AG Geoökologie & Physische Geographie

Abgeschlossene Projekte

Invasive Neophyten

Ausbreitungsstrategien und Prozesse invasiver Neophyten

Leitung: Dr. Constanze Buhk, Team Plant Ecology

Forschungsförderung 2011-13 und 2015 und 2016: Forstliche Versuchsanstalt Trippstadt

Laufzeit 2009-2016

 

Zusammenfassung der Ergebnsisse der letzten Jahre

Das Team Pflanzenökologie am Lehrstuhl für Geoökologie / Physische Geographie an der Universität Koblenz-Landau, Campus Landau hat in den vergangenen Jahren invasive Neophyten in RLP untersucht. Ziel waren Informationen zum Vorkommen, zur Ausbreitung, zu Effekten sowie zur Prognose der Entwicklung im Rahmen des Klimawandels zu sammeln. Zu sechs Arten, die in ihrem Auftreten regional besonders relevant sind bzw. dies vermutlich bald sein werden, habe werden im Folgenden knappe Hintergrundinformationen und Resultate zusammengestellt.

Der Artkomplex um Fallopia japonica (Japanischer Staudenknöterich) zeigt sich schon seit längerem invasiv, ist aber durch sein bisher lediglich vegetatives Ausbreitungsverhalten an Bächen und Wegen gebunden. Wir konnten nun durch die Kombination von genetischen und ökologischen Daten zeigen, dass in Rheinland-Pfalz inzwischen vermehrt Hybride (Bastard-Knöterich) auftreten, die nicht nur aggressiver in ihrem Verhalten gegenüber der restlichen Vegetation ist, sondern durch massive Samenbildung und sexuelle Ausbreitung neue und schnellere Ausbreitungswege nutzen kann. Der Hybrid dürfte durch seine größere Standortsbreite besser als viele andere Arten mit dem Klimawandel zurechtkommen.

Phytolacca americana, die Amerikanische Kermesbeere, explodiert gerade in ihrem Vorkommen in Wäldern im Rheingraben und kommt auch schon im Pfälzer Wald vor. Die bisher kaum bekannte Pflanze ist durch die langlebigen Samen und die effektive Vogelverbreitung und Ausbreitung in Reifen kaum aufzuhalten. Hier besteht noch viel Forschungsbedarf. In unseren Untersuchungen scheint sie uns in der Lage innerhalb der nächsten Jahrzehnte die Waldstruktur im Gebiet deutlich zu verändern.

Impatiens glandulifera, das Drüsige Springkraut ist lange im Gebiet bekannt und primär für offene Bachauen ein Problem. Wir haben nun auch vermehrt Vorkommen in Wäldern selbst untersucht und festgestellt, dass sie primär von Verdichtung durch Forstfahrzeuge und damit einhergehende Störungen profitiert. In Impatiens glandulifera Beständen ist die Phytodiversität im Vergleich zur Umgebung meist verringert. Das hängt aber stark vom Vegetationstyp ab.

Rubus armeniacus, die Armenische oder Gartenbrombeere, ist in den letzten 10 Jahren in ihrer Ausbreitung explodiert. Der Gartenflüchtling wird meist nicht erkannt und daher nicht direkt bekämpft. Die Verbreitung ist bisher auf bestimmte Räume beschränkt und verläuft meist unerkannt, da Rubus Arten schwer bestimmbar sind. Die Bestände wuchern sehr hoch und machen vor menschlicher Infrastruktur nicht halt. Im Unterwuchs gibt es keine andere Vegetation. Die Pflanze ist eine Beachtung wert!

Lupinus polyphyllus gilt vielfach als Pflanze, um Straßenböschungen schnell durch Vegetation zu befestigen. Wir zeigen auf, dass die Lupine in nahe gelegenen Gebieten (z.B. in der Rhön) dramatisches Invasionspotential zeigt und extensiv genutztes Offenlandmanagement massiv erschwert. Erste Invasionsanzeichen im Biosphärenreservat Pfälzer Wald / Nordvogesen konnten wir bereits feststellen.

Ambrosia artemisiifolia, die Beifussblättrige Ambrosie, gehört auch zu den unscheinbaren Pflanzen, die unerkannt bleiben, bis die Dichte so hoch ist, dass eine Bekämpfung unmöglich wird. In RLP ist die Verbreitung bisher örtlich noch sehr begrenzt. Es ist noch nicht zu spät. Ärgerlich ist die massive Einbringung von Ambrosie durch Erdarbeiten, bei denen kontaminierter Boden eingebracht wird. Hier ist eine Sensibilisierung und Quellensuche dringend erforderlich, denn durch die Pollenbelastung der Ambrosie kommt es bei sehr vielen Menschen zu asthmatischen Beschwerden.

Alle genannten Arten werden durch den Klimawandel eher profitieren. Die Sensibilisierung der Forstarbeiter und Planer und Arbeiter bei Bauarbeiten sind besonders wichtig, um Fernausbreitungen aller genannten Arten in sensible und naturnahe Gebiet hinein und Massenbestände zu verhindern.

 

Hybridisierung und Ökologie von Fallopia japonica s.l.

Leitung: Dr. Constanze Buhk, Team Pflanzenökologie

Cofinanzierung 2010: Landesbetrieb Mobilität RLP

 

Seit einigen Jahrzehnten breitet sich der Japanknöterich (Fallopia japonica (Houtt.) Ronse Decr.) in Europa und N-Amerika entlang von Flüssen und Verkehrswegen aus. Ursprünglich als Zierpflanze eingeführt, ist der Japanknöterich immer weiter klonal vermehrt worden (durch Ableger bzw. Einpflanzen von Spross- oder Wurzelteilen). In aktuellen genetischen Untersuchungen wurde festgestellt, dass alle heute in N-Amerika und Europa wachsenden Pflanzen des Japanknöterichs zum selben Individuum gehören – es also nie zur sexuellen Fortpflanzung kam, sondern immer nur vegetative Vermehrung stattgefunden hat. Das konnte geschehen, da die Pflanzen zweihäusig sind. D.h. es gibt Individuen mit entweder nur weiblichen oder nur männlichen Blüten. Das eingeführte Individuum war ein Weibchen und somit gab es keinen Pollen einer männlichen Pflanze, die diese Blüten hätten bestäuben können und somit auch keine Samen zur Ausbreitung. Das erklärt, warum es Jahre lang nur entlang von Flüssen oder Verkehrswegen zur Ausbreitung kam, da Pflanzenteile entweder über Wasser transportiert wurden oder versehentlich durch den Menschen beim Straßenbau oder mit Fahrzeugen transportiert wurde. Seit gut 10 Jahren nun bildet der Japanknöterich vermehrt Samen aus. Die Samen sind geflügelt und stellen somit eine große Gefahr dar, dass sich die Ausbreitung nun auch über den Wind in alle Richtungen fortsetzen kann. Was ist geschehen? Die nah verwandten Arten Riesenknöterich (Fallopia sachalinense) und Schlingknöterich (Fallopia baldschuanica) wurden in Gärten angepflanzt. Beide Arten bilden auch Pollen aus und sind in der Lage die weiblichen Japanknöterich Blüten zu befruchten. Während der daraus entstehende Hybrid mit dem Schlingknöterich (Fallopia x conollyana) aktuell wohl im Freiland zwar keimt, aber nicht überlebensfähig ist, sind die Hybride mit dem Riesenknöterich (Bastardknöterich: Fallopia x bohemica) ausgesprochen robust, wuchsstark und bilden meist auch zwittrige Blüten aus. Sie können sich also auch sexuell fortpflanzen. Die Ausbreitung, die Effekte der Ausbreitung und die Aggressivität dieser Hybride untersuchen wir in unserer AG. In Zusammenarbeit mit Dr. Anne Thielsch der AG Molekulare Biologie haben wir bereits viele Bestände genau genetisch bestimmen können und verfolgen nun den Zusammenhang zwischen der Art des Hybriden und der ökologischen Eigenschaften. Sind alle Hybride besonders kräftig und ausbreitungsstark? Es kam offensichtlich in manchen Regionen von RLP bereits vermehrt zu intensiver Hybridisierung. Darunter versteht man nicht nur die Kreuzung der Elternarten (sogenannte F1 Generation) sondern auch die Kreuzungen der Hybride untereinander (F2, F3, … Generation) aber auch Rückkreuzungen mit den Elternarten (z.B. Kreuzung aus Japanknöterich mit dem Bastardknöterich). Diese Fülle an Möglichkeiten und Vermischung der Genpools bringt sicherlich manche leistungsschwache Pflanzen hervor, aber sie birgt auch ein enormes Potential, dass sich die Arten auf diese Weise noch besser an die Gegebenheiten hier anpassen und die Ausbreitung effektiv ungeschlechtlich und geschlechtlich in alle Richtungen erfolgen kann. viele Hybride erscheinen nicht nur kräftiger zu wachsen, sondern sind auch unempfindlicher gegenüber schlechter wasser und Nährstoffversorgung. Wir rechnen also mit deutlichen Konkurrenzvorteilen der neuen aus Hybridisierung hervorgehenden Knöteriche - speziell auch unter extremeren Bedingungen im rahmen des Klimawandels. Weitere Planungen innerhalb der AG sehen vor, die Freisetzung von Treibhausgasen durch die Besiedlung mit Invasiven abzuschätzen und Veränderungen im Kohlenstoff und Stickstoffkreisläufen zu ermitteln.

Zusammenfassender Text in Anlehnung an einen Uniprisma Spezial Artikel aus 2012

Im Detail nachzulesen in:

Buhk, C. & Thielsch, A. 2015. Hybridisation boosts the invasion of an alien species complex: insights into future invasiveness. Perspectives in Plant Ecology, Evolution and Systematics 17: 274-283.

 

Importance of boreal forest ecosystems of Komi Republic for the regional and European methane budget

Funding: DFG

Total duration: 01. November 2012 – 31. August 2017

Summary:
Ecosystems consist of both: relevant sinks and sources of methane, whereas forested patches are commonly considered as methane sinks. But large areas of Komi Republic and the rest of European Russia are covered by paludified forests characterised by waterlogged soils that contain high amounts of carbon. These soil properties have been recognized as prerequisites for methane emissions in many studies. Additional to the natural paludification this process might occur after clear cut which is the main implemented logging type in Russia. Hence the amount of possible methane emissions from paludified forests of Komi Republic has to be quantified and included into the regional and European greenhouse gas emission budgets.

Goals:

  • To assess the present relevance of natural and man-made (following clear-cuts) paludified forest ecosystems for the exchange processes of methane with the atmosphere within a boreal landscape of the Komi Republic
  • To elucidate the underlying processes
  • To demonstrate the importance of such landscape ecosystems for the European methane budget
  • To develop scenarios of future emissions associated with forest management (leading to different paludification).


Methods:

  • Quantification of CH4 emissions using the closed chamber technique at the margin of the peatland, in the forest and at clear cut sites
  • Monitoring of environmental parameters
    • stand structure (vegetation composition, tree height, tree diameter, LAI, shrub coverage, moss growth)
    • air and soil temperature, water table level
    • soil characteristics (soil type, bulk density, C/N, organic content, pH, organic matter quality)
  • Remote sensing using the Landsat 7 ETM+ images

 

Effekte extreme Dürre auf Pflanzen

Effekt extremer Sommerdürre auf Buchen (Fagus sylvatica) unterschiedlicher Herkünfte

Kooperation mit der Universität Bayreuth, Lehrstuhl Biogeographie und Störungsökologie

Leitung: Dr. Constanze Buhk, Team Pflanzenökologie

 

Die Konsequenzen, die extreme Wetterereignisse wie Dürre oder Starkniederschlag auf Pflanzengemeinschaften und Ökosystemfunktionen haben, sind weitgehend unbekannt, obwohl davon ausgegangen wird, dass Extremereignisse eine stärkere und schnellere Wirkung haben als allmähliche Temperaturveränderungen. Die Unwissenheit ist vor allem durch die mögliche Anpassung und Plastizität verschiedener Individuen begründet, die von Art zu Art und von Population zu Population unterschiedlich sein kann. Für Änderungen in Pflanzengemeinschaften und Ökosystemfunktionen sind maßgeblich die Reaktionen bestimmter Schlüsselarten ausschlaggebend. In diesem Projekt wird der Einfluss eines extremen Dürreereignisses auf die Rotbuche (Fagus sylvatica) untersucht, wobei die Pflanzen aus unterschiedlichen speziell ausgesuchten europäischen Herkunftsgebieten stammen. Es wird die Reaktion auf die Phänologie, Biomasseproduktion, morphologische Wachstumsparameter, C/N Verhältnis, Schädlingsbefall und die Frostresistenz ermittelt.

Solches Wissen ist unverzichtbar um Vegetationsveränderungen im Rahmen des Klimawandels vorhersagen zu können. Da die untersuchte Schlüsselart von ökonomischem Interesse ist, werden die Informationen auch aus forst- und landwirtschaftlicher Sicht von Interesse sein.

Es wurden vorwiegend Pflanzen aus Herkunftsgebiete ausgewählt, deren Heimat klimatisch den zukünftigen Verhältnissen in Deutschland entspricht (konkret Landau 2050). Diese Pflanzen wurden vor 2 Jahren im Rahmen eines vergleichbaren Projektes in Bayreuth (EVENT Experimente) aus Samen gezogen. Die mittlere Jahrestemperatur liegt in Landau etwa 2°C höher und der Niederschlag etwa 200 mm niedriger als in Bayreuth. Das ermöglicht unmittelbare Vergleiche zweier vom Klimawandel unterschiedlich betroffener Gebiete innerhalb Deutschlands.

 

Renaturierung Kyllmündung

Begleitende Untersuchungen zur Renaturierung eines Auewaldes an der Kyllmündung

Leitung: Dr. Constanze Buhk, Team Pflanzenökologie

Kooperation mit Dr. Carsten Eichberg, Geobotanik, Uni Trier

 

Forschungsförderung: Landesbetrieb Mobilität RLP

Laufzeit 2008-2012

 

Über die natürliche Sukzession renaturierter Auestandorte an der Mosel ist nichts bekannt. Das betrifft sowohl die Einwanderungs- und Verbreitungspotentiale auetypischer Arten als auch die Konkurrenzsituation mit lokalen Neophytenvorkommen.

Ziele:

Beobachtung der Sukzession im Gebiet unter besonderer Berücksichtigung

  • des Auftretens von Neophyten Reinbeständen
  • der Wirkungsweise der Initialpflanzungen
  • des Einflusses von Wildverbis
  • der bisherigen Landnutzung

·Untersuchung der Regenerationsprozesse und Konkurrenzfähigkeit einzelner wichtiger Arten

  • Welche Diasporen sind im Gebiet bzw. welche werden eingetragen (über die Luft und das Wasser)? welchen Arten gelingt die Etablierung?
  • Welcher Anteil der Arten ist typisch für Auekomplexe? Welche typische Auearten gelangen nicht ins Gebiet?
  • Welches Ausbreitungspotential hat der Japanknöterich (im Gebiet Fallopia japonica und Fallopia x bohemica), das Drüsige Springkraut (Impatiens glandulifera), der Riesenbärenklau (Heracleum mantegazzianum) sowie der Topinambur (Helianthus tuberosus). Gibt es realistische Mittel, die eine Ausbreitung der Arten reduziert?
  • Unter welchen Umweltbedingungen können bestimmte Arten durch ihre Konkurrenz ein Aufwachsen der Neophyten verhindern?

 

Methoden:

  • Kartierung der aktuellen Vegetation vor dem Eingriff unter besonderer Berücksichtigung des Vorkommens von Neophyten
  • Untersuchung der Samenbank im Boden sowie des Eintrags aus der Luft und über das Wasser mit Hilfe von Samenfallen
  • Beobachtung der Sukzession auf Dauerflächen

o mit und ohne Initialpflanzung

o unterschiedlicher Ausgangsvegetation (ehemalige Landnutzung)

o mit und ohne Wildverbiss (Errichtung einzelner Wildzäune)

  • Gezielte Untersuchung zur Ausbreitungsfähigkeit und Konkurrenz der Zielarten sowie der aggressivsten Neophyten durch experimentelle Keimungs- und Etablierungsversuche in Klimaschränken und im Gewächshaus.
  • Analyse der genetischen Herkunft der lokalen Populationen des Japanknöterichs zur Klärung, um welchen Hybriden es sich im Gebiet handelt.

 

WasserWiesenWerte Projekt und Wiesenkonferenz

Wiesenbewässerung: Eine produktive Bewirtschaftungsform mit hohem Wert für Mensch und Natur?

Finanzierung: Deutsche Bundesstiftung Umwelt

Laufzeit (Okt. 2013 - Juli 2017)

Projektleitung:

Dr. Constanze Buhk (AG Geoökologie; Koordination), Prof. Dr. Oliver Frör (AG Umweltökonomie), Dr. Jens Schirmel (AG Ökosystemanalyse)

Kooperationspartner: Landschaftspflegeverband Südpfalz (Pirmin Hilsendegen, Dr. Peter Keller)

Doktorandin im Projekt: Rebekka Gerlach (M. Sci UWI)

 

Der erfolgreichen Einwerbung der Drittmittel war eine Anschubfinanzierung des Landes RLP aus Mitteln der Forschungsinitiative vorausgegangen.

Zusammenfassung:

Grünlandnutzung nimmt in Mitteleuropa dramatisch ab. Besonders artenreiches Grünland ist selten geworden. Blühende Wiesenlandschaften sind nicht nur Nahrungsgrundlage und Lebensraum für viele Tiere und Pflanzen, sondern auch ein Lichtblick für erholungssuchende Menschen. Viele Wiesen, besonders Tal- und Niederungswiesen, wurden im Verlauf der letzten 50 Jahre stark intensiviert und wandelten sich zu eintönigem Grün oder zu Ackerflächen. Im Rahmen dieses Projektes wollen wir eine ehemals weit verbreitete Form der Wiesennutzung genauer untersuchen und das Potential zur Rückgewinnung blühender Landschaften darstellen. Wie alte Karten belegen, war Wiesenbewässerung zu Beginn des 20. Jahrhunderts in Mitteleuropa eine sehr weit verbreitete Form der Nutzung. Lokal waren über 60% der Wiesen bewässert. Durch das kurzzeitige Überfluten der Flächen vom Frühjahr bis in den Sommer hinein, konnten hohe Erträge erzielt werden. Basis dafür ist wohl die bessere Mineralisierung, Nährstoff- und Wasserverfügbarkeit im Sommerhalbjahr. Die Wiesenbewässerung bedarf eines ausgeklügelten Systems an Gräben und Schleusen. Diese Infrastruktur wurde mit Aufkommen der Kunstdünger Mitte des Jahrhunderts nicht mehr gepflegt, so dass die Bewässerung Schritt für Schritt zum Erliegen kam.

Solche Bewässerungsanlagen werden seit Jahrzehnten an der Queich bei Landau erhalten bzw. wurden wieder reaktiviert. Ziel unseres Projekts war es, die Möglichkeit zu überprüfen, ob man auf Wässerwiesen die sich scheinbar ausschließenden Faktoren hohe Erträge und Biodiversität in Einklang bringen kann. Dazu wurden 36 unterschiedlich stark gedüngte bewässerte und unbewässerte Wiesen verglichen. Es wurden die menge und Qualität der produzierten Biomasse, die Biodiversität (Vegetation, Fauna) sowie die Aktivität der Bodenlebewesen und Bodenparametr untersucht. Dazu kammen noch Befragungen zur gesellschaftlichen Wahrnehmung und Rentabilität für die Landwirte. Viele Landwirte haben Flächen zur Verfügung gestellt und unterstützen das Projekt mit ihren Informationen.

 

Am 22.-23.09.2016 fand eine Konferenz statt:

Wiesenlandschaften mit hohem Wert für Mensch und Natur

Ziele der Konferenz waren der Erfahrungsaustausch und Diskussionen zur Frage, welche (nachhaltigen) Optionen und Strategien für den Erhalt von artenreichen Wiesenlandschaften bestehen. Der  Fokus lag auf Strategien, bei denen sowohl Landwirte, lokale Bevölkerung  als auch die Biodiversität profitieren. Im Rahmen der Konferenz wurde die traditionelle Wiesenbewässerung als eine mögliche Nutzungsoption auf Grundlage eigener Projektergebnisse vorgestellt.

Teilnehmer waren ca. 80 Behördenvertreter der Bundes-, Landesämter und anderer Verwaltungsbeschäftigte, Interessensvertreter aus Naturschutz- und Landschaftspflegeverbänden sowie Wissenschaftler aus praxisorientiert forschenden Arbeitsgruppen.

 

Programm:

Do. 22.9.2016 in Landau (Pfalz), Universität

Teil I: Multifunktionale Bedeutung und aktuelle Situation von Wiesen in Deutschland und angrenzenden Ländern

Teil II: Beispiele (nachhaltiger?) Strategien zum Erhalt von Wiesenlandschaften

  • Wo liegt der Kompromiss zwischen Nutzungsintensität, Aufwuchsverwertbarkeit und Verschlechterungsverbot? Ergebnisse aus zwei FFH-Grünlandversuchen in der anhaltischen Elbaue. Referentin: Sandra Dullau (Hochschule Anhalt, Bernburg)

Teil III: Konflikte und Handlungsstrategien für eine nachhaltige Wiesennutzung

Posterbesprechung

Podiumsdiskussion (Audimax) mit Vertretern aus Landwirtschaft, Administration und Naturschutz zu: Optionen, Handlungsstrategien & Übertragbarkeit (Moderation: Dr. Constanze Buhk)

Stehempfang mit Weinprobe und Traubensaft, kaltes Buffet


Fr. 23.9.2016

Teil IV: (Wässer)Wiesen - Erkenntnisse aktueller Forschung (Hörsaal II)

Posterbesprechung

Exkursionen in die Wässerwiesen bei Landau in kleineren Gruppen. Schwerpunkte: Vegetation, Fauna, Landschaftsdiversität, Nutzung, Bewässerungssystem, FFH Gebiet, Vertragsnaturschutz, Störche.

 

Für den Inhalt der jeweiligen Vorträge, die hier im PDF hochgeladen sind, sind die Autoren verantwortlich.

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