Forschung

Biogeographische Analyse der Flora und Vegetation der mongolischen Trockengebiete

Project Responses of plant performance and functional diversity along a climate and land-use gradient in Mongolia

Land-use change is a global threat for ecosystems of all kind. Rangelands are among the best studied ecosystems in this context, but rangeland structure and composition is subject to rapid changes in response to abiotic controls, most notably to precipitation variability in drylands. Disentangling these from land use effects is difficult and led to ongoing discussions about degradation and the “right” management practices. The effects of changes in land-use intensity have been extensively studied. However, contradicting results from all over the world fueled debates and unraveled a fundamental lack of understanding of the underlying ecosystem functions of rangelands. Interactions between land-use and climate may prove key for an improved understanding. Although some studies already focused on climate as a key element of rangeland management, multi-site studies combining gradients in climate with those in land use intensity are still scarce.

The core idea of the project is to work along land-use gradients embedded into a climatic gradient that covers the main steppe types in Central Asia. The study design aims at unravelling the effects of differing land-use intensities under changing climate conditions on the performance of selected plant species and on the taxonomical and functional diversity of plant communities. Mongolia was chosen as study area since grasslands there have still been relatively intact yet are thought to approach now tipping points in response to rapidly increasing land use pressure

The applied methods vary from multivariate analysis of the plant communities and functional diversity over innovative modelling of community – and species – related indices, to the analysis of inter- and intra-specific trait performance of selected character species along both climate and land-use gradients.

The three working groups focus on different aspects of the study. The Senckenberg Museum of Görlitz is responsible for spatial and temporal variability of biomass, soil parameters and land-use. The team at the Univ. of  Lüneburg examines community processes, and colleagues at the Univ. Jena study the species performance along the climate and land-use gradients. Partners on site are the National University of Mongolia and the Academy of Science in Ulaanbaatar.

Partners:
Henrik von Wehrden, Julian Ahlborn (Leuphana University Lüneburg), Christine Römermann, Birgit Lang (Friedrich Schiller University Jena), Oyuntsegseg Batlai (National University of Mongolia), Munkhzul Oyunbileg (Academy of Science Ulaanbataar)

Funding:
Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG

Contact: Julian Ahlborn (Leuphana University Lüneburg) or Birgit Lang (Friedrich Schiller University Jena)

https://www.morestep.org/impressum.html

Population genetics and evolutionary biology of two key dryland species: Artemisia frigida Willd and A. scoparia Waldst. & Kit. (Anthemideae, Asteraceae)

Oyundelger Khurelpurev

Research Projects
Population genetics and evolutionary biology of two key dryland species: Artemisia frigida Willd. and A. scoparia Waldst. & Kit. (Anthemideae, Asteraceae)

Selected publications/reports
Khurelpurev, O., Pfeiffer, M. 2017. Coleoptera in the Altai Mountains (Mongolia): species richness and community patterns along an ecological gradient – Journal of Asia-Pacific Biodiversity 10(3): 362-370. (doi.org/10.1016/j.japb.2017.06.007).
Batlai, O., Shuherdorj, B., Khurelpurev, O., Oyunbileg, M., Kim, J.Y., Cho, H.J., Nyam-Osor, B., YoungChung, G., Hyeok Jae Choi, H.J. 2017. Contribution to the knowledge on the flora of Munkhkairkhan mountain area, Mongolia – Journal of Asia-PacificBiodiversity 10(4): 573-582.

Hochschulpartnerschaft Mongolei – Ausbau der lokalen Forschungs- und Lehrkapazitäten in der Mongolei

Improving teaching curricula and collection facilities for biodiversity research in Mongolia

Duration: 2011 – 2014

Partners: National University of Mongolia – Ulaanbaatar / School of Biology

Funding: German Academic Exchange Service – DAAD

WATERCOPE – Aufbau nationaler Forschungskapazitäten und Managementsysteme für die Altay-Dzungarische Grenzregion der Mongolei und Chinas

Supporting national research capacity and policy development to cope with dwindling water resources and intensifying land use in the transborder Altay-Dzungarian region of Mongolia and China

Website (University of Kassel – passwort available upon request),
also try www.watercope.org

Duration: 2011 – 2015

Partners: Univ. of Kassel-Witzenhausen, Univ. of Urumqi, National University of Mongolia / Ulaanbaatar

Funding: International Fund for Agricultural Development – IFAD

Contact: Oyundari Chuluunkhuyag, Chaoyan Lv

Das Ende der Pleistozänen Tundra-Steppe – Interaktionen zwischen Vegetation, Klima und Großherbivoren in Beringia

The end of the Pleistocene tundra steppe – interactions between vegetation, climate and large herbivores in Beringia during the late Quaternary

The current decline of global biodiversity in consequence of human activities is comparable with earlier mass extinctions in Earth’s history, which might be considered to be potential analogues for assessing this process. The last such extinction event was the loss of numerous large-bodied mammals (megaherbivores) in the course of the late Quaternary. Their extinction stands in close connection with the spread of modern humans, but coincided with abrupt climatic changes at the end of the Pleistocene. In the Arctic, rising temperature and increased humidity triggered the transformation of the Pleistocene nutritious grassland vegetation into birch shrubland, coniferous forest tundra and finally into low-diverse tundra wetland, which are an inappropriate habitat for most large herbivores.

The project aims at contributing to the ongoing debate on the type of vegetation present at that time and place: an extensive productive, cold-adapted grassland or a patchy mosaic of tundra-steppe in response to local environmental conditions such as topography, exposition, disturbances and soil moisture as it is found today. We want to identify the proportion of steppe, meadow and arcto-alpine plant elements in the past mammoth steppes. We want to contribute to re-constructing the climate and subsequent vegetation changes that took place at the transition to the holocene by combining palaeobotanical results with studies of modern plant communities. We intend to include herbivore – vegetation interactions, which are so far hardly considered, by studying grazing effects along climate gradients in the taiga/ tundra transition zone at the lower Kolyma River and in relict steppes of the Yana highlands, Yakutia. In a synthesis, the relative effects of climate and grazing as potential main drivers of vegetation characteristics in Northern Beringia during the late Quaternary are to be determined using multivariate statistics.

We are working on the present vegetation of Eastern Siberia, with a focus on the most northerly distributed steppes and steppe plant species and on the effect of grazing on this vegetation. The paleobotanical work is carried out by the working group of Frank Kienast, Senckenberg Research Station in Weimar.

Partners:
Frank Kienast, Kseniia Ashastina (Senckenberg Research Station of Quaternary Palaeontology, Weimar)
Elena Troeva (Laboratory of Genesis and Ecology of Soil-Vegetation Cover – Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Yakutsk, Russia)

Funding:
German National Science Foundation (DFG)

Contact: Jennifer Reinecke

Kulunda – how to prevent the next dust bowl

Finding strategies to safeguard soils in dry steppes and fields of southern Siberia.

http://www.kulunda.eu/

Duration: 2011 – 2016

Funding: Federal Ministry for Science and Education – BMBF

Partners: Martin-Luther-University Halle-Wittenberg, Univ. of Barnaul

Einfluss von Beweidung auf Kobresia-Matten in Tibet (KEMA)  – Änderungen in Vegetationszusammensetzung sowie Populationsökologie und –Genetik der wichtigsten Art Kobresia pygmaea

Kobresia Ecosystem Monitoring Area – KEMA

Effects of grazing exclusion on biodiversity and matter fluxes of alpine mats in Tibet

Website

Duration: 2011 – 2014

Partners: Philipps University Marburg, Univ. of Lanzhou, Institute of Tibetan Plateau Research – ITP

Funding: Federal Ministry for Science and Education – BMBF

Pasture Development Monitoring System (PaDeMoS) – Bioindikationssystem zur Bewertung von Beweidungseinflüssen im tibetischen Hochland

Assessing grazing impact on rangeland biodiversity in climatically differing regions of Tibet

Duration: 2011 – 2014

Partners: Philipps University Marburg, Univ. of Lanzhou, Institute of Tibetan Plateau Research – ITP

Funding: Federal Ministry for Science and Education – BMBF

Contact: Yun Wang

Projektbeschreibung:

Auf dem tibetischen Plateau hat jahrtausendealte mobile Tierhaltung zur Ausbildung weidetoleranter Artengemeinschaften geführt. In neuerer Zeit wird der Beweidungsdruck durch die wachsende Bevölkerung, aber auch durch Regierungskampagnen zur Sesshaftmachung erhöht, die Folge ist die Zerstörung der Weideländer und der schützenden Bodendecke. Hinzu kommen Effekte sich ändernden Klimas. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines integrierten Indikatorsystems für die Weidequalität im tibetischen Hochland, das eine Dokumentation des Ist-Zustandes und ein zuverlässiges Monitoring der Veränderungen ermöglicht. Dazu werden ausgewählte biotische Indikatoren überprüft und mit Fernerkundungsdaten verknüpft, um ein web-basiertes Pasture Degradation Monitoring System (PaDeMoS) zu entwickeln. In einem gemeinsamen Beobachtungsnetz werden insgesamt 4 Teilprojekte auf übereinstimmenden Kernflächen in 23 repräsentativen Untersuchungsgebieten arbeiten, die die wesentlichen Klimabedingungen auf dem östlichen Plateau repräsentieren. Dabei werden jeweils im gegebenen Untersuchungsgebiet entlang von Transekten degradierte und nicht degradierte Bestände verglichen. Die plot-basierten Untersuchungen werden mit Hilfe von Fernerkundungsmethoden auf größere räumliche und auch zeitliche Skalen übertragen. Das integrative Konzept setzt folgende Arbeiten in den 4 Teilprojekten voraus:

Pollen:
In diesem Teilprojekt wird durch Aufbau eines Pollenflug-Monitorings die Möglichkeit geschaffen, Veränderungen an der Vegetation kontinuierlich zu beobachten. Basierend auf der täglichen Analyse des Pollenfluges an ausgewählten Stationen des Tibetischen Plateaus wird die Phänologie der dortigen Vegetation abgebildet. Diese Analysen werden über mehrere Jahre durchgeführt, sodass sich mit den bekannten Phänologien Proxies und Indikatoren entwickeln lassen, die die unmittelbaren Auswirkungen des Klimawandels, aber auch der anthropogenen Einflüsse auf die Vegetation und Weidelandqualität erkennen lassen. Durch Vergleich mehrerer Stationen ist es auch möglich, auftretende Fernflugpollen mengenmäßig zu vergleichen und damit den Monsun in seiner räumlichen Ausdehnung und Stärke zu erfassen. Die gewonnenen Informationen werden nach Einbindung in die Ergebnisse der anderen Teilprojekte ein umfassendes Instrument liefern, um die Veränderungen der Ökologie auf dem Tibetischen Plateau zu beobachten, zu bewerten und auch um mögliche Managementmaßnahmen besser zu planen und zu überwachen.

Ameisen:
Ameisen nutzen kleinräumige Habitatstrukturen und können zur Untersuchung lokaler Habitatbedingungen genutzt werden. Sowohl Ameisennester als auch fouragierende Arbeiter werden auf allen Untersuchungsflächen erfasst. Im Rahmen des Teilprojektes werden Degradations- und Klimagradienten auf den Weiden anhand der Ameisen (Hymenoptera: Formicidae) analysiert. Dabei sollen spezifische Verteilungscharakteristiken auf der Ebene der einzelnen Arten sowie auch Artenreichtum, Evenness und Totalabundanz (= Nestdichte) auf der Ebene der Ameisengesellschaften ursächlich mit dem Grad der beweidungsbedingten Störung sowie klimatischen Faktoren erklärt und deshalb zukünftig als Indikatoren verwendet werden. Für alle beobachteten Arten wird ein digitaler Morphologie-basierter Bestimmungsschlüssel auf der Basis des multivariaten Lucid-Key entwickelt.

Vegetation und Beweidung:
Die Vegetationsuntersuchungen bilden das Bindeglied zwischen den Studien an gemeinschaftlichen Kernflächen und der Landschaftsebene. Entlang der Transekte in repräsentativen Klimaregionen des tibetischen Hochlandes sollen unterschiedliche Degradationsstadien erfasst und klassifiziert werden. Die untersuchten Variablen umfassen hier Artenzahl und Evenness, Artenzusammensetzung, aber auch den Futterwert / Nährstoffgehalt ausgewählter Arten. Das wird zur Ableitung von Indikatorarten, bzw. aggregierten Indikatoren führen, die sich dann leicht kartieren lassen und für großräumige Erfassungen zur Verfügung stehen. Die Vegetationsdaten werden mit der Fernerkundung auf die Meso- aber auch die Makroskala übertragen.

Zusätzlich werden in diesem TP auch die Nährstoffpools im Oberboden untersucht, die zur Einschätzung der Beweidungseffekte, insbesondere auf die Pflanzennährstoffgehalte wichtig sind. Als wichtige Herbivorengruppe sind bodenwühlende Kleinsäuger zentrale Akteure und Indikatoren. In einem überwiegend anderweitig finanzierten Teilbereich werden die Artenzusammensetzung und Populationsdichten von Kleinsäugern an verschieden intensiv beweideten Stationen aufgenommen. Dabei wird der Schwarzlippen-Pfeifhase Ochotona curzoniae als Modellart einer intensiveren Populationsanalyse unterzogen, die auch nahrungsökologische Untersuchungen einschließt.
Fernerkundung:
Auf der Basis verschieden aufgelöster Fernerkundungsdaten und plot-basierter Feldaufnahmen von floristischen und faunistischen Weide-Degradationsindikatoren der anderen TPs wird ein System entwickelt, das es erlaubt auf Basis von wolkenfreien MODIS Kompositbildern die Weidedegradation für das Kobresia-System flächendeckend zu erfassen. Dazu werden als Zwischenschritt projektweit die Indikatoren verglichen und in ihrer Reaktion bewertet. Ziel ist eine belastbare Klassifikation von Degradationsstadien, die unter verschiedenen Bedingungen anwendbar ist. Das Resultat wird als internetbasiertes Informationssystem ausgebaut und für lokale Stakeholder verfügbar gemacht. Diese können dann Daten zu den in PaDeMoS bereits untersuchten Gebieten abfragen, aber auch neue Daten einpflegen um vergleichbare Bewertungen zu erzeugen.

Seit 2010 erscheint die bewährte Exkursionsflora in neuer Aufmachung. Zwar gibt es weiterhin 3 Bände (plus Zierpflanzenband), aber die Aufteilung ist eine andere. Der Grundband wurde um viele bestimmungskritischen Sippen ergänzt, und entspricht damit weitgehend dem ehemaligen Kritischen Band.

Die aktuelle 21. Auflage ist eine durchgesehene, im Kern aber inhaltsgleiche Neuauflage der 20. Auflage von 2010.

2013 erschien eine aktualisierte Fassung des Atlasbandes, in den mehr als 200 Arten neu aufgenommen wurden. Für mehr als 50 weitere Arten wurden bestehende Zeichnungen überarbeitet und ergänzt. Sowohl Atlas- als auch Textband wurden hinsichtlich der Taxonomie aktualisiert. Grundlegend verändert wurde dabei die systematische Anordnung der Taxa, die an das APG III-System angepasst wurde.

2016 erschien der vollkommen neu entworfene Kritische Ergänzungsband, der nur die im Grundband nicht verschlüsselten kritischen Sippen (Ranunculus auricomus, Sorbus, Rubus, Taraxacum u. Hieracium laevigatum agg.) detailliert behandelt. Damit ist die Reihe in neuer Konzeption erstmals wieder vollständig.

Ergänzend zu diesem Bestimmungsbuch bieten wir ein Virtuelles Herbarium bestimmungskritischer Taxa der deutschen Flora.

Partner

Institut für Botanik – Technische Universität Dresden

Institutsbereich Geobotanik – Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

Abteilung Botanik – Senckenberg Museum für Naturkunde Görlitz

http://chromosomes.senckenberg.de/karyodb/german/index_de.php

DFG-Projekt:

Entwicklung neuer Digitalisierungsstandards zur Serienerfassung von Blattnervaturmerkmalen aus Herbarsammlungen mittels Mikroradiographie

Herbarien mit ihren großen Sammlungen rezenter und historischer Pflanzenbelege dokumentieren Veränderungen über historische Zeiträume und werden daher in der Forschung in jüngerer Zeit verstärkt als Umwelt-Archive benutzt (z.B. Klimawandel-Forschung). Insbesondere die Blattnervatur erwies sich als wichtiger Indikator für Veränderungen der Umweltbedingungen. Die traditionellen chemikalienbasierten Methoden zur Präparation der Blattnervatur sind allerdings destruktiv und zeitaufwändig und kommen daher für die Untersuchung großer Serien an Blattproben, wie sie z.B. in der Funktionellen Ökologie bzw. Biodiversitätsforschung benötigt werden, nicht in Frage. Neuere Studien zeigten, dass mikroradiographische Methoden eine vielversprechende, nicht-destruktive Alternative zur Darstellung der Architektur der Blattnervatur darstellen. Das Ziel des vorliegenden Projekts ist deshalb die (Weiter)Entwicklung von Radiographie-basierten Digitalisierungsstandards zur schnellen, nicht-destruktiven Erfassung von relevanten Merkmalen der Blattnervatur aus Herbarbelegen.

Das Projekt  nutzt sowohl Sammlungen der botanischen Abteilungen von Senckenberg in Frankfurt und Görlitz (GLM, FR), als auch die methodische Expertise der Abteilung Messelforschung. Die digitalisierten Daten werden über Online-Datenbanken der Öffentlichkeit dauerhaft zugänglich gemacht.

Partner:
Georg Zizka, Julio Schneider (Senckenberg-Abteilung für Botanik und Molekulare Evolutionsforschung Frankfurt)
Jörg Habersetzer, Renate Rabenstein (Senckenberg-Abteilung Messelforschung und Paläoanthropologie)

Finanzierung:
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Kontakt: Jens Wesenberg

https://www.zfmk.de/en/research/projects/integrative-analysis-of-the-influence-of-pesticides-and-land-use-on-biodiversity#team

• Ex-Situ Schutz – genetische und populationsbiologische Untersuchungen von Wild- und Gartenpopulationen ausgewählter Ackerwildkräuter 
• BioChange – Germany – Analyse von Veränderungen in der Diversität norddeutscher Kulturlandschaften in den letzten 50 Jahren 
• Invasionsbiologie von Rosa rubiginosa: vergleichende populationsbiologische Untersuchungen im Herkunftsgebiet in Mitteleuropa und im Invasionsgebiet Argentinien