570 Biowissenschaften; Biologie
Filtern
Dokumenttyp
- Dissertation (14) (entfernen)
Schlagworte
- Biodiversität (4)
- Habitat (2)
- Laufkäfer (2)
- Altes Land (1)
- Baltic Sea (1)
- Bees (1)
- Bienen (1)
- Bioassay (1)
- Biologische Landwirtschaft (1)
- Biotest (1)
Der Einfluss der Bewirtschaftung auf die Artenvielfalt und Artenzusammensetzung epiphytischer Moose und Flechten in Buchenwäldern Nordost-Deutschlands wurde analysiert. Die Untersuchungen erfolgten in einem unbewirtschafteten und einem benachbarten bewirtschafteten Waldgebiet in jeweils 45 Untersuchungsflächen à 400 m2. In den Untersuchungsflächen wurden die Stetigkeit der Epiphyten an jeweils 2–4 zufällig ausgewählten Trägerbäumen (100 Bäume je Waldtyp) sowie sieben Umweltvariablen aufgenommen. Im Naturwald war die Gesamtartenzahl sowie die mittlere Artendichte der Flechten bezogen auf die Mantelfläche höher als im Wirtschaftswald. Die Regressionsanalysen und die DCA wiesen den Brusthöhendurchmesser (BHD) als den für die Artenvielfalt und Artenzusammensetzung bedeutsamsten Faktor aus. Der BHD korrelierte positiv mit der Anzahl an Wuchsanomalien und der Rindenrauigkeit der Trägerbäume und ist deshalb ein guter Indikator für die Habitatqualität. Weiterhin zeigten die Lichtverhältnisse einen signifikanten Einfluss auf die Artenzusammensetzung in beiden Waldtypen sowie auf die Artenvielfalt im Wirtschaftswald. Insbesondere schattentolerante und austrocknungsempfindliche Arten können durch die plötzliche Lichtstellung und Veränderung des Mikroklimas infolge von forstlichen Eingriffen geschädigt werden. Die Arten mit deutlich höherer Stetigkeit im Naturwald sowie die meisten seltenen Arten gelten als stenök, da sie die schattigen und luftfeuchten Bedingungen eines geschlossenen Waldinnenklimas benötigen und überwiegend an alten, starken Bäumen siedeln. Zur Erhaltung der Artenvielfalt epiphytischer Moose und Flechten, sollten daher im Rahmen forstlichen Managements starke Bäume über den Zieldurchmesser hinaus erhalten werden. Weiterhin ist eine einzelstammweise Nutzung anzustreben, um Schwankungen im Mikroklima zu minimieren.
Seit in den 1970er Jahren erkannt wurde, dass der Einsatz von „Pestiziden“ und die Fragmentierung der Landschaft den Rückgang der Arten maßgeblich verursacht haben, verstärkten sich die Bemühungen, diesen Rückgang zu stoppen. Um dem Aussterben vieler Tier- und Pflanzenarten in der Kulturlandschaft entgegen zu wirken, werden Auswege aus dem Konflikt zwischen ökonomischer Notwendigkeit und nötigem Naturschutz gesucht. Anfang der 1990er Jahre begann die Hansestadt Hamburg die ökologische Landwirtschaft zu fördern und parallel wissenschaftliche Begleituntersuchungen auf den auf ökologische Bewirtschaftungsmethoden umgestellten Flächen durchzuführen. In diesem Spannungsfeld zwischen Landwirtschaft und Naturschutz entstanden die vorliegende Arbeit, deren Untersuchungen in den Jahren 1993 bis 1995 durchgeführt wurden. Es wurde die epigäische Fauna mit Hilfe von Bodenfallen nach BARBER (1931) gefangen und die Laufkäfer bis auf Artniveau bestimmt. Es wurden verschiedene Qualitäten der Intensivierung und besonders die speziellen Bedingungen im Obstbau beleuchtet. Anschließend wurden die Auswirkungen der intensiven landwirtschaftlichen Nutzung auf die Laufkäfer betrachtet. Einer der Hauptgründe für den Rückgang der Laufkäfer auf landwirtschaftlich genutzten Flächen ist der Einsatz von chemischen Pflanzenschutzmitteln. Durch Extensivierungsmaßnahmen, wie z.B. der Umstellung auf die ökologische Wirtschaftsweise, kann die Diversität von Laufkäferzönosen zum Teil deutlich gefördert werden. Durch die vorliegende Arbeit, konnten – bezogen auf die Laufkäferzönosen – aber praktisch keine Unterschiede zwischen den ökologisch und nichtökologisch bewirtschafteten Flächen im Alten Land nachgewiesen werden. Es konnten jedoch – bei einer seit zehn Jahren ökologisch bewirtschafteten Fläche – erste Tendenzen zur „Erholung“ gezeigt werden. Als Gründe für ein Ausbleiben der Erholung der Laufkäferzönosen wurden folgende drei Bereichen diskutiert: 1. Die Größe der ökologisch bewirtschafteten Flächen, die – vor dem Hintergrund der Bewegungsmuster von Laufkäfern – durchweg zu klein bzw. zu schmal waren, um einen positiven Effekt auf das Gesamtökosystem des Alten Landes zu haben. 2. Die nach der Umstellung vorherrschende Bewirtschaftung, die man als sehr intensiv bezeichnen muss und die nicht automatisch mit einer Extensivierung gleichzusetzen war. 3. Die Möglichkeiten der Neubesiedlung, die Aufgrund der immer noch vorherrschenden integrierten Anbauweise im Alten Land, für viele Carabiden-Arten nicht möglich ist, da es keine spritzmittelfreien Korridore hin zu den ökologischen Flächen gibt. Es wurde empfohlen, die Bereitstellung von Ressourcen, die nicht oder nur temporär (z.B. als Fahrgasse) für den Kulturpflanzenanbau genutzt werden, in einem Förderprogramm zu berücksichtigen. Die Einsaat von Blütenpflanzen in den Mittelteil der Fahrgasse ist hierfür ein Beispiel. Weitere Maßnahmen (z.B. Förderung von Hochstammanlagen, Förderung und Wiederherstellung der Durchgängigkeit von Grabensystemen und deren sensible Pflege und eine extensivere Bewirtschaftung) sind dringend erforderlich, um eine Verbesserung im Naturhaushalt zu erzielen.
This thesis gives an overview on the diversity of some beetle species in different Mediterranean habitats as well as on the influence of forest management on insect diversity. Primarily, this work involved fundamental research, because very little research had previously been conducted under biodiversity aspects on either ground beetles or saproxylic beetles in the Mediterranean area of Israel. It was possible to prove that stenotopic ground beetles occur in different habitat types. Furthermore, the results of Chapter I and Chapter III show that additional research is needed to obtain a clear view of the beetle diversity in this area. Future studies should consider that a variety of catching methods are needed throughout the annual cycle in order to catch a good spectrum of ground beetles living in these habitats. It is clearly not sufficient to conduct a study of ground beetles using only pitfall traps and/or to restrict the study to the wet winter months. The conclusions and management recommendations are therefore as follows: More studies on insect biodiversity are needed to obtain a comprehensive overview of insects in natural and planted Mediterranean woodlands. To facilitate this for a wide spectrum of scientists, identification keys for the Mediterranean insect fauna are urgently needed. Furthermore, foresters are in a position to decide which tree species composition has to be established and for what purpose. Nowadays, issues of forest management are primarily led by the objectives and potential uses of the forests. In times of global change, however, the potential future climatic situation and the ecosystem services provided by different woodlands also have to be considered when planning forest management (cf. also DUFOUR-DROR 2005 for Israel). Forest management is therefore also a matter of regional development and must thus include social demands and conservation actions. In a recent paper, OSEM et al. (2008) propose that forest management should consider different objectives, e.g. forests as a provider of ecosystem services, such as water infiltration, carbon sequestration and biodiversity. For these reasons, foresters should take the opportunity to establish oak individuals as a woody understorey component in pine stands. This would not only increase forest diversity but also strengthen the forests’ resistance and resilience to pest outbreaks, and would ensure better ecosystem functioning and soil stabilisation (cf. GINSBERG 2006; OSEM et al. 2008; PAUSAS et al., 2004). Moreover, both old and recent woodlands provide unique sections of biodiversity, as revealed by the occurrence of species restricted to specific microhabitats. However, not only forest management but the management of all natural or semi-natural habitats in northern Israel is important. Many, if not all of these habitats, have been severely affected or completely destroyed by urban, industrial and agricultural development and fragmentation or by dense afforestation with non-native trees (e.g. Eucalyptus). This development, especially the loss of open space, is continuing because of Israel’s high human population density. For these reasons, all natural or semi-natural habitats are endangered (YOM-TOV & MENDELSSOHN 2004). This alarming development is in contrast with the overall importance of the region as a biodiversity hotspot (YOM-TOV and TCHERNOV 1988). This thesis demonstrates that there are numerous (also stenotopic) beetle species with preferences to specific habitats of open space (e.g. old-growth oak woodlands, recent oak woodlands, pine plantations, batha and old oak tree individuals). If Israel’s beetle diversity is to be preserved in future, it will be vital to protect all habitats and their succession stages.
In der vorliegenden Arbeit wurde ein spurenanalytisches Verfahren zur simultanen Identifizierung und Quantifizierung von Estrogenen in Küstengewässern entwickelt. Für die chemische „target“-Analyse wurden die natürlichen Steroide Estron, 17ß-Estradiol, Estriol, das synthetische Hormon 17α-Ethinylestradiol, die Phytoestrogene Daidzein und Genistein sowie mit Nonylphenol, 4-tert-Octylphenol und Bisphenol A drei weit verbreitete Xenoestrogene ausgewählt. Das Verfahren beinhaltet eine großvolumige Festphasenextraktion von durchschnittlich 49 Litern Oberflächen-wasser mit Hilfe des Copolymers Oasis HLB und eine sich anschließende Extraktaufreinigung an Kieselgel. Von 400 µL Extraktvolumen wurde ein 100 µL Aliquot für die chemisch-analytische Bestimmung der ausgewählten Analyte verwendet. Mit Hilfe der großvolumigen Anreicherung in Kombination mit leistungsstarker Messtechnik, Hochleistungs-Flüssigchromatographie in Kombination mit Elektrospray-Tandem-Massenspektrometrie, wurden Nachweisgrenzen im Bereich zwischen 0,02 (Estron) und 1 ng L-1 (Estriol) erreicht. Bei der Vermessung von Realproben auftretende Signalsuppressionen wurden für jede Probe ermittelt und die Ergebnisse diesbezüglich korrigiert. Die für die entwickelte Methode kalkulierten Wiederfindungen der Extraktion lagen zwischen 52 (4-tert-Octylphenol) and 91% (Nonylphenol). Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass nicht nur Kläranlagenausläufe und Flüsse vom Eintrag anthropogener Estrogene betroffen sind, sondern auch die Küstenzonen mariner Ökosysteme. Das Vorkommen von Estrogenen in einem umweltrelevanten Konzentrationsbereich und das damit verbundene estrogene Wirkpotenzial im küstennahen Oberflächenwasser der Deutschen Ostsee stellen eine mögliche Erklärung für die in dieser Küstenzone bei Fischen festgestellten Reproduktionsstörungen dar. Vor diesem Hintergrund sollten auch Küstenzonen zunehmend im Fokus wissenschaftlicher Studien zum Thema Endokrine Disruptoren stehen.
The dissertation deals with the impact of nitrogen deposition on the functioning of heathland ecosystems. Special interests were the displacement of heather (Calluna vulgaris) by the purple moor-grass (Molinia caerulea) as well as the fate of nitrogen loads in dry heathland ecosystems. The results of the studies undertaken in the field and in the greenhouse are presented as five individual journal articles. The nature of nutrient limitation was studied by means of fertilisation experiments with nitrogen (N) and phosphorus for heather and purple moor-grass (Articles I and II). The impact of nitrogen deposition on the outcome of competition between these two species was analysed during a competition experiment in the greenhouse (Article III). The aim of a 15N tracer experiment was to determine the fate of nitrogen deposition as well as allocation patterns (Article IV). In addition, the response of purple moor-grass to the combined effects of nitrogen deposition and summer droughts was investigated in a second greenhouse experiment (Article V). The fertilisation experiments showed that the growth of heather as well as of purple moor-grass is predominantly limited by N (Articles I and II). However, the results of the competition experiment demonstrated that only purple moor-grass has the ability to benefit from additional N loads, which in turn gives the grass the opportunity to displace heather (Article III). Drought treatment resulted in strikingly reduced biomass production of purple moor-grass in N-fertilised pots, mainly as a result of dying aboveground biomass during dry periods (Article V). This striking susceptibility of purple moor-grass to the combination of nitrogen deposition and drought must be taken into account, when predicting future developments of dry heathlands. The results of the 15N tracer experiment showed that the investigated heath is still in an early stage of N saturation, as indicated by a high immobilisation capacity and negligible leaching losses of 15N (Article IV). The findings of the dissertation contribute to a better understanding of the processes underlying the encroachment of purple moor-grass in dry heathlands and can enhance heathland management. The results can also be used to to evaluate the current and future status of this ecosystem particularly with regard to the various stages of N saturation as well as in the determination of “Critical Loads”.
Social insects like honeybees (Apis mellifera) and stingless bees (Apidae: Meliponini) face a relatively high risk to be attacked by pests and pathogens. To decrease the risk of infection, in addition to an innate immune system, these species have evolved various cooperative defense mechanisms which contribute to the overall health of the colonies and are therefore also referred to as social immunity. The collection and use of plant resin is another important strategy of social immunity. Resin is a sticky, often aromatic substance with antimicrobial and deterrent properties secreted by plants for protection of the vegetative tissue. Honeybees and stingless bees take advantage of these properties by using resins for nest construction (often mixtures of resin and wax called "propolis" or "cerumen") and as defense against pests and pathogens. Plant resins, thus, play a crucial role for the ecology of these species and are an important resource for them. Nevertheless, how bees exploit available resin sources and if resin collection can protect colonies from diseases received comparatively little attention in the past. Therefore the aim of this thesis is to provide new insights into the plant origin and significance as well as the influence of resin resource diversity on bee colony health. For honeybees (A. mellifera) in temperate regions, precise information about which resin sources they use is largely lacking. By chemical comparing bee-collected resins and tree resins, the researcher traced back the resin sources used by individual bees. Results show that honeybees collect distinct resin types that are related to different tree species (several poplar species: Populus balsamifera, P. xcanadensis; Betula alba; Aesculus hippocastanum; several poplar species). With this study, the author provided the first evidence, that A. mellifera in temperate regions use a variety of different tree species as resin sources and, moreover, show preferences for specific resin sources. Furthermore, the researcher conducted an experimental field study in which she investigated whether propolis, as it is naturally deposited in the nests, can protect honeybee colonies against some of the most important pathogens (Varroa destructor mite, Deformed Wing Virus). The results of this study showed that propolis in (semi-) natural conditions can increase the disease resistance of honeybee colonies, underscoring the importance of resins for honeybee health. Resin collection by stingless bees is comparatively well studied and it is known that these species commonly forage on a variety of different plant species. To increase knowledge on whether and how bees may profit from a diversity of resin resources, the researcheer tested how the protective function of a resin varied among different sources (and their mixtures) and various potential aggressors (predators, parasites and pathogens). The results of this study revealed that resins from different trees vary in their effectivity against different target organisms. Moreover, resin blends were more effective than some of the individual resins, suggesting that bees can benefit from a variety of resin resources. In summary, honeybees in temperate regions, similar to tropical stingless bees, use a variety of different tree species as resin sources. Because resins from different tree species varied in their protective function, this indicates that bees can profit from a variety of different resins/resin sources by improving the defense against diverse pests and pathogens. Conversely, the lack of resin had a negative impact on the disease resistance of colonies. Consequently, availability as well as the variety of suitable resin sources is of great importance for the health of bees.
Restoration and management of abandoned, dry Continental heathland and sandy grassland communities
(2018)
Whereas heathlands in the Atlantic biogeographical region have been in the centre of interest, dry heathland communities in the Continental biogeographical region have been widely neglected. Thereby, the conservation status of both habitat types is listed as unfavourable-bad across the Continental biogeographical region. Surprisingly, no detailed studies are available on cost-efficient and sustainable restoration and management schemes to successfully restore and maintain highly degraded, long-abandoned Continental heaths and sandy grasslands, and thus, to counteract the poor conservation status of the habitat types. This shows the great need for research for the Continental biogeographical region. Thus, the present thesis provides substantial knowledge about the population dynamics of the key plant species of dry heaths Calluna vulgaris (L.) HULL by investigating key processes in the biology of the species as well as about the restoration and management of long-abandoned, dry Continental heathland and sandy grassland communities. In order to better understand the process of successful Continental heathland restoration, I analysed the reproductive potential (seed production, soil seed bank, and germination ability of seeds) of degenerate Calluna stands as well as the effects of single and combined management options on the generative rejuvenation (i.e., recruitment and survival) of Calluna. The results are based on a comprehensive three-year field experiment including the management options year-round, low-intensity cattle and horse grazing, one-time mowing and one-time shallow soil disturbances combined with greenhouse investigations on the soil seed bank content and germination ability of Calluna seeds. The results showed that even after long-term abandonment, seed production of degenerate Calluna stands and the germination ability of seeds proved to be high, being similar to Atlantic heathlands, whereas the soil seed bank is considerably reduced probably due to the dry conditions in the Continental region. In addition, low-intensity grazing with free-ranging robust breeds and the combination with one-time mowing at the beginning of the restoration process is an effective means of supporting the generative rejuvenation of this key plant species in degraded Continental heaths. The second study of this thesis focussed on the first-year establishment of Calluna in managed and unmanaged dry heaths and heaths in mosaics with dry sandy grasslands. The germination ability of seeds of different life-history phases of Calluna was analysed to determine if the predominance of the late life-history phase restricts the rejuvenation process of this key plant species. In addition, beside effects of management measures (year-round, low-intensity grazing, one-time mowing, one-time shallow soil disturbances) the author analysed the most important safe site conditions that possibly influenced the germination and the first-year survival of Calluna. The results of the study combine field experiments with growth chamber investigations. The author found that life-history phase of Calluna did not significantly affect seed germination and thus, the predominance of the degenerate life-history phase does not restrict the rejuvenation process. In addition, the results of the study revealed that grazing and thus trampling intensity must be temporarily and locally enhanced at the beginning of the restoration process of highly degraded heaths to increase safe site availability for successful Calluna establishment. Thereby, shadowing is the most important safe site condition. In the third study, the author investigated the impacts of year-round low-intensity cattle and horse grazing on the development of the highly competitive grass Calamagrostis epigejos (henceforth referred to as Calamagrostis), as well as the vegetation structure and plant species richness of long-abandoned but nutrient-poor dry heathland and sandy grassland communities, their mosaics and Calamagrostis stands. Finally, I assessed the local conservation status of the habitat types after seven years of grazing in comparison to long-abandoned sites. The results are based on a comprehensive field study on two spatial scales (plot-level: 25 square meters, macroplot-level: 1 ha). The author found that grazing successfully reduced the coverage and prevented the further spread of Calamagrostis, while simultaneously maintained or improved characteristic species richness and vegetation structure across the different nutrient-poor vegetation types over time, and thus enhanced the local conservation status of habitat types of community interest. In conclusion, the results of the studies considerably improved the understanding of dry, Continental heathland and sandy grassland restoration and management. They provide evidence that even after long-term management abandonment, year-round low-intensity cattle and horse grazing is a suitable management tool for restoring, maintaining and even improving nutrient-poor heathland and sandy grassland communities. However, at the beginning of the restoration process, additional management measures are necessary to faster restore abandoned habitats, especially highly degraded heaths.
In den Jahren 2006 und 2007 wurden auf dem Gebiet der Lüneburger Heide nach einer Vorstratifizierung im Rahmen ausgedehnter Feldforschung Umweltdaten für die stark bedrohte Spinnenart Eresus kollari Rossi 1846 und die eurytope Spinnenart Trochosa terricola Thorell 1856 erhoben. Ziel der Arbeit war es, die Habitatbindung beider Arten zu beschreiben und Heidepflegemaßnahmen vor allem für erstere zu benennen, um zu ihrem dauerhaften Erhalt beizutragen. Außerdem sollten beide Arten auf dem gleichen Standort in ihren Habitatansprüchen verglichen werden. Mit Hilfe der vorliegenden Untersuchungen konnte die spezifische Habitatbindung von E. kollari in der Lüneburger Heide beschrieben werden. Heidepflegemaßnahmen, die dazu führen, dass die organische Auflage des Bodens gering, die Temperatur auf Höhe der Röhren der Tiere (in 10 cm Tiefe) hoch und die Heidebedeckung gleichzeitig relativ groß ist, entsprechen den ermittelten Mikrohabitatansprüchen der Art Eresus kollari. Der Nischenvergleich der stenotopen Art E. kollari mit der eurytopen Art T. terricola zeigte, dass die beiden Arten sich hinsichtlich ihrer Habitatparameter nur in den drei Faktoren ‚Bedeckungsgrad Bäume‘, ‚Dicke der organischen Auflage‘ und ‚Bedeckungsgrad Gräser‘ unterschiedlich verhalten. Dabei stellt sich der Reaktionsraum von E. kollari wie eine Teilmenge desjenigen von T. terricola dar. Unter diesem Aspekt kann E. kollari nicht nur als Leitart sondern auch als Schirmart in der Lüneburger Heide dienen. Pflegemaßnahmen wie kontrolliertes Brennen und Schoppern, variabel in Zeit und Raum angewandt, erscheinen vor dem Hintergrund der Ergebnisse der Habitateignungsmodellierung als besonders geeignet, um langfristig die Mikrohabitatansprüche für E. kollari (aber auch für T. terricola) zu sichern. Angesichts des geringen Ausbreitungspotentials von E. kollari werden vielleicht manche geeignete Lebensräume nicht besiedelt. Ein Monitoring sowie (Wieder-) Besiedlungsexperimente auf geeignet erscheinenden Flächen sollten daher für den dauerhaften Erhalt der Art im norddeutschen Raum in naher Zukunft ausgeführt werden.