Fragestellungen und Ansätze einer prozessorientierten ökosystemaren Langzeitforschung in Österreich Michael Bahn, Andreas Richter, Tom Battin, Michael Englisch, Georg Gratzer, Ruben Sommaruga, Veronika Gaube
LTER entstand aus der Erkenntnis, dass (1) die zeitliche Dimension ökosystemarer Muster und Prozesse über die in Projekten üblichen 3-5 Jahre hinausgeht (2) sich die räumliche Dimension von Prozessen oft nicht auf einzelnen Standorten abbilden lässt (3) vergleichbare Methoden und Ansätze für ein upscaling Voraussetzung sind
Problematik bestehender LTER Netzwerke Bottom-up approach aufbauend auf bestehenden Standorten (ungleiche Gewichtung von öko-klimatischen Zonen) durch partikuläre Finanzierung und Interessen geprägt da vorwiegend natürliche/ naturnahe Standorte menschlicher Einfluss oft unzureichend untersuchbar
Aktuelle internationale Ansätze und Forschungsfragen LTSER (Long-Term-Socio-Ecological-Research) Konzept zur Analyse des Zusammenwirkens sozialer und ökologischer Systeme (cf. Säule III) Top-down Ansatz prozessorientierter Ökosystemforschung in einem großräumigen Observatorium (NEON)
The National Ecological Observatory Network (NEON) is a continental-scale research platform for discovering and understanding the impacts of climate change, land-use change, and invasive species on ecology. NEON will gather long-term data on ecological responses of the biosphere to changes in land use and climate, and on feedbacks with the geosphere, hydrosphere, and atmosphere. NEON is a national observatory, not a collection of regional observatories. It will consist of distributed sensor networks and experiments, linked by advanced cyberinfrastructure to record and archive ecological data for at least 30 years.
NEON partitions the United States into 20 ecoclimatic domains using a statistical analysis of ecoclimatic state variables and wind vectors.
The U.S. National Research Council has identified seven environmental Grand Challenges: biodiversity, biogeochemical cycles, climate change, hydroecology, infectious disease, invasive species, and land use. NEON addresses these challenges by gathering data focused on two overarching questions: How are ecosystems affected by changes in climate, land use, and invasive species over time? How do they respond and at what rates? How do biogeochemistry, biodiversity, hydroecology, and biotic structure and function interact with changes in climate, land use, and invasive species? How do these feedbacks vary with ecological context and scale over time?
Mögliche Forschungsfragen einer prozessorientierten ökosystemaren Langzeitforschung in Österreich Grundsätzliche Zielsetzung des Netzwerkes ist es, durch Klimawandel und Landnutzungsänderungen ausgelöste räumliche und zeitliche Veränderungen von Systemen und deren Auswirkungen auf Stoffkreisläufe zu analysieren. Dabei ist die ökosystemare Integration von terrestrischen und aquatischen Systemen ein wichtiges Anliegen.
Ökosystemare Schlüsselprozesse Regulation von Primärproduktion sowie von Abbau und Akkumulation von totem partikulären und gelösten organischen Material in terrestrischen und aquatischen ÖS unter besonderer Berücksichtigung der Treibhausgasproblematik Rezyklierung und Transformation von Kohlenstoff und Nährstoffen in natürlichen und gestörten Ökosytemen Auswirkung von Muster und Stärke von Störungen (pathogene Schädlinge, Dürre, Stürme, Hitze, etc.) auf die Stabilität von biologischen Systemen
Struktur und Funktion von Ökosystemen unter dem Einfluss von Drivers und Wechselwirkungen + Climate Change (direkt und indirekt) + Land Use/Cover Change + Ressource Use + Invasive Species (incl. Pathogene) = DRIVERS, STÖRUNGEN Interaktion und Regimes* + Biodiversität, Gemeinschaften, Populationen und Ökosystem-Funktion + Stoffkreisläufe (incl. Toxine, Hydroöklogie) + Krankheiten und biotische Interaktionen *Regimes: Summe der Interaktionen + Kombinationen von Drivers
Forschungsfragen (1) Interaktive Effekte (2) Stabilität und Störung (3) Rückkoppelungseffekte (4) Skalierung
(1) Interaktive Effekte von Drivern auf Ökosystemprozesse Wie interagieren Störungen und Populationsdynamiken sowie Änderungen der gemeinschaftlichen Zusammensetzung in ihrer Wirkung auf ökosystemare Stoffflüsse langfristig? Wie wirken sich interaktive Effekte von Nährstoffeintrag und Klimaänderungen auf Primärproduktion und Abbau bzw. Stabilisierung von organischem Material in terrestrischen und aquatischen Ökosystemen aus? Welche interaktiven Effekte haben Landnutzungsänderungen und Klimaänderungen auf Stoffflüsse in Ökosystemen?
(2) Stabilität und Störung Definition charakteristischer Schwellenwerte Inwieweit beeinflusst die Artenzusammensetzung und vielfalt eines Ökosystems die Resistenz und Resilienz von Ökosystemprozessen auf/nach Störungen? Inwiefern wirken Klimavariabilitäten und Klimaextreme auf ökosystemare Störungen wie Feuerhäufigkeit, biotische Invasionen oder das Auftreten von Pathogenen?
(3) Rückkoppelungseffekte Wie wirken das Management und die Nutzung von Land auf die Regulierung und Speicherung von Wasser in einem Ökosystem? In wieweit erhöhen mögliche Änderung der Wasserqualität die Kosten für Wassernutzung? Welchen Einfluss hat die Klimavariabilität auf menschliche Krankheitserreger und welchen Einfluss hat sie damit auf damit verbundene Gesellschaftsdynamiken und den resultierenden Stoffflüssen?
(4) Skalierung Ändern sich die Kontrollen über ökosystemare Prozesse, wie etwa Primärproduktion oder Kohlenstoffspeicherung in Böden mit der Skalenebene? Wie ändert sich die Interaktion von Kohlenstoff- und Stickstoffkreislauf auf unterschiedlichen räumlichen Skalierungsebenen?
Ansätze und Methoden (1) Interaktive Effekte und (2) Stabilität und Störung: experimentell (3) Rückkoppelungseffekte und (4) Skalierung: modellierend Kombinierte Ansätze in Standortskonzept integrieren
Anforderungen Science Advisory Board Wissenschaftliche Supervision Scientific Community Universitäten, außeruniversitäre Einrichtungen Operative Zentrale BFW, UBA,... Private Firmen Vertragsnehmer Qualitätskontrolle Sites Datenzentrum Sozialökologische Forschung Naturschutz- und Biodiversitätsforschung Mögliche Struktur einer zukünftigen Verwaltung der prozessorientierten Ökosystemforschung innerhalb des Netzwerkes LTSER Austria
Produkte und Adressaten Antworten auf Forschungsfragen: Daten, Rekonstruktion vergangener Ereignisse, Abschätzung von Entwicklungen Nationales Zentrum für Ökologische Datenanalyse zur * Aufbereitung/ Bereitstellung der Daten * Bearbeitung von Anfragen von Körperschaften, Behörden oder Interessensvertretungen wissenschaftlich fundierte Planungs- und Entscheidungsgrundlagen
Schlussfolgerungen Die Entwicklung eines Österreichischen LT(S)ER Netzwerkes muss auf nationaler Ebene vorangetrieben werden, um die Forschungsansätze in europäischen und internationalen Entwicklungen optimal verankern zu können. Dazu gehört auch eine Neukonzeption der standort-basierten Basis von LTER. Das Konzept einer LTSER muss eine soziale und eine ökologische Basis haben und muss einem interdisziplinären Ansatz folgen, der über die Orientierung zu Praxiswissen hinaus exzellente disziplinäre Ansätze aus der soziologischen und ökologischen Forschung verbindet. Das LT(S)ER Netzwerk muss über entsprechende langfristige Finanzierungsinstrumente für alle Teilbereiche verfügen. Nur so wird es möglich sein, mit größerer Treffsicherheit vorauszusagen, wie Ökosysteme und ihre Organismen auf globale Änderungen von Klima und Landnutzung reagieren und welche Einflüsse solche Änderungen auf den Menschen haben werden.