Kernprojekt 10 - Biodiversitätssynthese

 

Wissenschaftliche Bearbeitung durch:

Prof. Dr. Markus Fischer

Prof. Dr. Eric Allan

Dr. Caterina Penone

Dr. Hugo Saiz

Abiel Rindisbacher

Noëlle Schenk

(Uni Bern)

Dr. Peter Manning

Dr. Margot Neyret

(Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung, Frankfurt)

Extern:

Dr. Fons van der Plas

(Uni Leipzig)

Dr. Santiago Soliveres

(Uni Alicante)

Dr. Malte Jochum

(iDiv Halle-Jena-Leipzig)

Wissenschaftlicher Hintergrund

Ökologische Systeme wirklich allgemein zu verstehen, erfordert eine breite Perspektive und die Synthese von Wissen über verschiedene Taxa, ökologische Prozesse sowie räumliche und zeitliche Skalen hinweg. Diese multidisziplinäre Herangehensweise an Ökosysteme ist das Herzstück der Biodiversitäts-Exploratorien. Das Projekt wurde ins Leben gerufen, um die Forschungsanstrengungen auf eine Weise zu koordinieren, dass verschiedene Daten in einem gemeinsamen Studiendesign gesammelt werden und somit direkt miteinander verknüpft und verglichen werden können. Das Ziel des Synthesekernprojekts ist es, sicherzustellen, dass die oben beschriebenen ökologischen Synthesen realisiert werden.

 

Fragestellung / Ziele

In der nächsten Phase wird das Kernprojekt Synthese gemäß den folgenden Zielen zu den Biodiversitäts-Exploratorien beitragen:

  1. Allgemeine Fragestellungen über die Zusammenhänge zwischen der Intensivierung der Landnutzung, der Biodiversität und dem Funktionieren des Ökosystems beantworten. Dies geschieht insbesondere unter Berücksichtigung der Reaktionen des Ökosystems auf verschiedenen zeitlichen und räumlichen Skalen, einschließlich komplementärer Dimensionen der Biodiversität (d.h. funktionale, phylogenetische) einerseits und die Fokussierung auf die soziale Komponente von Agrarlandschaften andererseits.  
  2. Die Synthesebemühungen Anderer in den gesamten Biodiversitäts-Exploratorien katalysieren, sowohl durch die Erstellung von Synthesedatensätzen als auch durch die Verbreitung der Konzepte und statistischen Methoden für die Synthese.  Das Syntheseprojekt wird Synergien und einen echten Mehrwert zwischen den Projekten schaffen, in Übereinstimmung mit den wichtigsten Leitfragen der Biodiversitäts-Exploratorien.
  3. Die Reichweite erhöhen und Resultate und Kultur verbreiten. Dies geschieht durch das Organisieren spezieller Workshops und thematischer Sitzungen innerhalb und ausserhalb des Projekts. Ausserdem durch die Förderung der weltweiten Zusammenarbeit mit anderen Biodiversitätsprojekten.

 

Methodik

Die Arbeit der Synthesekerngruppe folgt vier Hauptaktionslinien:

  1. Datensatzverwaltung in enger Zusammenarbeit mit BEXIS. Insbesondere die Erstellung von Synthese-Datensätzen der Biodiversitäts-Exploratorien, welche allen Teilnehmenden zur Verfügung gestellt werden. Diese Datensätze enthalten Informationen über verschiedene Biodiversitätskomponenten,  Ökosystemfunktionen und -dienstleistungen auf allen Flächen. Wir entwickeln ausserdem Skripte und Methoden, um die Verwaltung und Analyse dieser Informationen zu erleichtern.
  2. Umfassende und beispielhafte Synthese. Die Analyse mehrerer Ökosystemvariablen erfordert die Anwendung modernster Analysewerkzeuge, darunter Strukturgleichungsmodelle, verallgemeinerte lineare gemischte Modelle, nichtlineare Regressionen und netzwerktheoretische Ansätze. Diese Methodologien werden laufend durch spezifische Kurse aktualisiert, welche den Bedürfnissen der Projektteilnehmenden angepasst werden.
  3. Synthese-Helpdesk. Zur Unterstützung der Synthese in anderen Projekten bieten wir Forschenden persönliche Syntheseberatung an. Die meisten der vielen Synthesetätigen bitten um Beratung, in der Regel in Form von Unterstützung bei der Verwendung der Synthesedatensätze, in Form einer Verfeinerung ihrer Forschungsfragen oder durch detaillierte Empfehlungen für die statistische Analyse.
  4. Entwicklung von Methoden. In einigen Fällen sind die Instrumente für die Synthese  noch nicht vorhanden. In diesen Fällen ist das Kernsyntheseprojekt aktiv an der Entwicklung neuer Methoden beteiligt, welche zur Erleichterung der Syntheseaktivitäten in den Biodiversitäts-Exploratorien (und auch außerhalb) eingesetzt werden können (z.B. Manning et al. 2018, Schneider et al. 2019, van der Plas et al. 2019).

 

Ergebnisse / Schlussfolgerungen / Hypothesen

In der nächsten Phase werden wir eine Reihe umfassender ökologischer Synthesen durchführen.Sie behandeln die zentralen Fragen der Biodiversitäts-Exploratorien auf der Grundlage der Erkenntnisse aus den vorangegangenen Phasen:

  1. Die Intensivierung der Landnutzung wirkt sich auf die Biodiversität der Ökosysteme aus, indem sie insbesondere den oberirdischen Artenreichtum reduziert und zu einer Homogenisierung der Lebensgemeinschaften auf mehreren trophischen ebenen führt (z.B. Allan et al. 2014, Gossner et al. 2016, Penone et al. 2019). In der nächsten Phase wollen wir diese Erkenntnisse auf andere Biodiversitätsdimensionen (d.h. funktionelle Merkmale, Phylogenie) und biotische Interaktionen ausweiten.
  2. Die Intensität der Landnutzung beeinflusst Ökosystemfunktionen und -dienstleistungen sowohl direkt als auch indirekt über ihren Einfluss auf die multitrophe Biodiversität (z.B. Allan et al. 2015, Soliveres et al 2016, van der Plas et al. 2016, Felipe-Lucia et al. 2018). In der nächsten Phase werden wir uns sowohl auf die Auswirkungen von zeitlichen und räumlichen Skalen auf das Zusammenspiel von Ökosystemfunktionen, Landnutzung und Biodiversität konzentrieren, als auch  auf den Beitrag der sozialen Dimension in den Agrarlandschaften.  
  3. Die Biodiversitäts-Exploratorien liefern eine einzigartigen Sammlung an relevanten ökologischen Erkenntnissen. Es ist aber auch wichtig  über das Projekt hinauszugehen, um eine allgemeine ökologische Theorie zu entwickeln und die Ergebnisse auf die reale Welt zu übertragen. In der nächsten Phase werden die bisherigen Ergebnisse mit denen anderer Biodiversitätsexperimente verglichen und werden verwendet, um wissenschaftlich fundierte Instrumente (z.B. Indikatorarten) zur Unterstützung der Agrarlandschaftspflege zu Fördern.

Bibliographie

Allan E. et al. 2014. Interannual variation in land-use intensity enhances grassland multidiversity. PNAS, 111:308–313.  www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1312213111 

Allan E. et al. 2015. Land use intensification alters ecosystem multifunctionality via loss of biodiversity and changes to functional composition. Ecol Lett 18:834–843. http://onlinelibrary.wiley.com

Felipe-Lucia et al. 2018. Multiple forest attributes underpin the supply of multiple ecosystem services. Nature Communications 9:4839.

Gossner et al. 2016. Land-use intensification causes multitrophic homogenization of grassland communities. Nature 540:266–269.

Manning et al. 2018. Redefining ecosystem multifunctionality. Nat Ecol Evol 2:427–436.

Penone et al. 2019. Specialisation and diversity of multiple trophic groups are promoted by different forest features. Ecol Lett 22:170–180.

Schneider et al. 2019. Towards an ecological trait‐data standard. Methods Ecol Evol. 10: 2006– 2019. https://doi.org/10.1111/2041-210X.13288

Soliveres S. et al.  2016. Locally rare species influence grassland ecosystem multifunctionality. Phil. Trans. Roy. Soc. B 371: 20150269. http://dx.doi.org

Soliveres S. et al. 2016. Biodiversity at multiple trophic levels is needed for ecosystem multifunctionality. Nature 536, 456–459. http://www.nature.com

van der Plas et al. (2016): Biotic homogenization can decrease landscape-scale forest multifunctionality. Proc Natl Acad Sci USA 113, S. 3557–3562.

van der Plas et al. 2019. Towards the development of general rules describing landscape heterogeneity–multifunctionality relationships. J Appl Ecol 56.

Weitere Projektbeteiligung von Prof. Dr. Markus Fischer: Projektsprecher, Koordinationsbüro, Botanik, SADE

Weitere Projektbeteiligung von Dr. Peter Manning, Dr. Fons van der Plas: BEF-Up

 

Projekt in vorigen Phasen

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