Projektgruppen

8-3.2 | TERRESTRISCHE ORGANISMEN UND ÖKOSYSTEME

Projektleiter:
Dr. Jörg Römbke

Zentrale wissenschaftliche Fragestellungen:
(1) In welchem Umfang beeinflusst multipler Stress in Folge des Klimawandels die Biodiversität und davon abhängige Ökosystemfunktionen?
(2) Können diese auf anthropogen verursachte Stressoren zurück gehenden Effekte ganz oder teilweise durch Anpassungen ausgewählter Schlüsselarten oder auf der Gemeinschaftsebene kompensiert werden?

Zentrale Hypothese:
Direkt wirkende Stressoren (veränderte Temperatur, Niederschläge, Bodenfeuchte) und indirekte Folgen des Klimawandels (Landnutzungswandel und veränderte biotische Interaktionen) interagieren miteinander und haben damit in Kombination einen anderen Einfluss auf Ökosysteme (Schlüsselarten, Gemeinschaften und Biodiversität) als die Betrachtung des Einflusses isolierter Stressoren erwarten lässt.

Methodischer Ansatz:
Diese zentrale Hypothese wird experimentell mit Langzeitversuchen im Labor und unter Freilandbedingungen für Böden untersucht. Der Fokus liegt auf Veränderungen von Lebensgemeinschaften und möglichen physiologischen und genetischen Anpassungsmechanismen der ausgewählten Schlüsselarten. In den terrestrischen Experimenten werden Versuchsreihen mit einheimischen und wärmeliebenden mediterranen Arten unter derzeitigen und prognostizierten (IPCC) Klimabedingungen durchgeführt werden, wobei biotische Stressoren und das Fungizid Pyrimethanil / das Insektizid lambda-Cyhalothrin als Ko-Stressoren eingesetzt werden.

Untersuchte Organismen:
Wurzelassoziierte Pilzgesellschaften, pathogene Pilze, Regenwürmer, Collembolen (z.B. Folsomia candida), Enchytraeen (z.B. Enchytraeus crypticus), Raubmilben (z.B. Hypoaspis aculeifer), Nematoden.

Kurzbeschreibung des Forschungsvorhabens:
In terrestrischen Modellökosystemen (TME - terrestrial model ecosystems) werden Langzeitversuche von bis zu einem Jahr mit mehreren Stressoren in einem multifaktoriellen Design durchgeführt. Ausgehend von Erfahrungen in der 1. Antragsphase werden TME-Versuche durchgeführt, in denen die Auswirkungen eines Pestizids in Interaktion mit erhöhter Salinität auf die Bodenorganismengemeinschaft untersucht werden. Der Parameter Salinität soll dabei in Analogie zur Versalzung von landwirtschaftlich genutzten Böden in aridem Klima experimentell erzeugt und variiert werden. Dabei werden direkt klimaabhängige Parameter, wie Temperatur und Bodenfeuchte während des ganzen Versuchs erfasst, während indirekt vom Klima abhängige, vor allem biotische Parameter, wie z.B. das Auftreten von Pathogenen (Pilze?), Veränderungen im Räuber-Beute-Verhältnis und der wurzelassoziierten Pilzgesellschaft sowie genetische Anpassungen einzelner Arten der Schlüsselgruppen berücksichtigt werden. Weiterhin werden TME-Versuche in Deutschland und Portugal jeweils nach gleichem Design durchgeführt werden, bei denen jeweils die Hälfte der Säulen unter gemäßigten bzw. mediterranen Klimabedingungen gegenüber Pestiziden exponiert werden. Diese Einzelfaktoren sind zuvor in Monospeziesexperimenten auf ihre Effektstärke bei den in den TME vorkommenden Schlüsselgruppen zu testen. Ziel der Untersuchungen ist es, Empfehlungen für den Schutz der Bodenqualität unter den Bedingungen des Klimawandels zu erstellen.

Gesellschaftlich relevante Aspekte des Vorhabens:
In den terrestrischen Publikationen wird auf mögliche Konsequenzen der Interaktion von klimatischen und weiteren direkten wie indirekten Faktoren eingegangen werden: Welche Gefährdungen bzw. Schäden treten beim Ausfall einzelner ökosystemarer Leistungen auf? Dazu müssen sowohl etablierte Ansätze der Umweltrisikobeurteilung (z.B. aus dem Chemikalienrecht) als auch neuere Ansätze (qualitative bzw. quantitative Erfassung ökosystemarer Leistungen) berücksichtigt werden. Entsprechende Ergebnisse können in Modelle zur Quantifizierung und Bewertung von ökosystemaren Leistungen eingehen.

Team

Dr. Anja Coors, Wissenschaftlerin
Dr. Bernhard Förster, Wissenschaftler
Dr. Thomas Moser, Wissenschaftler
Cornelia Bandow, Doktorandin
Anne Seeland, Doktorandin

Publikationen

Bandow, C., Coors, A. & J. Römbke (2013) : Enchytraeus bigeminus (Enchytraeidae, Oligochaeta) as a new candidate for ecotoxicological laboratory tests. - Soil Organisms 85: 103-112.

Bandow, C., Karau, N. & J. Römbke (2014) : Interactive effects of pyrimethanil, soil moisture and temperature on Folsomia candida and Sinella curviseta (Collembola). - Applied Soil Ecology, DOI: 10.1016/j.apsoil.2014.04.010

Bispo, A., Cluzeau, D., Creamer, R., Dombos, M., Graefe, U., Krogh, P.H., Sousa, J.P., Peres, G., Rutgers, M., Winding, A. & J. Römbke (2009) : Indicators for monitoring soil biodiversity. - Integrated Environmental Assessment and Management 5(4): 717-719.

Faber, J.H., Craemer, R.E., Mulder, C., Römbke, J., Rutgers, M., Sousa, J.P., Stone, D. & B.S. Griffith (2013) : The practicalities and pitfalls of establishing a policy-relevant and cost-effective soil biological monitoring scheme. - Integrated Environmental Assessment and Management 9: 276-284.

Feld, C.K., Martins da Silva, P., Sousa, J.P., De Bello, F., Bugter, R., Grandin, U., Hering, D., Lavorel, S., Mountford, O., Pardo, I., Pärtel, M., Römbke, J., Sandin, L., Jones, B. & P. Harrison (2009) : Indicators of biodiversity and ecosystem services: a synthesis across ecosystems and spatial scales. - Oikos 118: 1862-1871.

Garcia, M., Scheffczyk, A., Garcia, T. & J. Römbke (2011) : The effects of the insecticide lambda-Cyhalothrin on the earthworm Eisenia fetida under experimental conditions of tropical and temperate regions. - Environmental Pollution 159: 398-400.

Gardi, C., Montanarella, L., Arrouays, D., Bispo, A., Lemonceau, P., Jolivet, C., Mulder, C., Ranjard, L., Römbke, J., Rutgers, M. & C. Menta (2009) : Soil biodiversity monitoring in Europe: ongoing activities and challenges. - European Journal of Soil Biology 60, 807-819.
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Jeffrey, S., Gardi, C., Jones, A., Montanarella, L., Marmo, L., Miko, L., Ritz, K., Peres, G., Römbke, J. & W. Van der Putten (eds.) (2010) : European Atlas of Soil Biodiversity. European Commission, Publications Office of the European Union, Luxembourg. EUR 24375 EN, 65pp. Link zum Download (180 MB)
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Römbke, J. : Standardisierte Methoden für das biologische Monitoring von Böden in der Europäischen Union. - Gefahrstoffe- Reinhaltung der Luft 10/2009: 407-410.
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Römbke, J., Jänsch, S., Höfer, H., Horak, F., Roß-Nickoll, M., Russell, D.J. & A. Toschki (2013) : State of knowledge of enchytraeid communities in German soils as a basis for biological soil quality assessment. - Soil Organisms 85: 123-146.

Schäffer, A., van den Brink, P.J., Heimbach, F., Hoy, S.P., de Jong, F.M.W., Römbke, J., Roß-Nickoll, M. & J.P. Sousa (2010) : Guidance from the SETAC Europe Workshop: 'Semi-field Methods for the Environmental Risk Assessment of Pesticides in Soil (PERAS). CRC Press, Boca Raton, USA. 105 pp.

Wenning, R.J., Finger, S.E., Guilhermino, L., Helm, R.C., Hooper, M.J., Landis, W.G., Menzie, C.A., Munns Jr., W.R., Römbke, J. & Ralph G. Stahl Jr. (2010) : Global Climate Change and Environmental Contaminants: A SETAC Call for Research. - Integrated Environmental Assessment and Management 6 (2): 197–198.