Forschungsdesign
Unser Studien-Design bietet die einzigartige Möglichkeit, die drei Kernfragen der Biodiversitäts-Exploratorien zu erforschen. In drei Regionen entlang einer Nord-Süd-Achse in Deutschland etablierten wir dazu Langzeit-Untersuchungsgebiete, Exploratorien genannt, für die funktionelle Biodiversitätsforschung.
Um den Zusammenhang zwischen Landnutzung, Biodiversität und dem Nutzen der Natur für den Menschen umfassend erforschen zu können, wurde ein vergleichender Ansatz etabliert. In diesem untersuchen Forscher:innen auf real bewirtschafteten Flächen, die verschiedenen Facetten, wie sich die Landnutzungsintensität auf die Biodiversität und Ökosystemfunktionen auswirkt. Dabei stützen sich alle Forschungsgruppen auf dieselben Untersuchungsflächen in Wäldern, Weiden und Wiesen, verteilt auf die drei Regionen. Jede Region beinhaltet dabei den größten Teil, der für Grünland und Wälder typischen Landnutzungsformen in Deutschland.
Seit Beginn der 6. Phase im Jahr 2020 wurden noch weitere Experimenteflächen eingerichtet. In unseren neuen gemeinsamen vollfaktoriellen multi-site Experimenten wird das Management gezielt auf Landschaftsebene verändert.
Eigenschaften der Exploratorien
Alle drei Exploratorien liegen zum Teil in Großschutzgebieten. Nur dort finden sich kaum oder ungenutzte Wald- und Grünlandflächen in ausreichender Anzahl, um den Einfluss unterschiedlicher Landnutzungsintensitäten auf die Biodiversität systematisch untersuchen zu können. Alle drei Regionen weisen dieselben typischen Landnutzungsintensitäten für Grünland und Wälder in Deutschland auf, von kaum bewirtschaftetem Grünland und unbewirtschafteten Buchenwäldern über hoch gedüngte und intensiv genutzte Wiesen und Weiden bis hin zu intensiv bewirtschafteten Wäldern. Sie bilden dadurch den Landnutzungsgradienten Deutschlands repräsentativ ab, eine wichtige Voraussetzungen für unsere Studien. Neben dieser zentralen Gemeinsamkeit, unterscheiden sich die drei Exploratorien hinsichtlich Geologie, Vegetation und Klima und decken somit unterschiedliche Naturräume Deutschlands ab.
Die unterschiedlichen Forschungsdisziplinen untersuchen und vergleichen, wie die Biodiversität auf die unterschiedlichen Landnutzungsintensitäten auf jeder Fläche reagiert. Diese Forschungsergebnisse motivierten uns, den daraus ergebenden Fragen weiter nachzugehen und die sogenannten multi-site Experimente zu etablieren.
Unsere Untersuchungsflächen (Plots)
Für die vergleichenden Studien haben wir Untersuchungsflächen in den drei Exploratorien ausgewiesen. Diese unterscheiden sich in der Bewirtschaftungsform, sind sich jedoch ansonsten so ähnlich wie möglich (z.B. der Bodentyp). Grundlegend kann zwischen den folgenden vier, aufeinander aufbauenden Kategorien von Untersuchungsflächen unterschieden werden (Abb.1):
1. Gridplots (GP)
Zu Beginn erfolgte eine Inventur von über 3000 Flächen (1000 pro Exploratorium), so dass alle Arten von Grünland und Wald der jeweiligen Region als Untersuchungsfläche vorkommt (pro Exploratorium 500 Flächen im Grünland und 500 im Wald). Zusätzlich wurde der Boden in Wald- und Grünland inventarisiert. So ermittelten wir Waldbewirtschaftungsform und Hauptbaumarten bzw. die Landnutzungsintensität durch Befragung der Landwirtinnen und Landwirte sowie der Landbesitzenden.
2. Experimentierplots (EP)
Auf Grundlage dieser Informationen wurden insgesamt 300 Untersuchungsflächen (100 Plots pro Region, davon 50 Plots im Wald mit je 100×100 m und 50 Plots im Grünland mit je 50×50 m) für die weitere Forschung ausgewählt, die der ausführlichen Analyse der Biodiversität, dem Monitoring der Umwelt und den manipulativen Experimenten dienen. Die Auswahl der Plots erfolgte nach dem Zufallsprinzip und beinhaltet alle Landnutzungs- und Managementtypen der jeweiligen Exploratorien bei kleinstmöglichen Unterschieden der Bodenart und anderen Störvariablen.
3. Plots mittlerer Forschungsintensität (MIP)
Im Jahr 2015 wurde eine Teilmenge von 150 Plots (50 Plots pro Region, davon 25 Plots im Wald und 25 Plots im Grünland) für eine arbeitsintensivere Forschung ausgewählt, die den gesamten Gradienten der Landnutzungsintensität in Wald und Grünland abdecken.
4. Plots hoher Forschungsintensität (VIP)
Für sehr arbeitsintensive Experimente wählten wir eine weitere Teilmenge von 54 Plots (18 Plots pro Region, davon 9 Plots im Wald und 9 Plots im Grünland) aus. In der Region Hainich-Dün kamen noch drei weitere Plenterwald-Flächen hinzu, da diese Form der Bewirtschaftung hier eine besondere regionale Bedeutung hat.
Mit Beginn der 6. Förderphase (2020-2023) etablierten die Kernprojekte weitere Experimente-Flächen, die mit den EPs in Verbindung stehen und gemeinsame multi-site Experimente genannt werden. Auf diesen Flächen wird das Management gezielt auf Landschaftsebene verändert. Verschiedene Projekte gehen hierbei zusätzlichen Fragestellungen im Grünland und Wald nach. So erweitern wir unsere Kernthemen:
Extensivierungsexperiment (REX)
Ob die Biodiversität und Ökosystemfunktionen von intensiv genutztem Grünland durch das Herunterfahren der Landnutzungsintensität wieder erhöht werden können, ist der Hintergrund dieses Versuchsdesigns. Mit Hilfe des sogenannten REX-Designs (I und II) wird dies untersucht.
Design 1: REX I
In jeder Region markierten wir auf 15 Grünlandstandorten zusätzliche Plots von je 30 x 30 m, auf denen die Landnutzung auf ein Minimum reduziert wird: die Düngung wird eingestellt und am Ende des Sommers wird einmalig pro Jahr gemäht. Diese Flächen werden Extensivierungsplots (RP für engl. reduced land-use intensity plot) genannt. Für die Aussaat zusätzlicher Arten wurde eine Teilfläche von 7 x 7 m markiert. Diese Teilfläche wurde im Herbst 2019 an der Oberfläche aufgelockert und neue Arten aus dem regionalen Artenpool ausgesäht, die bisher nicht auf der Fläche vorkommen (siehe Abb. 2).
Design 2: REX II
Auf einer Untergruppe der 15 Grünlandstandorte des REX I-Versuchs wurden zusätzliche Untersuchungsflächen eingerichtet (Abb. 3):
- In einer Teilfläche wurden Arten eingesät, die auf dem Standort bereits vorkommen (so genannte lokale Arten, RP-SR, Abb. 3). So lässt sich prüfen, wie sich das Saatgut sowohl bei normaler als auch bei reduzierter Landnutzungsintensität auf die Produktivität auswirkt.
- Zudem soll getestet werden, ob die Aussaat neuer Arten einen Effekt hat, wenn die Landnutzungsintensität nicht reduziert wird. Dafür wurde zusätzlich eine gesäte Teilfläche auf dem EP eingerichtet (EP-SN, Abb. 3).
- Ebenso wurden weitere Teilflächen eingerichtet, die lediglich oberflächlich aufgelockert wurden, auf denen jedoch keine Aussaat erfolgte (RP-SC, Abb. 3). Dadurch lässt sich prüfen, wie sich die Boden-Oberflächenbehandlung auf die Diversität auswirkt.
Diese zusätzlichen Behandlungen erfolgten auf insgesamt 16 Standorten (4 im Exploratorium Schorfheide, 6 auf der Schwäbischen Alb und 6 in Hainich-Dün) der insgesamt 45 ausgewählten Grünlandplots. Diese 16 Standorten sind dieselben wie beim Landnutzungsexperiment (LUX).
Landnutzungsexperiment (LUX)
Wie sich Veränderungen in der Landnutzung (Mähen, Beweidung und Düngung) auf die Diversität und Funktionen des Ökosystems auswirken, soll in diesem Experiment erforscht werden.
Design:
Für das Landnutzungsexperiment wurden weitere Flächen von 30 x 30 m eingerichtet, auf denen die Düngung seit dem Jahr 2020 eingestellt ist. Andere Landnutzungskomponenten (Mähen, Beweidung und andere Bewirtschaftungsmaßnahmen) wurden aber weitergeführt wie bisher. Somit unterscheiden sich diese Plots (UP für ungedüngte Plots) von der EP-Nutzung hinsichtlich der Düngung. Für dieses Experiment legten wir außerdem Teilflächen von 7 x 7 m an, auf denen die Düngung manuell durchgeführt wird, um die Landnutzungskomponenten “Düngung” und “Mähen/Weiden” faktoriell zu kombinieren (RP-F, Abb. 4).
Detaillierte Informationen zu den Grünlandexperimenten REX I, REX II, LUX stehen hier zur Verfügung.
Totholzanreicherung und Kronenöffnung (FOX)
Hintergrund dieses Experiments ist es zu untersuchen, wie sich Lücken mit und ohne Totholzanreicherung als gezielte experimentelle Eingriffe in 29 Wäldern mit unterschiedlichen Bewirtschaftungs-, Biodiversitäts- und Ökosystemfunktionen auswirken. Genauer gesagt zielt das Experiment darauf ab, die Auswirkungen von zwei wichtigen Faktoren der Waldbewirtschaftung aufzuklären:
- die Veränderung der abiotischen Bedingungen durch die Öffnung des Kronendachs
- die Verfügbarkeit biotischer Ressourcen in Abhängigkeit vom Holzeinschlag
Design:
Das Experiment umfasst vier unterschiedliche Varianten (Abb. 5):
- Aufbau 1: Kronenöffnung ohne zusätzliches Totholz (G) d.h. Schaffung einer Lücke und Entfernung aller gefällten Bäume.
- Aufbau 2: Kronenöffnung mit zusätzlichem Totholz (GD), d.h. Schaffung einer Lücke und Zurücklassen einer bestimmten Menge Totholz.
- Aufbau 3: Zusätzliches Totholz, ohne Kronenöffnung (D), d.h. keine Lücke, aber Einbringen einer bestimmten Menge Totholz.
- Aufbau 0: Kontrolle, ohne zusätzliches Totholz und ohne Kronenöffnung. Die Flächen entsprechen regulären Versuchsflächen (EPs).
Weitere Informationen zur Auswahl und Gestaltung des FOX-Experiments können hier nachgelesen werden (in Englisch).
