Biodiversitätsforschung an der Schnittstelle von Meer und Land

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Biodiversitätsforschung an der Schnittstelle von Meer und Land
Biodiversitätsforschung an der Schnittstelle von Meer und
Land – das Ende der „Splendid Isolation“
Helmut Hillebrand
Institut für Chemie und Biologie des Meeres
Carl-von-Ossietzky Universität Oldenburg
Carta Marina
Olaus Magnus
Library of
Uppsala Univ.
Biodiversitätsforschung…
… entwickelte sich von der Beschreibung der Vielfalt
Biodiversitätsforschung…
Globaler anthropogener Wandel
Organismische Biologie
Biodiversität
Energie- &
Materiefluss
Biogeochemie
Ökosystemfunktionen
Produktivität, CO2-Aufnahme, Elementkreisläufe
Ökosystem-Services
Nahrung, Tourismus, Wasserqualität, Klimastabilisierung
… entwickelte sich von der Beschreibung der Vielfalt hin zur funktionellen Rolle der Diversität
Biodiversitätsforschung an Land
Globaler anthropogener Wandel
Organismische Biologie
Biodiversität
Energie- &
Materiefluss
Ökosystemfunktionen
Produktivität, CO2-Aufnahme, Elementkreisläufe
Ökosystem-Services
Nahrung, Tourismus, Wasserqualität, Klimastabilisierung
Biogeochemie
Biodiversitätsforschung im Meer
Globaler anthropogener Wandel
Organismische Biologie
Biodiversität
Energie- &
Materiefluss
Ökosystemfunktionen
Produktivität, CO2-Aufnahme, Elementkreisläufe
Ökosystem-Services
Nahrung, Tourismus, Wasserqualität, Klimastabilisierung
Biogeochemie
Biodiversitätsforschung Küste
Globaler anthropogener Wandel
Organismische Biologie
Biodiversität
Energie- &
Materiefluss
Ökosystemfunktionen
Produktivität, CO2-Aufnahme, Elementkreisläufe
Ökosystem-Services
Nahrung, Tourismus, Wasserqualität, Klimastabilisierung
Biogeochemie
Biodiversitätsforschung Küste
Biodiversität der Küsten ist besonders stark von anthropogenem Druck beeinflusst.
Menschliche Bevölkerung (Millionen)
Bevölkerungsentwicklung in 12 Küstenökosystemen der Welt
Lotze et al. 2006, Science
Wattenmeer Ostsee
(Adria, Pamilco, Delaware, San
Francisco, Chesapeake,
Galveston, Moreton,
Massachusetts, St. Lawrence,
Bay of Fundy
Zeit (BP) Kulturperiode
Lotze et al. 2006 Science
Biodiversitätsforschung Küste
Anthropogene Veränderungen
Sedimentlast
Nährstoffeintrag
Bioinvasion
Habitatveränderung
Nutzung
Marine Säuger
Vegetation
Marine Fische
Lotze et al. 2006, Science
Wanderfische
Seegras
Grundfische
Aquat. pel.
Makrophyten
Grosse
F.
Marschen
Kleine
pel. F.
Kulturperiode
Wattenmeer Ostsee
(Adria, Pamilco, Delaware, San
Wattenmeer Ostsee
Francisco, Chesapeake,
(Adria, Pamilco, Delaware, San Galveston, Moreton,
Francisco, Chesapeake, Galveston, Massachusetts,
St. Lawrence,
Moreton, Massachusetts, St. Bay of Fundy
Lawrence, Bay of Fundy
Menschliche Bevölkerung (Millionen)
Wale
Kleinwale
Robben
Seekühe
Kulturperiode
Menschliche Bevölkerung (Millionen)
Relative Häufigkeit (Ursprung = 100)
Biodiversität der Küsten ist besonders stark von anthropogenem Druck beeinflusst.
Lotze et al. 2006 Science
Isolation
Forschung findet vor allem innerhalb von Systemgrenzen statt.
Konzeptionelle oder empirische Fortschritte aus anderen Systemen werden wenig bis gar nicht beachtet.
Menge et al 2009 FREE
Isolation
Forschung findet vor allem innerhalb von Systemgrenzen statt.
Konzeptionelle oder empirische Fortschritte aus anderen Systemen werden wenig bis gar nicht beachtet.
Biodiversitätsverbünde in Deutschland 2009 (AK Biodiversität Allianz der Forschungsförderer)
Integration
Marine und terrestrische Biodiversitätsänderung unterliegt ähnlichen Treibern
Mace et al. 2005 Millenium Ecosystem Assessment
Integration
Marine und terrestrische Biodiversitätsänderung unterliegt ähnlichen Treibern
Beispiel Eutrophierung
high
Standardized Species Richness
4
NO3‐ [µM]
low
3
2
1
0
-1
-2
-3
0
20
40
60
80
100
120
140
-1
Cumulative Nitrogen Deposition (moles ha x 1000)
Helgoland Phytoplankton NW‐Europa Graslandschaften
Wiltshire et al. 2010 Estuaries and Coast, Dupre et al. 2010 Global Change Biology
Integration
Marine und terrestrische Biodiversität erbringen ähnliche Ökosystemfunktionen
NOAA Integration durch Synthese
Meta‐analyse von >200 Experimenten zur Rolle von Räubern in terrestrischen, limnischen und marinen Ökosystemen
Effekt auf RRB
Beutebiomasse
Effekt auf RRS
Beutediversität
2
Effekt auf Beutebiomasse
A)
1
0
-0.5
Forschungsergebnisse
‐50%
-3 -2 -1
-1.0
gegenwärtig unter
‐75% wissenschaftlicher
Begutachtung
-1.5
-2.0
RRx ±95% CI
0.0
Unveröffentlichte
0
n=108 n=44
F
M
n=93 n=245
T
All
n=52
n=56
F
M
n=58 n=166
T
All
0
5
10
15
20
25
Beutediversität
Katano, Doi, Eriksson, Hillebrand, submitted Integration durch Theorie
Biodiversitätsmodell zur Erklärung der funktionellen Rolle von Primärproduzenten in Ökosystemen Diversitätseffekt durch Komplementarität durch Selektion
b) Complementarity effect
c)
Net diversity effect
Selection effect
25
25
9
9
9
20
20
Unveröffentlichte
7
 R*
Bandbreite der „Traits“
a)
7
10
5
7
15
10
5
10
gegenwärtig unter
5
5
1
5
1
wissenschaftlicher Begutachtung
10 15 20 25 30 35 39
S
0
10 15 20 25 30 35 39
S
20
15
Forschungsergebnisse
5
1
15
25
0
10 15 20 25 30 35 39
S
0
Bandbreite der Umweltbedingungen
Hodapp et al. submitted
Integration durch gemeinsame Projekte
BEFmate
Baltic Coastal
System Analysis
and Status
Evaluation
Integration durch gemeinsame Projekte
BEFmate
Prof. Dr. Helmut Hillebrand, Carl‐von‐Ossietzky Universität Oldenburg
Prof. Dr. Ulrich Brose, Georg‐
August Universität Göttingen
Integration durch gemeinsame Projekte
BEFmate adressiert zentrale Herausforderungen der aktuellen Biodiversitätsforschung:
Verständnis des Zusammenhangs zwischen Biodiversität und Ökosystemfunktion über marine und terrestrische Ökosystemgrenzen
• Analyse der funktionellen Konsequenzen von Biodiversitätsänderung entlang aller Größenklassen des Lebens
• Verbindung ökologischer und evolutionsbiologischer Aspekte der Biodiversität
• Synthese der Biodiversitätsforschung mit anderen ökologischen Theorien (ökol. Stöchiometrie, Metabolische Theorie, Nahrungsnetztheorie)
• Aufdecken der relativen Bedeutung von neutralen und nischen‐basierten Mechanismen der Biodiversitätsregulation
•
BEFmate – zentrales Experiment
BEFmate – zentrales Experiment
Besiedlung (Assembly)
Störungen (tidal)
Biodiversitätsdynamik
Extremereignisse (Stürme)
Ökosystemprozesse
Extinktion (Disassembly)
Zeit
BEFmate – zentrales Experiment
Aufbau der experimentellen Inseln vor Spiekeroog
Fotos: Thorsten Balke BEFmate – zentrales Experiment
6 Inseln mit Bewuchs
6 Inseln ohne Bewuchs
Kontrollflächen im Sandwatt und auf der Salzwiese
Fotos: Thorsten Balke BEFmate – zentrales Experiment
Oberirdische Insekten
Herbivorie
Vögel
Umfassende Beprobung
Oberirdische Vegetation
Primärproduktion
Pflanzennährstoffe
Wasseraufnahme
Unterirdische Vegetation
Bodenfauna
Sauerstoff
Überflutung
Salinität
Temperatur
Licht
Bakterien
Mikroalgen
Protozoa
Makrozoobenthos
Primärproduktion
Fraß
Bodennährstoffe
Fotos: Thorsten Balke Herausforderungen
Interdisziplinäre Bezüge in der küstennahen Biodiversitätsforschung
Rolle der marinen UND terrestrischen Biodiversitätsforschung in z.B. IPBES
Glaser et al. 2012, Current Opinion in Environmental Sustainability
Schlußfolgerungen
Die Ausrichtung der Biodiversitätsforschung im Küstenbereich basiert auf der Weiterentwicklung folgender Felder
Verbindung von biologisch‐ökologischer mit physikalisch‐
geochemischer Forschung in den Küsten‐ und Schelfmeeren zur funktionellen Rolle der Biodiversität.
Integration terrestrischer und mariner Biodiversitätsforschung im Küstenbereich durch gemeinsame Projekte
Langfristiges Monitoring von Biodiversitätsveränderungen
Semi‐automatisierung der Biodiversitätserfassung