Below- and aboveground farmland biodiversity in relation to local and regional management

Abstract

Die Ausdehnung von Ackerland, Plantagen und Weideland in den letzten Jahrzehnten sowie die Intensivierung der Landwirtschaft auf lokaler und regionaler Ebene sind Hauptgründe für den Biodiversitätsverlust. Intensivierung auf lokaler Ebene ist durch einen vermehrten Einsatz von Maschinen, Spritz- und Düngemitteln charakterisiert, während Intensivierung auf regionaler Ebene mit einer Simplifizierung der Landschaft durch Umwandlung naturnaher Habitate in landwirtschaftliche Nutzflächen einhergeht. Allerdings ist die relative Bedeutung lokaler und regionaler Intensivierung für den Biodiversitätsverlust taxa- und habitatabhängig.Der erste Teil dieser Dissertation beschäftigt sich mit den Effekten von landwirtschaftlicher Intensivierung auf ober- sowie unterirdische Artengemeinschaften. Wir haben die Diversität von Gefäßpflanzen, Laufkäfern und Vögeln in Getreidefeldern auf der Feld- (n = 1350), Betriebs- (n = 270) und europäischen Regionenebene (n = 9) untersucht. Die Diversität wurde in ihre additiven Komponenten α, β, und γ partitioniert und der relative Beitrag der β-Diversität zur Gesamtdiversität auf jeder räumlichen Ebene bestimmt. Die Artenvielfalt der Pflanzen und Vögeln wurde von landwirtschaftlichen Intensivierung auf allen drei Ebenen negativ beeinflusst, während Laufkäfer nicht betroffen waren. Lokale Intensivierung auf der Feldebene war eng mit Artenverlust auf höheren Ebenen wie der Betriebs- und Regionenebene verbunden und daher ein Indikator für Artenverlust zwischen unterschiedlichen Betrieben und Regionen. β-Diversität auf der Betriebsebene (13 - 21%) sowie der Regionenebene (68 - 80%) bildeten den Hauptteil der Gesamtdiversität für alle Taxa. Der relative Beitrag der α-Diversität zur Gesamtdiversität nahm bei den Pflanzen mit zunehmender Intensivierung ab, während der relative Beitrag der β-Diversität auf der Betriebsebene bei Laufkäfern und Vögeln mit zunehmender Intensivierung zunahm. Daher scheint landwirtschaftliche Intensivierung nicht zwangsläufig zu einer Homogenisierung der Artengemeinschaften zu führen, was vermutlich auf die Heterogenität der Bearbeitungsmethoden zwischen unterschiedlichen Betrieben zurückzuführen ist. Um interagierende Effekte der landwirtschaftlicher Intensivierung auf der lokalen und regionalen Ebene auf die Bodenfauna untersuchen zu können, haben wir uns im Weiteren mit der Artenvielfalt und Abundanz von Regenwürmern und Collembolen sowie der Bodenatmungsrate und der mikrobielle Biomasse beschäftigt. Dazu wurden je 12 konventionell und ökologisch bewirtschafteten Winterweizenfeld, die gepaart entlang eines Landschaftskomplexitätsgradienten lagen, untersucht.. Die Resultate zeigen, dass lediglich die Abundanz von Collembolen in ökologisch bewirtschafteten Feldern geringfügig höher war, während die Bodenatmungsraten in konventionellen Feldern höher waren. Mit Simplifizierung der umgebenden Landschaft erhöhte sich die mikrobielle Biomasse in konventionellen Feldern, während sich die Biomasse in ökologischen Feldern verringerte. Da ein ähnliches Muster für die Artenvielfalt der Regenwürmer gefunden wurde, könnte hier die mikrobielle Biomasse von der Artenzahl der Regenwürmer beeinflusst worden sein. Im Allgemeinen allerdings scheint ökologische Bewirtschaftung effektiver oberirdische als unterirdische Diversität zu erhalten.Im zweiten Teil der Dissertation wurde die relative Bedeutung von räumlichen Faktoren und Umweltfaktoren auf die Zusammensetzung der unterirdischen Artengemeinschaft untersucht. Diese Faktoren bestimmen, ob Artengemeinschaften eher durch Arten-Umwelt-Interaktionen oder durch Ausbreitungsereignisse geformt werden. Ausbreitungsereignisse könnten im Boden als sehr komplexes, schlecht verbundenes Habitat eine größere Rolle für die Artengemeinschaft spielen als in weniger komplexen, gut verbundenen Habitaten. Varianzpartitionierung wurde genutzt, um die relative Bedeutung von Umweltfaktoren und räumlicher Distanz für die Artengemeinschaft von Bakterien, Collembolen, Laufkäfern und Regenwürmern in Feldern und Brachen zu untersuchen. Unsere Untersuchungen wurden auf lokaler Skala im Abstand von 40 m zwischen den Probeflächen und auf regionaler Skala im Abstand von bis zu 13 km durchgeführt. Es zeigte sich, dass Umweltfaktoren einen stark regulierenden Einfluss auf die Zusammensetzung der Bakteriengemeinschaften hatten. Weiterhin hatte auch die räumliche Verteilung der Probeflächen sogar auf kleinen Skalen einen Einfluss auf die Bakteriengemeinschaften, was wahrscheinlich durch eine Limitierung der Ausbreitung verursacht wurde. Damit zeigten Bakterien auch auf kleinen Skalen bereits Provinzialismus. Die untersuchten Makroorganismen zeigten räumliche Verbreitungsmuster entsprechend ihrer durchschnittlichen Körpergröße. Die räumlichen Verteilung der größeren Makroorganismen wurde nicht von der lokalen Skala beeinflusst, während die kleineren Makroorganismen hier bereits Provinzialismus erkennen ließen. Diese Unterschiede zwischen Mikro- und Makroorganismen sind vermutlich durch die unterschiedlichen Ausbreitungsstrategien im Boden begründet.Wir konnten mit diesen Untersuchungen zeigen, dass landwirtschaftliche Intensivierung einen negativen Einfluss auf die meisten der untersuchten oberirdischen Taxa hatte und dass diese Einflüsse über multiple räumliche Skalen wirksam waren. Ökologischer Landbau scheint effektiver in der Erhaltung oberirdischer als der unterirdischer Biodiversität zu sein, was an der großen funktionalen Redundanz im Boden und der damit verbundenen hohen Resistenz und Resilienz der Bodengemeinschaft gegenüber anthropogenen Störungen liegen könnte. Allerdings spielt der Landschaftskontext in Interaktion mit lokaler Bewirtschaftungsform eine entscheidende Rolle, was die Wichtigkeit von Agrarumweltmaßnahmen, welche gleichzeitig für lokale als auch regionale Skalen entwickelt wurden, unterstreicht. Außerdem scheint die relative Bedeutung von Umwelt- und räumlichen Faktoren für die Zusammensetzung der Bodengemeinschaft von den Ausbreitungsstrategien der untersuchten Taxa abzuhängen.