| dc.contributor.advisor | Leuschner, Christoph Prof. Dr. | |
| dc.contributor.author | Wietzke, Alexander | |
| dc.date.accessioned | 2021-04-09T08:21:52Z | |
| dc.date.available | 2021-04-09T08:21:52Z | |
| dc.date.issued | 2020-10-08 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/21.11130/00-1735-0000-0008-57E4-5 | |
| dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.53846/goediss-8542 | |
| dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.53846/goediss-8542 | |
| dc.language.iso | eng | de |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | |
| dc.subject.ddc | 333 | de |
| dc.subject.ddc | 577 | de |
| dc.title | Arable plant diversity in conventionally managed farmland of Northwest Germany – Current state and a participative approach to increase farmland biodiversity | de |
| dc.type | doctoralThesis | de |
| dc.contributor.referee | Leuschner, Christoph Prof. Dr. | |
| dc.date.examination | 2020-08-12 | |
| dc.description.abstractger | Mit Beginn der mitteleuropäischen Landwirtschaft im Neolithikum entstanden durch den Menschen geformte Agrarlandschaften, welche bis heute durch den Anbau von Kulturfrüchten und Grünlandwirtschaft zur Viehhaltung geprägt sind. In diesen traditionell extensiv bewirtschafteten Nutzflächen hat eine Vielzahl von Tier- und Pflanzenarten einen Lebensraum gefunden. Mit der Industrialisierung der Landwirtschaft seit der Mitte des 19. Jahrhunderts ging jedoch eine intensivierte Nutzung von Agrarflächen einher (insbesondere durch den Einsatz von synthetischen Dünge- und Pflanzenschutzmitteln). Dies wiederum führte zu einem Rückgang der Artenvielfalt in europäischen Agrarlandschaften innerhalb der letzten 50 bis 60 Jahre. Die Ackerbegleitflora, welche überwiegend aus konkurrenzschwachen Pflanzenarten besteht, wurde besonders negativ von den intensivierten ackerbaulichen Nutzungspraktiken beeinflusst. Der Erhalt einer reichhaltigen Ackerbegleitflora ist jedoch essenziell, da diese ein wichtiges Fundament der Nahrungskette in Agrarökosystemen darstellt (u.a. als Nahrungsquelle für viele Insekten und Agrarvögel) und somit auch wichtig für den Erhalt bedeutender Ökosystemfunktionen ist. Unterschiedliche Schutzbestrebungen, wie etwa die Einführung von Agrarumweltmaßnahmen durch die Europäische Union, konnten den fortschreitenden Verlust der Ackerbegleitflora in weiten Teilen der hauptsächlich konventionell bewirtschafteten Agrarflächen Europas bislang nicht aufhalten. Es besteht daher noch weiterer Forschungsbedarf hinsichtlich der Faktoren, welche die Ackerwildkrautdiversität in konventionell bewirtschafteten Feldern derzeit bestimmen (insbesondere unter Berücksichtigung verschiedener Kulturfrüchte und des Landschaftskontextes) und der spezifischen Maßnahmen, die der fortschreitenden Verarmung der Ackerbegleitflora effektiv entgegenwirken können. Darüber hinaus unterscheiden sich derzeit durchgeführte Erhebungen der Ackervegetation zum Teil erheblich in der zugrundeliegenden Methodik, was eine verlässliche, überregionale Bewertung des Erhaltungszustandes der Ackerbegleitflora und möglicher Effekte von Schutzmaßnahmen schwierig macht. Hierfür ist die Definition eines geeigneten Standard-Ackerwildkraut-Monitoring-Ansatzes notwendig.
Basierend auf dem oben genannten Forschungsbedarf widmet sich die vorliegende Abschlussarbeit den nachfolgenden Forschungsthemen: Durch die Untersuchung von insgesamt 200 konventionell bewirtschafteten Ackerschlägen stellt Kapitel 2 den aktuellen Zustand der Ackerbegleitflora dar (Artenreichtum, Abundanz und Zusammensetzung) und überprüft, welche Faktoren (Position im Ackerschlag, angebaute Kulturfrucht, Bewirtschaftungsregime, edaphische und landschaftsbezogene Standortbedingungen) heutzutage einen wesentlichen Einfluss auf die Ackerwildkrautdiversität haben. Kapitel 3 vergleicht die Effekte von vier Agrarumweltmaßnahmen auf die Ackerbegleitflora innerhalb eines zwei- bis dreijährigen Untersuchungszeitraums. Die Maßnahmen wurden auf insgesamt 67 Ackerschlägen umgesetzt und umfassten i) extensiv bewirtschaftete Ackerflächen, ii) einjährige Bracheflächen, iii) alternierend bewirtschaftete, zweijährige Blühstreifen und iv) mehrjährige Blühstreifen. Vor der Umsetzung wurden alle Maßnahmen in Kooperation mit Landwirten und anderen relevanten regionalen Akteuren (z.B. Landwirtschaftsberatern, Jägern, Imkern, Wissenschaftlern, Naturschutzbehörden und -organisationen) angepasst, um ihre Wirksamkeit und Akzeptanz zu erhöhen. Basierend auf insgesamt 45 konventionell bewirtschafteten Ackerschlägen, werden in Kapitel 4 schließlich sechs etablierte oder neu entwickelte Erhebungsmethoden zur Erfassung der Ackerwildkrautdiversität hinsichtlich ihrer Effizienz (erfasste Artenzahl eines Ackerschlages und Zeitaufwand) miteinander verglichen. Die Forschungsarbeiten wurden in der überwiegend konventionell bewirtschafteten Agrarregion der Landkreise Nienburg und Diepholz (Niedersachsen, Nordwestdeutschland) von 2016 bis 2019 durchgeführt.
Diese Arbeit konnte zeigen, dass die heutige Ackerwildkrautdiversität konventionell bewirtschafteter Äcker ein historisches Minimum erreicht hat. Das Feldinnere hat dabei fast keine Relevanz mehr als Lebensraum für Ackerwildkräuter (Median-Artenzahl und -Deckung: 2 Arten und 0,5 %) und nennenswerte Vorkommen sind nur am Ackerrand vorzufinden (Median-Artenzahl und -Deckung: 11 Arten und 4 %; Kapitel 2). Die bedeutendsten Faktoren, welche die heutige pflanzliche Diversität im Ackerrandbereich bestimmen, waren die Art der angebauten Kulturfrucht und das Vorhandensein angrenzender Habitate (Feldraine, Gehölzstreifen und Grabenränder). Die heutige Ackerbegleitflora ist stark verarmt und wird von wenigen weit verbreiteten Ackerwildkräutern dominiert, welche fähig sind, das intensive Management zu überdauern. Charakteristische, ehemals mit dem typischen Management der Kulturpflanzenarten oder Bodenfaktoren verbundene Ackerwildkrautgesellschaften sind nicht mehr identifizierbar. Die hier dargestellten Erkenntnisse zur Verarmung der Ackerbegleitflora sind auf einen Großteil des West- und Zentraleuropäischen Ackerlandes übertragbar. Dies zeigt den dringenden Handlungsbedarf seitens der Gemeinsamen Europäischen Agrarpolitik auf, um einer weiteren Verarmung der Ackerbegleitflora, negative Auswirkungen auf abhängige Organismengruppen und der Gefährdung bedeutender Ökosystemleistungen in Agrarlandschaften entgegenzuwirken. Dazu bedarf es der großräumigen Umsetzung von ökologisch effizienten Maßnahmen. Alle vier der im Rahmen dieser Arbeit untersuchten Agrarumweltmaßnahmen zeigten eine vergleichbar positive Wirkung auf die Ackerwildkrautartenvielfalt und -abundanz innerhalb des zwei- bis dreijährigen Untersuchungszeitraumes (Vergleich der Median-Artenzahl und -Deckung aller Maßnahmenflächen mit konventionell bewirtschafteten Ackerrändern bezogen auf den gesamten Untersuchungszeitraum: 21 vs. 9 Arten und 68,5 vs. 9,5 %; Kapitel 3). Um jedoch die Ackerwildkrautdiversität auf längere Sicht zu erhalten, ist die Anlage von extensiv bewirtschafteten Ackerflächen und einjährigen Bracheflächen geeigneter. Alle hier untersuchten Maßnahmen dürften aufgrund ihrer Anpassung an die landwirtschaftliche Praxis in modernen konventionellen Betrieben eine hohe Akzeptanz unter Landwirten aufweisen. Daher werden alle in dieser Arbeit untersuchten Maßnahmen zur Berücksichtigung in nationalen oder internationalen Agrarumweltprogrammen empfohlen. Da heute das Vorkommen vieler typischer, einst weit verbreiteter Ackerwildkräuter auf wenige Ackerflächen beschränkt ist, sollte weiterhin die Einbringung solcher Pflanzenarten über Regio-Saatgut bedacht werden, um die Ackerwildkrautdiversität auf Feldebene zu fördern und das (lokales) Aussterben seltener Arten zu verhindern.
Zudem wurde während der Umsetzung der Agrarumweltmaßnahmen festgestellt, dass unterschiedliche Witterungsbedingungen in den Untersuchungsjahren zu signifikant veränderten Artenzahlen und -deckungen der Ackerbegleitflora führen können. Dies verdeutlicht, dass zur verlässlichen Evaluierung von Agrarumweltmaßnahmen ein mehrjähriges Monitoring zwingend notwendig ist. Die Wahl der angewandten Erhebungsmethodik kann hierbei einen entscheidenden Einfluss auf die Monitoring-Ergebnisse haben. So konnte diese Arbeit zeigen, dass die unterschiedlichen derzeit angewandten Erhebungsmethoden zur Erfassung der Ackerwildkrautdiversität zu signifikant unterschiedlichen Ergebnissen hinsichtlich des erfassten Ackerwildkraut-Artenpools in konventionell bewirtschafteten Äckern führen (Kapitel 4). Um die zukünftige Entwicklung der Ackerbegleitflora und die Effektivität von Agrarumweltmaßnahmen im größeren räumlichen und zeitlichen Kontext analysieren zu können, bedarf es daher eines einheitlichen nationalen bzw. internationalen Monitoringsystems, welches idealerweise im Rahmen der Gemeinsamen Europäischen Agrarpolitik implementiert werden sollte. Die vorliegende Arbeit konnte diesbezüglich zeigen, dass ein langgestreckter Plot von 500 × 1 m am Ackerrand eine vielversprechende Methode darstellt, um einen Großteil des Ackerwildkraut-Artenpools in konventionell bewirtschafteten Äckern (Median: 75,6 %) in einer vertretbaren Zeit erfassen zu können (Median: 20 Minuten). Diese Methode wird daher als zukünftiger Standard für das Ackerwildkraut-Monitoring auf konventionellen Ackerschlägen empfohlen. | de |
| dc.description.abstracteng | With the beginning of Central European agriculture in the Neolithic, man-made landscapes have been created, which are characterized by arable land cultivated with crops and grasslands needed for livestock farming. In these traditionally non-intensively farmed areas, a variety of animal and plant species have found a habitat. However, the industrialization of agriculture since the middle of the 19th century has been accompanied by an intensification of the management regime (in particular through the use of synthetic fertilizers and pesticides). This, in turn, has led to a strong decline in biodiversity in European agricultural landscapes within the last 50 to 60 years. The arable flora, which consists mainly of competitively weak plant species, has been particularly negatively affected by agricultural intensification. However, the maintenance of a rich arable flora is essential, as it is the basis of the food chain in agroecosystems (e.g. as a food source for many insects and farmland birds) and is therefore also crucial for the preservation of important ecosystem functions. Various conservation approaches, such as the introduction of agri-environment measures by the European Union, have not yet been able to stop the ongoing loss of the arable flora in large parts of Europe's primarily conventionally managed farmland. Thus, further research is needed with respect to the current drivers of the plant diversity in conventionally managed fields (especially considering the effect of crop type and the landscape context) and which specific measures can effectively counteract the continuing impoverishment of the arable flora. In addition, currently conducted arable plant surveys strongly vary in their methodologies, making it difficult to reliably assess the conservation status of the arable flora and possible effects of conservation measures on a supra-regional scale. Here, the definition of a suitable standard arable plant monitoring approach is needed.
Based on the above-mentioned research needs, the present thesis is dedicated to the following research topics: Studying 200 conventionally managed arable fields, Chapter 2 shows the current state of the arable flora (species richness, abundance and composition) and investigates which factors (location in the field, cultivated crop, management regime, edaphic and landscape context) have a significant influence on the arable plant diversity. Chapter 3 compares four agri-environment measures with regard to their effect on the arable plant vegetation within a two- to three-year study period. The measures were implemented in 67 arable fields and included i) conservation field margins, ii) annual fallows, iii) alternately managed biennial flower strips and iv) perennial flower strips. Before implementation, all measures were adapted with the participation of farmers and other relevant regional stakeholders (e.g. agricultural advisors, hunters, beekeepers, scientists, conservation authorities and organizations) to increase their effectiveness and acceptance. Based on 45 conventionally managed fields, Chapter 4 finally compares the efficiency (number of species recorded in a field and time required) of six established or newly developed survey methods for the assessment of the arable plant diversity. The research was conducted in the predominantly conventionally managed agricultural region of the districts of Nienburg and Diepholz (Lower Saxony, Northwest Germany) from 2016 to 2019.
This thesis shows that the current arable plant diversity of conventionally managed fields has reached a historical minimum. Today, the field interior is of almost no relevance as a habitat for arable plants (median species number and cover: 2 species and 0.5 %) and significant occurrences are only found in the field edge (median species number and cover: 11 species and 4 %; Chapter 2). The most important factors determining contemporary arable plant diversity in the field edge were the crop type and the presence of adjacent habitats (i.e. grass strips, hedges and ditch margins). Today's arable flora is severely impoverished and dominated by few widespread plant species, which are able to cope with the intensive management. Characteristic arable plant communities formerly associated with the specific management of crop types or soil factors are no longer detectable. The findings about the impoverishment of the arable flora presented here are transferable to a large part of Western and Central European farmland. Thus, there is an urgent need for action within the Common Agricultural Policy to counteract a further impoverishment of arable flora, related negative effects on dependent organism groups and the endangerment of important ecosystem services in agricultural landscapes. This requires the implementation of ecologically efficient measures on a large scale. The four agri-environment measures investigated in this thesis showed a similar positive effect on the arable plant diversity and abundance within the two- to three-year study period (median number of species and cover across all measures and years compared to conventionally managed field edges: 21 vs. 9 species and 68.5 vs. 9.5 %; Chapter 3). However, in order to preserve the arable plant diversity in the longer term, the establishment of conservation field margins and annual fallows are more suitable. Due to their adaptation for practicability on a modern conventional farm, all agri-environmental measures tested here are expected to have a high acceptance among farmers. Thus, all measures tested are recommended for consideration in national or international agri-environment schemes. Nevertheless, since many once widespread arable plant species are nowadays restricted to few arable fields, the introduction of such plant species via seed mixtures of local provenance should be considered in order to promote arable plant diversity at field level and to prevent the (local) extinction of rare species.
In addition, during the implementation of the agri-environment measures, it was found that different weather conditions in the study years can lead to significant changes in the observed arable plant species richness and cover. This supports the assumption that multi-year monitoring is absolutely necessary for a reliable evaluation of agri-environment measures. In this context, the choice of survey methodology can have a considerable influence on the monitoring results. This thesis demonstrated that the different currently applied arable plant survey methods lead to significantly different results regarding the recorded arable plant species pool of a conventionally managed field (Chapter 4). To analyze the future development of the arable flora and the effectiveness of implemented agri-environment measures in a larger spatial and temporal context, a standard national or international monitoring system is required, which should ideally be implemented within the framework of the Common Agricultural Policy. By capturing a large part of the arable plant species pool of a conventionally managed field (median: 75.6 %) in a reasonable time (median: 20 minutes), this thesis presented an elongated plot of 500 × 1 m at the field edge as a promising survey method, which is recommended as future standard for arable plant monitoring. | de |
| dc.contributor.coReferee | Bergmeier, Erwin Prof. Dr. | |
| dc.contributor.thirdReferee | Tscharntke, Teja Prof. Dr. | |
| dc.subject.eng | adjacent habitats | de |
| dc.subject.eng | agri-environment measure | de |
| dc.subject.eng | arable weeds | de |
| dc.subject.eng | biodiversity conservation | de |
| dc.subject.eng | biodiversity loss | de |
| dc.subject.eng | Common Agricultural Policy | de |
| dc.subject.eng | crop rotation | de |
| dc.subject.eng | management intensity | de |
| dc.subject.eng | survey methods | de |
| dc.identifier.urn | urn:nbn:de:gbv:7-21.11130/00-1735-0000-0008-57E4-5-0 | |
| dc.affiliation.institute | Zentrum für Biodiversität und Nachhaltige Landnutzung (CBL) | de |
| dc.subject.gokfull | Ökologie {Biologie} (PPN619463619) | de |
| dc.identifier.ppn | 1753598907 | |
| dc.creator.birthname | Cloos | |