Test mechanistischer Interaktionen zwischen Biodiversität, Landnutzung und Ökosystemfunktionen mit einem prozessbasierten Vegetationsmodel

Hintergrund

Die empirischen Daten der DFG-Biodiversitäts-Exploratorien demonstrieren den Einfluss von Diversität und Landnutzung auf Ökosystemfunktionen und ökosystemare Dienstleistungen. Die exakten Mechanismen die diesem Einfluss erzeugen sind in vielen Fällen jedoch nicht endgültig geklärt. Ein Verständnis dieser Fragen dient nicht nur der Grundlagenforschung in der Ökologie – ohne ein mechanistisches Verständnis der beobachteten Effekte ist es schwer möglich, die Daten der Exploratorien auf andere Umweltbedingungen, zum Beispiel auf verstärkten Klimawandel, zu extrapolieren.

Ziele

Das Ziel dieses Projektes ist es die Existenz und die relative Stärke von Mechanismen zu untersuchen die als Hypothese genannt wurde um die beobachten Abhängigkeiten von Artenvielfalt, Landnutzung und Ökosystemfunktionen zu erklären. Mechanismen von besonderem Interesse sind:

Nischendifferenzierung durch unterschiedliche Wachstumsstrategien / Licht
Nischendifferenzierung durch unterschiedliche Wurzelstrategien / Wassernutzung
Nischendifferenzierung durch unterschiedliche Nährstoffnutzung
Einfluss von intraspezifischer Variabilität

Methoden

Das Projekt wird das LPJ-GUESS Modell verwenden, ein bekanntestes und gut getestetes prozessbasiertes Waldmodell. Mit LPJ-GUESS können die oben beschrieben funktionellen Unterschiede modelliert werden, z.B. durch verschiedene Baumallometrien und verschiedene physiologische Parameter. Wir werden Bayessche Statistik und Daten aus den Exploratorien verwenden um die Modellparameter an die lokalen Standortbedingungen anzupassen.

Anschließend werden wir mit dem Modell zwei Hauptfragen testet:

Wie beeinflussen die oben beschriebenen Mechanismen die Artenvielfalt und funktionelle Diversität zwischen und innerhalb der Versuchsflächen, und in welchem Maße können sie deshalb die beobachtete Diversität von Funktionen und Arten in den Biodiversitäts-Exploratorien erklären?
Was ist der Beitrag dieser Mechanismen zu den beobachteten Diversitätseffekten in den Exploratorien?

Abbildung: Das Schaubild zeigt den bayesschen Modellierzyklus für ein prozessbasiertes Vegetationsmodell, leicht verändert von Hartig et al Zweitausendzwölf. — Der Bayessche Modellierzyklus für ein prozessbasiertes Vegetationsmodell, leicht verändert von Hartig et al., 2012

Publikationen

Sequential Monte-Carlo algorithms for Bayesian model calibration – A review and method comparison

Speich M., Dormann C. F., Hartig F. (2021): Sequential Monte-Carlo algorithms for Bayesian model calibration – A review and method comparison. Ecological Modelling 455, 109608. doi: 10.1016/j.ecolmodel.2021.109608

Plant species richness increases with light availability, but not variability, in temperate forests understorey

Dormann C. F., Bagnara M., Boch S., Hinderling J., Janeiro - Otero A., Schäfer D., Schall P., Hartig F. (2020): Plant species richness increases with light availability, but not variability, in temperate forests understorey. BMC Ecology 20, 43. doi: 10.1186/s12898-020-00311-9

An R package facilitating sensitivity analysis, calibration and forward simulations with the LPJ-GUESS dynamic vegetation model

Bagnara M., Silveyra Gonzalez R., Reifenberg S., Steinkamp J., Hickler T., Werner C., Dormann C. F., Hartig F. (2019): An R package facilitating sensitivity analysis, calibration and forward simulations with the LPJ-GUESS dynamic vegetation model. Environmental Modelling and Software 111, 55-60. doi: 10.1016/j.envsoft.2018.09.004