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Artenreiche Ökosysteme sind produktiver als artenarme - neue Belege in „Nature" publiziert

14.01.2016

Artenreiche Ökosysteme sind wesentlich gesünder und produktiver als artenarme. Das hat eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern nun mit einer Analyse der komplexen Daten weltweiter Grasland-Ökosysteme herausgefunden. Die Studie entstand unter Beteiligung des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ), des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU). Sie wurde in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlicht. Es ist die bislang umfassendste Studie, die diesen Effekt in natürlichen Ökosystemen zeigt.

Die biologische Vielfalt und die Produktivität der Ökosysteme sind wichtig für das Wohlergehen der Menschen, gleichzeitig aber auch stark durch menschliche Aktivitäten beeinflusst. Die Beziehung zwischen der biologischen Vielfalt und der Produktivität ist eine in der Ökologie heftig diskutierte Frage mit zahlreichen, zum Teil oft widersprüchlichen Theorien.


Die Doane audubon Spring Creek Prairie site in Nebraska ist typisch für das Prärie-Grasland, das einst weite Teile des Mittleren Westens der USA bedeckte.

Foto: Ramesh Laungani, Doane College


Prof. Sally Power von der University of Western Sydney während Untersuchungen in Yarramundi, einem Grasland bei Sydney in Australien.

Foto: Raul Ochoa Hueso, University of Western Sydney

Biodiversität wird als entscheidend für die Stabilität der natürlichen Ökosysteme angesehen und damit für Ökosystemleistungen, wie Sauerstoffproduktion, Bodenbildung oder Wasserreinigung. Viele Bemühungen von Naturschutzbehörden auf der ganzen Welt beruhen auf dieser Hypothese. Bisher war diese Annahme aber nur theoretisch erwiesen. Den praktischen Beweis, anhand von Daten aus der realen Welt, blieben die Wissenschaftler über ein halbes Jahrhundert schuldig.

Um sich dieser Frage anzunehmen, verwendete das Forscherteam Daten aus dem globalen Nährstoff-Netzwerk Nutrient Network (NutNet) von fünf Kontinenten. Das Netzwerk wird von der University of Minnesota koordiniert und untersucht natürliche Wiesen- und Weiden-Ökosysteme an mehr als 70 Standorten weltweit. In Deutschland sind Untersuchungsflächen bei Papenburg (Niedersachsen), Jena (Thüringen) und Bad Lauchstädt (Sachsen-Anhalt) Teil des Netzwerks.

Für die Studie wertete das Team Daten von 1126 Flächen auf 39 Wiesen und Weiden aus. Durch neue Möglichkeiten der Analyse war die Gruppe in der Lage, die Biodiversitätseffekte von anderen Effekten trennen zu können – einschließlich von Prozessen, die die Biodiversität reduzieren. "Diese Studie zeigt, dass es keine nachhaltigen, produktiven Ökosysteme gibt, ohne dass die biologische Vielfalt in der Landschaft erhalten wird", sagt Studienleiter Prof. Dr. James Grace vom Geologischen Dienst der USA (USGS).

Ein wichtiges Ergebnis dieser Arbeit ist, dass sich eine größere Pflanzenvielfalt positiv auf die Biomasseproduktion auswirkt. Diesen Effekt auch in natürlichen, unveränderten Ökosystemen nachzuweisen, war jedoch bis jetzt eine Herausforderung. „Beeindruckend ist, dass das neue Strukturgleichungsmodell mehr als 60 Prozent der Variationen des Pflanzenartenreichtums in den natürlichen Ökosystemen erklären kann. Darüber hinaus können damit jetzt auch wesentliche Umweltfaktoren unterschieden werden, die wichtige Auswirkungen für das Verständnis der Vielfalts- und Produktivitätsmuster im globalen Maßstab haben“, betont Prof. Dr. Stanley Harpole vom UFZ, iDiv und der MLU. Er ist einer der Gründer des Nährstoff-Netzwerks NutNet.

Die Forscher fanden auch starke und unabhängige Einflüsse des Weltklimas und der Böden auf den Artenreichtum und die Produktivität. Wenn der Klimawandel zu einer reduzierten Zahl an Arten oder genetischer Vielfalt führt, dann könnte dies dazu beitragen, dass die Ökosysteme zusätzliche Belastungen künftig schlechter verkraften als bisher.

Mit Hilfe der Studie lassen sich künftig die Mechanismen erforschen, die es verschiedenen Arten erlauben, nebeneinander zu bestehen und die die für den Menschen lebensnotwendigen Ökosystemleistungen ermöglichen.

Eine weitere Botschaft der Studie ist: Nur durch den Einsatz theoriebasierter, multi-variabler Modellierungsansätze wird es möglich, die komplexen Wechselwirkungen der Folgen des globalen Wandels besser vorherzusagen.

Tilo Arnhold, Tom Leonhard, Susanne Hufe

Publikationen:
James B. Grace, T. Michael Anderson, Eric W. Seabloom, Elizabeth T. Borer, Peter B. Adler, W. Stanley Harpole, Yann Hautier, Helmut Hillebrand, Eric M. Lind, Meelis Pärtel, Jonathan D. Bakker, Yvonne M. Buckley, Michael J. Crawley, Ellen I. Damschen, Kendi F. Davies, Philip A. Fay, Jennifer Firn, Daniel S. Gruner, Andy Hector, Johannes M. H. Knops, Andrew S. MacDougall, Brett A. Melbourne, John W. Morgan, John L. Orrock, Suzanne M. Prober & Melinda D. Smith (2016): Integrative modelling reveals mechanisms linking productivity and plant species richness. Nature (14 Jan 2016). doi:10.1038/nature16524
http://dx.doi.org/10.1038/nature16524

Die Studie wurde gefördert vom US Geological Survey (USGS), der National Science Foundation (NSF) (Research Coordination Network (NSF-DEB-1042132) & Long Term Ecological Research (NSF-DEB-1234162 to Cedar Creek LTER) programs) sowie dem UMN Institute on the Environment (DG-0001-13).

In aktuellen Ausgabe von Nature ist dazu auch ein Kommentar (N&V article) erschienen:
Kevin Gross (2016): Biodiversity and productivity entwined. Nature (14 Jan 2016). doi:10.1038/nature16867
http://dx.doi.org/10.1038/nature16867

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Stanley W. Harpole
Department „Physiologische Diversität“ (PhyDiv) am UFZ, Leiter der Forschungsgruppe „Physiologische Diversität“ am Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und Lehrstuhl für „Physiologische Diversität“ an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
Tel.: +49-(0)341-97-33171, -33152
https://www.idiv.de/de/das_zentrum/mitarbeiterinnen/mitarbeiterdetails/eshow/har...
http://www.ufz.de/index.php?de=33124
und
Prof. Dr. James Grace
US Geological Survey, Lafayette, Louisiana, United States
Tel: +1 337 266 8632
https://profile.usgs.gov/gracej

sowie
Tilo Arnhold, iDiv-Pressestelle
Tel.: +49-(0)341-9733-197
http://www.idiv.de/de/presse/mitarbeiterinnen.html
und
Susanne Hufe, UFZ-Pressestelle
Tel.: +49-(0)341-235-1630
http://www.ufz.de/index.php?de=640
und
Manuela Bank-Zillmann, MLU-Pressestelle
Tel.: +49-(0)345-55-21004
http://www.pr.uni-halle.de/mitarbeiter/
oder
Vic Hines, US Geological Survey, Public Affairs Contacts for Press Inquiries
Tel. +1 813-855-3125 http://www.usgs.gov/newsroom/contacts.asp

Links:
Nutrient Network (NutNet)
http://www.nutnet.org
http://environment.umn.edu/biodiversity/nutnet-new-model-for-global-research/

Stan Harpole zum Professor für Physiologische Diversität berufen (gemeinsame Pressemitteilung vom 29. September 2014 von UFZ, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg und iDiv)
http://www.ufz.de/index.php?de=33124
http://pressemitteilungen.pr.uni-halle.de/index.php?modus=pmanzeige&pm_id=23...

iDiv ist eine zentrale Einrichtung der Universität Leipzig im Sinne des § 92 Abs. 1 SächsHSFG und wird zusammen mit der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg und der Friedrich-Schiller-Universität Jena betrieben sowie in Kooperation mit dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH – UFZ.
Beteiligte Kooperationspartner sind die folgenden außeruniversitären Forschungs-einrichtungen: das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH – UFZ, das Max-Planck-Institut für Biogeochemie (MPI BGC), das Max-Planck-Institut für chemische Ökologie (MPI CE), das Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie (MPI EVA), das Leibniz-Institut Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ), das Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie (IPB), das Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) und das Leibniz-Institut Senckenberg Museum für Naturkunde Görlitz (SMNG). http://www.idiv.de/de.html

Weitere Informationen:

https://www.idiv.de/de/presse/pressemitteilungen.html

Tilo Arnhold | idw - Informationsdienst Wissenschaft

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