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Forschung

Forschungsthemen:

Naturwaldforschung und ökologische Auswirkungen der Forstwirtschaft

Globale Klimaerwärmung und ihre Folgen für Ökosysteme

Klimaerwärmung und Landnutzung in Zentralasien

Anthropogene Stoffeinträge

Diversität und Ökologie von Flechten, Moosen und Pilzen

Naturschutz

 

Naturwaldforschung und ökologische Auswirkungen der Forstwirtschaft

Wälder sind in den gemäßigten Breiten sowie in den feuchten Subtropen und Tropen die dominante Vegetationsform auf der Erde, so auch in Mitteleuropa, wo von Natur aus an vielen Standorten die Rotbuche dominiert. Dementsprechend spielen Waldökosysteme eine herausragende Rolle zum Erhalt der Biodiversität auf der Erde. Wälder haben jedoch auch wichtige Ökosystemfunktionen wie die Regulation des Temperatur- und Wasserhaushalts auf Landschaftsebene oder die für den Klimaschutz bedeutsame Festlegung von organischem Kohlenstoff.

Die weitaus überwiegende Waldfläche auf der Erde ist inzwischen vom Menschen durch Bewirtschaftung und Störung mehr oder weniger stark gegenüber dem natürlichen Ausgangszustand verändert worden. Der direkteste Einfluss besteht in der Entnahme von Bäumen und in der Veränderung der Baumartenzusammensetzung durch die Forstwirtschaft. Ferner sind bedeutende Waldflächen durch Entwaldung verlorengegangen - in Mitteleuropa beginnend in der Jungsteinzeit, in vielen anderen Regionen der Erde noch heute.

Wir interessieren uns für die Frage, wie der Mensch in die Struktur, Dynamik, Biodiversität und Ökosystemfunktionen von Wäldern eingreift und untersuchen dies in Wäldern unterschiedlicher Nutzungsintensität.

Brockenurwald.jpg

Fichtenurwald am Brocken im Hochharz

 

Globale Klimaerwärmung und ihre Folgen für Ökosysteme

Die Globale Klimaerwärmung hat Auswirkungen auf die Biodiversität und Funktion von Ökosystemen in allen Biomen der Erde. Seit Mitte des 20. Jahrhunderts hat es vielfältige Veränderungen im Vorkommen und der Dominanz von Arten sowie in der Produktivität von Ökosystemen gegeben, die der Klimaerwärmung zugeschrieben werden. In bewaldeten Regionen sind eine erhöhte Baummortalität und ein Rückgang der Verjüngung charakteristisch, die in der Konsequenz zu Waldflächenverlusten führen können.

Besonders stark ist die Klimaerwärmung in der Arktis und der südlich angrenzenden borealen Waldregion sowie in der maritimen Antarktis ausgeprägt. Es gibt auch bereits starke Auswirkungen in den gemäßigten Breiten und selbst in den immerfeuchten Tropen. In Mitteleuropa sind neben der Hochgebirgsvegetation vor allem die Rotbuche und die Fichte und damit die beiden mengenmäßig bedeutsamsten Baumarten besonders stark betroffen.

Wir arbeiten über die Effekte der Klimaerwärmung auf die pflanzliche Diversität und die Produktivität von Ökosystemen. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf Waldökosystemen, wo wir u. a. mit dendrochronologischen Methoden den Zuwachs, die Verjüngung und die Baummortalität rekonstruieren und den Klimaeinfluss auf diese Größen analysieren. Mit ökophysiologischen Messungen untersuchen wir die Mechanismen, über die veränderte Klimabedingungen auf die Pflanzen wirken.

Zuwachs Buche

Trends im jährlichen Stammholzzuwachs der Rotbuche (Fagus sylvatica) an zwei Standorten in Baden-Württemberg. Im Odenwald (links) nimmt der Zuwachs durch zunehmende Sommertrockenheit als Folge der Klimaerwärmung ab. In Hochlagen des Schwarzwaldes (rechts) profitiert die Buche bei guter Wasserversorgung von steigenden Temperaturen und legt im Zuwachs zu. Standorte mit Zuwachsrückgängen sind insgesamt sehr viel häufiger als mit steigenden Zuwächsen. Nach Dulamsuren et al. in Trees 31: 673-686, 2017.

 

Klimaerwärmung und Landnutzung in Zentralasien

Zentralasien zeichnet sich durch ein hochkontinentales Klima mit heißen Sommern, sehr kalten Wintern und meist geringen und sehr variablen Niederschlägen aus. Große Teile der Region sind durch Steppen, die trockeneren Teilbereiche durch Wüsten und Halbwüsten gekennzeichnet. Neben Waldgebieten in Gebirgen, Flussauen und Oasen reicht von Norden mit den südlichsten Ausläufern der Sibirischen Taiga das boreale Waldgebiet an die Region heran.

Zentralasien und Südsibirien gehören zu den Regionen der Erde, die sich besonders schnell erwärmen. Wirtschaftliche Umwälzungen als Folge des Zusammenbruchs der Sowjetunion sowie Bevölkerungswachstum sind weitere wesentliche Einflussgrößen, die die Rahmenbedingungen für Ökosysteme in Zentralasien beeinflussen.

Wir untersuchen die Biodiversität und Funktion von Wald- und Graslandökosystemen in Zentralasien. Bisherige Schwerpunkte der Arbeit bildeten die Mongolei, Kasachstan, Kirgistan und das Tibetische Plateau. Neben Biodiversitätsstudien stehen methodisch hier ökophysiologische und dendrochronologische Arbeiten sowie Untersuchungen zu ökosystemaren Kohlenstoffvorräten im Vordergrund. Neben ökologischen Fragestellungen interessieren wir uns auch für die Sozioökonomie und Sozioökologie der traditionellen Landnutzung in Zentralasien, z. B. durch die nomadische Viehwirtschaft.

Nomade im Mongolischen Altai

 Nomadische Viehwirtschaft in der Waldsteppe des Mongolischen Altai

 

Anthropogene Stoffeinträge

Neben Klimaerwärmung und Landnutzung sind Stoffeinträge aus der Atmosphäre ein weiterer wichtiger Faktor, der Ökosysteme verändert und einen Einfluss auf die Verbreitung von Pflanzenarten ausübt. Spielte in Mitteleuropa noch bis Ende des 20. Jahrhunderts die Schwefeldioxid-Belastung eine zentrale Rolle, die zu Waldschäden, Bodenversauerung und dem Absterben von Epiphyten führte, sind heute erhöhte Stickstoffeinträge aus der Atmosphäre von besonderer Bedeutung. Die erhöhten Einträge entstammen anthropogenen Emissionen aus der Verbrennung fossiler Energieträger und der Landwirtschaft.

Mäßige Stickstoffeinträge erhöhen die Produktivität der Vegetation, benachteiligen aber auch nährstoffarme Verhältnisse angewiesene Arten und führen zur Veränderung der Dominanzverhältnisse in der Vegetation. Eine hohe Stickstoffdeposition führt zur Eutrophierung und damit verbunden zum Aussterben von Arten und zur Beeinträchtigung von Ökosystemfunktionen. Unsere Forschungsinteressen umfassen den Einfluss von Stickstoffeinträgen auf die Biodiversität, die Vitalität von Pflanzen, die Produktivität von Ökosystemen und die Streuzersetzung.

 

 

Diversität und Ökologie von Flechten, Moosen und Pilzen

Flechten, Moose und Pilze stellen neben den Höheren Pflanzen einen bedeutsamen Teil der Biodiversität von Ökosystemen und übernehmen eine wichtige Rolle in deren Funktion. Während Moose und besonders Flechten als autotrophe Organismen bzw. Lebensgemeinschaften auf klimatisch oder von den Nährstoffverhältnissen her extremen Standorten der Konkurrenz durch die schneller wüchsigen Gefäßpflanzen ausweichen, spielen Pilze eine wichtige Rolle als Saprophyten eine zentrale Rolle bei der Streu- und Totholzzersetzung sowie die Mykorrhizapilze als Symbionten von Gefäßpflanzen bei der Nährstoff- und Wasseraufnahme.

Wir interessieren uns für den Einfluss der Landnutzung (insbesondere der Waldbewirtschaftung), Eutrophierung, Klimaerwärmung sowie von sauren Luftschadstoffen und Schwermetallen auf die Biodiversität von Flechten, Moosen und Pilzen und auf deren Funktion in Ökosystemen. Bei Flechten bearbeiten wir auch Fragestellungen zur Taxonomie, Verbreitung und Ökophysiologie. Im Bereich der chemischen Ökologie befassen wir uns mit der Funktion von Sekundärmetaboliten, von denen Flechten mehrere Hundert verschiedene Substanzen bilden (Flechtenstoffe), die in der Natur meist nur in Flechten vorkommen.

Evernia mesomorpha

 Evernia mesomorpha, eine boreale, kontinental verbreitete epiphytische Flechtenart

 

Naturschutz

Zahlreiche Fragestellungen unserer Forschungsaktivitäten weisen Bezüge zum Naturschutz auf. Dies betrifft Untersuchungen zur Forstwirtschaft, Waldweide sowie zur Landnutzung im Offenland. Neben der Analyse von anthropogenen Störungen, die die Artenvielfalt und die Artenzusammensetzung der Vegetation verändern, ist ein weiteres Interessengebiet die Quantifizierung von Veränderungen in der Vegetation über längere Zeiträume. Bezüge zur Anwendung bestehen u. a. durch die Erstellung Roter Listen gefährdeter Arten.