Artenvielfalt: eine natürliche Versicherung gegen Extrem-Ereignisse? Nina Buchmann Institut für Pflanzenwissenschaften nina.buchmann@ipw.agrl.ethz.ch
Biodiversität, eine Versicherung? Biodiversität & Ökosystemfunktionen/leistungen Biodiversität und Stabilität Extremereignis Trockenheit Vergleich intensiver und extensiver Graslandsysteme
Biologische Vielfalt, Biodiversität Genetische Diversität Diversität von Arten Diversität von Ökosystemen Diversität von Landschaften
Ökosystemleistungen/Ecosystem services Ökosystemleistungen = f(bd)? ES = benefits people obtain from ecosystems. These include provisioning services, regulating services, cultural services and supporting services (Daily 1997; Millenium Ecosystem Assessment Ertrag, 2005) Stabilität des Ertrags Erhalt der Bodenfruchtbarkeit, Düngung Effiziente Ressourcennutzung, geringer Nitrat-Austrag Unkrautbekämpfung, Schutz vor Invasion! Um den Menschen zentriertes Konzept: es gibt eine Nachfrage für ES (MA 2005, S. VI)
Produktivität = f(bd) im Grasland! Zusammenhang BD-Produktivität zeitlich robust (Marquard et al. 2009)
Stabilität des Ertrags in Prairie-Systemen Ecosystem stability = x bio tot / SD temp! Höhere zeitliche Stabilität des jährlichen Ertrages bei höherer Artenzahl (Tilman et al. 2006)
Reaktion auf Trockenheit im Grasland Trockenheit Ko Tr Prairie 1 Jahr danach (Tilman und Downing 1994) (Pfisterer und Schmid 2002)! Mit steigender Artenzahl: Produktivität! auch unter Trockenheit, Trockenheitsresistenz! " höhere Stabilität
Reaktion auf Trockenheit im Grasland Wie reagieren die Wurzeln? Shoots Roots Biomass change (%) 20 0-20 -40 soil corrected values predicted values 6 9 12 15 18 21 24 Effective Diversity soil corrected values predicted values 6 9 12 15 18 21 24 Effective Diversity 150 100 50 0-50 Biomass change (%)! Mit steigender Artenzahl: Wurzelproduktivität! " höhere Stabilität (Kahmen et al. 2005)
Biodiversität und Stabilität Metastudie basierend aus 103 Papers (1954 Juni 2004)! Positiver Effekt von BD, aber nur wenige verschiedene Störungstypen untersucht (Balvanera et al. 2006)
Extremereignis: Sommer 2003 T a T a 2003 2003 (Schär et al. 2004)
Simulation eines Extremereignisses 3 Graslandstandorte Höhengradient (400 m.. 2000 m) unterschiedliche Bewirtschaftung Früebüel Alp Weissenstein Chamau My Documents.lnk
Veränderung der Konkurrenz! Unter Trockenheitsbedingungen: eine krautige Art ist klarer Gewinner, aber nur im artenarmen System (Gilgen und Buchmann 2008)
Rumex: Wasserhaushalt! Mechanismus: Ökophysiologie, temporäre Nische Rumex ist kaum gestresst: Wasserpotentiale weniger negativ als bei anderen Arten, keine Unterschiede für! midday, g s, A n (Gilgen et al. 2009)
Abgestufter Wiesenbau in der Schweiz (AGFF 1998) Übertragbarkeit der Ergebnisse von (typischerweise) extensiven Graslandsystemen auf intensive Produktionssysteme?
The Jena Experiment Zwei Teilexperimente - Arten wenig intensiver Glatthafer-Wiesen - 1- bis 60-Arten-Mischungen, zufällig ausgewählte Art- Kombinationen, 1-4 funktionelle Gruppen - 90 Plots à 400 m 2, 390 Plots à 12 m 2 - Mischungen nur aus 9 dominanten Arten (Alopecurus pratensis, Arrhenatherum elatius, Dactylis glomerata, Phleum pratense, Poa trivialis, Anthriscus sylvestris, Geranium pratense, Trifolium pratense, T. repens) - zweischürig, keine Düngung Kontinuierliches Jäten zum Erhalt des Diversitätsgradienten A. Weigelt
COST Action 852 33 Standorte, sehr intensive Wiesen Einteilung in 4 Klimazonen Nord-Europa, Mittel-Europa Mediterran-Gebiet: feucht, trocken immer 4 funktionelle Gruppen Arten je nach Klimazone Bsp. für Mittel-Europa: - Gras schnell: L. perenne - Gras langsam: D. glomerata - Klee schnell: T. pratense - Klee langsam: T. repens Nicht gejätet
Biodiversität und Stabilität des Ertrags 14 P < 0.01 P < 0.01 P < 0.01 12 DM Yield (t ha -1 yr -1 ) 10 8 6 4 (Marquard et al. 2009) 2 0 Monokulturen Mischungen Yr 1 Yr 2 Yr 3 0 1 2 3 4 5 6! Positiver Einfluss von BD auf Ertrag zeitlich stabil (Helgadottir et al. 2008)
es (g m 20 10 800 200 400 00 1 2 4 8 16 60 (c) (b) 50 40 30 20 10 Number invader species Number species total 0 1 2 4 8 16 60 Sown (c) species number (log-scale) 50 total (ginvader m ) 2Biomass resident species(g (gm m Biomass Biomass species ) 2Biomass species ) -2invader Number Numberinvader residentspecies species Biodiversität und Unkraut 0 800 2000 1 2 44 88 1616 60 60 22 44 8 8 1616 60 60 (b) (c) 1600 600 1200 400 800 200 400 00 2000 11 Sown species number (log-scale) (c)! Ext. Grasland: Mischungen haben weniger ungesäte 1600 40Arten/Unkraut als Reinkulturen (Roscher et al. 2009) 30 1200
Biodiversität und Unkraut Yield (t DM ha -1 yr -1 ) 14 12 10 8 6 4 Mono Mix Mono Mix Unsown Sown Mix Mono 2 0 Lp Dg Tp Tr Centroid Lp Dg Tp Tr Centroid Lp Dg Tp Yr 1 Yr 2 Yr 3! Intensives Year 1 Grasland: Year Mischungen 2 Year haben 3 weniger ungesäte Arten/Unkraut als Reinkulturen Tr Centroid (Lüscher et al. 2008)
Vergleich extensives-intensives Grasland Übertragbarkeit: Ökosystemleistungen = f(bd)? Ertrag, Stabilität des Ertrags Unkrautbekämpfung, Schutz vor Invasion Erhalt der Bodenfruchtbarkeit, Düngung Effiziente Ressourcennutzung, geringer Nitrat-Austrag ( )! Keine Widersprüche, Übertragbarkeit gegeben!!
Artenvielfalt: eine natürliche Versicherung gegen Extrem-Ereignisse? Ja! Sowohl für intensiv als auch für extensiv bewirtschaftetes Grasland, zumindest bei Trockenheit und gegen Invasion bzw. Unkraut.