbeitungsalgorithmen ermöglichen die Identifikation einzelner Objekte, wie Bäume oder Totholzobjekte, und können somit von diesen Nischen abhängige Arten berücksichtigen. Parameter, die Heterogenität eines Waldes auf lokaler Ebene beschreiben, können grundsätzlich in drei Gruppen eingeteilt werden: die Pflanzenzusammensetzung des lokalen Habitats, die Heterogenität der Geländeoberfläche und die strukturelle Heterogenität der Vegetation (Physiognomie). Von LiDAR abgeleitete Messgrößen dieser Physiognomie umfassen zum Beispiel die Vegetationshöhe sowie die vertikale und horizontale Heterogenität.

Abbildung: Das Foto mit Blick nach oben zeigt einen Kiefernwald. An einigen Bäumen sind Kreuzfensterfallen aufgehängt.

Ziele

Unser Projekt zielt darauf ab,

existierende Daten aus den Biodiversitäts-Exploratorien für die acht ausgewählten Taxa zusammenzustellen,
Unähnlichkeiten basierend auf Verwandtschaft und Arteigenschaften für die acht ausgewählten Taxa (weiter) zu quantifizieren,
Variablen der Waldstruktur entlang unterschiedlicher Heterogenitätsmaße mithilfe von LiDAR zu berechnen,
wichtige Maße der Heterogenität auf die regionale Landschaft mithilfe von RADAR zu skalieren,
den Einfluss der lokalen und regionalen Landschaftsstruktur auf die Biodiversität aufzuklären,
und diese Arbeit in zwei weiteren Waldtypen zu erweitern (Nationalpark Bayerischer Wald und Steigerwald), so dass innerhalb des Projekts einzigartige Gradienten der Nutzungsintensität in montanen bis hochmontanen Wäldern und in kollinen Buchenwäldern in Mitteleuropa repräsentiert werden.

Kooperationen

Wir möchten eng mit verschiedenen Kernprojekten zusammenarbeiten, insbesondere Botanik (PI Fischer), Arthropoden (PI Weisser/Blüthgen), Messtechnik & Fernerkundung (PI Nauss/Kleinn) und Waldstruktur (PI Ammer). Darüber hinaus möchten wir mit den Projekten Funwood IV, ParaAves und Phylodiv kooperieren. Zusätzlich zu den Biodiversitäts-Eexploratorien werden wir mit dem Nationalpark Bayerischer Wald und dem Lehrstuhl für Terrestrische Ökologie der TU München zusammenarbeiten.

Publikationen

Effects of heterogeneity on functional, phylogenetic and taxonomic diversity of forest fauna

Heidrich L., Brandl R., Ammer C., Bae S., Bässler C., Doerfler I., Fischer M., Gossner M. M., Heurich M., Heibl C., Jung K., Krzystek P., Levick S., Magdon P., Schall P., Schulze E.-D., Seibold S., Simons N. K., Thorn S., Weisser W. W., Wöllauer S., Müller J. (2023): Effects of heterogeneity on functional, phylogenetic and taxonomic diversity of forest fauna. Basic And Applied Ecology, Special issue: Scales and Heterogeneity in Ecology - from basic research to application, 73, 72-79. doi: 10.1016/j.baae.2023.10.005

Functional structure of European forest beetle communities is enhanced by rare species

Burner R. C., Drag L., Stephan J. G., Birkemoe T., Wetherbee R., Müller J., Siitonen J., Snäll T., Skarpaas O., Potterf M., Doerfler I., Gossner M. M., Schall P., Weisser W. W., Sverdrup-Thygeson A. (2022): Functional structure of European forest beetle communities is enhanced by rare species. Biological Conservation 267, 109491. doi: 10.1016/j.biocon.2022.109491

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

The effect of environmental heterogeneity on communities

Der Einfluss von Heterogenität in Umweltbedingungen auf Artgemeinschaften

Heidrich L. (2021): The effect of environmental heterogeneity on communities. Dissertation, University Würzburg

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

Radar vision in the mapping of forest biodiversity from space

Eine Radarsicht bei der Kartierung der biologischen Vielfalt von Wäldern aus dem Weltraum

Bae S., Levick S. R., Heidrich L., Magdon P., Leutner B. F., Wöllauer S., Serebryanyk A., Nauss T., Krzystek P., Gossner M. M., Schall P., Heibl C., Bässler C., Doerfler I. , Schulze E.-D., Krah F.-S., Culmsee H., Jung K., Heurich M., Fischer M., Seibold S., Thorn S., Gerlach T., Hothorn T., Weisser W. W., Müller J. (2019): Radar vision in the mapping of forest biodiversity from space. Nature Communications 10:4757. doi: 10.1038/s41467-019-12737-x