570 Biowissenschaften; Biologie
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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”.