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Forscher machen Schwäbische Alb zum Freiluftlabor

Die Schwäbische Alb gehört zu den drei Standorten, wo seit 2008 Scharen von Wissenschaftlern den Zusammenhang zwischen Artenvielfalt und Landnutzung und deren Rolle für Ökosystemprozesse erforschen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert diese riesigen Freiluftlabore namens Biodiversitäts-Exploratorien seit 2006, vorerst bis 2017.

Grünland-Versuchsfläche AEG 8 mit Klimastation nahe Münsingen. © Pytlik

Wie der Name schon andeutet, haben Exploratorien anders als die vorwiegend beschreibenden Observatorien erklärenden Charakter. Jedes der drei Freiluftlaboratorien ist mit einer wissenschaftlichen Infrastruktur ausgestattet und besteht aus einer Vielzahl instrumentierter, genau vermessener Untersuchungsflächen mit Kontroll- und Experimentierflächen und einer laufend aktualisierten Datenbank. In diese werden Daten zu Umwelt, Klima, Diversität von Pflanzen und verschiedenen Tiergruppen und Ökosystemprozessen eingespeist.

Mühsam tasten sich Insektenkundler, Botaniker, Fledermausexperten oder Bodenökologen an die komplexen Mechanismen der Natur heran. Auf einer Informationsveranstaltung von Wissenschaftlern für Landnutzer wie Förster, Schäfer, Landwirte oder Naturschützer im Haupt- und Landesgestüt Marbach inmitten des Biosphärenreservats Schwäbische Alb wurden aktuelle Ergebnisse vorgestellt.

100 Untersuchungsflächen pro Exploratorium

Jedes der drei Biodiversitäts-Exploratorien umfasst mindestens 500 Quadratkilometer mit je 100 Untersuchungsflächen, zur Hälfte Wald und Grünland unterschiedlicher Nutzungsintensität. Bei Waldflächen reicht das Spektrum von der intensiv genutzten Stangenholzplantage bis zum unbewirtschafteten Buchenwald mit altem Baumbestand. Auf Grünland sind Beweidung, Mahd und Düngung das Maß für die Landnutzungsintensität. Am unteren Ende der Nutzungsskala finden sich schafbeweidete Trockenrasen und einschürige (eine Mahd jährlich) ungedüngte Mähwiesen, am oberen Ende der Nutzungsskala Intensivgrünland.
Neben der Schwäbischen Alb sind die Biosphärenreservate Schorfheide-Chorin (Brandenburg) und Hainich-Dün (Thüringen) als Exploratorien ausgewählt worden. An allen drei Orten arbeiten zur Zeit rund 250 Studenten, Doktoranden, Postdocs, wissenschaftliche Mitarbeiter und Professoren aus 33 Forschungsstätten.

Größer, länger, umfassender

Gebietsmanager Dr. Swen Renner erklärt den Exkursionsteilnehmern den Aufbau der Klimastation. © Pytlik

Neu und einzigartig sind die drei Biodiversitäts-Exploratorien, weil sie großskalig sind, über viele Jahre untersucht werden und das ganze Spektrum der Artenvielfalt abdecken. Einzelne Aspekte werden natürlich schon lange untersucht, sagt der Gebietsmanager für die Schwäbische Alb, der Biologe Dr. Swen Renner. Meist aber enden solche Studien schon nach zwei Jahren, zu kurz für valide Daten. Wenig überrascht es da, dass Daten, die über längere Zeiträume erhoben werden, leicht mit etablierten Lehrmeinungen in Konflikt geraten. So legen Langzeit-Daten aus den Exploratorien nahe, dass das Vorkommen von Vögeln nicht, wie viele Ornithologen meinen, an wenigen Ursachen hänge. Es gebe ein „gewisses Rauschen“, das sich nicht über gängige Gründe wie Nahrungs- und Nestplatzangebot oder Waldstruktur erklären lasse; das könne dem Zufall geschuldet sein oder an nicht bekannten Ursachen liegen. Das Vorkommen von Vögeln lasse sich nicht an ein oder zwei Faktoren festmachen, sei deutlich komplexer, so Renner.

Zwar liegen inzwischen gute Daten von fünf, teilweise acht Jahren vor, aber diese reichen noch nicht aus, um Trends zu benennen. Dazu brauchen die Ökologen Datenreihen aus mehreren Jahrzehnten. Die Artenzahlen bei Vögeln beispielsweise schwankten sehr stark zwischen den Jahren und auch zwischen den Landnutzungstypen. Auf der Alb beobachteten die Forscher 2008 und 2009 relativ wenige Vogelarten, in den Folgejahren aber deutlich mehr, in den letzten zwei Jahren schließlich waren es wieder relativ wenige. Dieses Schwankungsphänomen versuchen die Ökologen jetzt zu erklären.  

„Wir brauchen erst eine vernünftige Datengrundlage“

Am Anfang steht das Zählen und Bestimmen, aber der Explorations-Ansatz geht darüber hinaus, will erklären, erläutert Renner. Dazu braucht es Manipulationen, Versuche: So entfernen die Biologen beispielsweise auf einer Weide ein Stück Grasnarbe, um die Auswirkung dieser Störung auf Mikrofauna und -flora zu untersuchen. Kleine Gewächshäuser im Wald simulieren einen klimatischen Stresstest (Trockenheit). Zur Erforschung dieser komplexen biologischen Zusammenhänge werden auch molekulargenetische Methoden eingesetzt, um auch die genetische Diversität zu untersuchen. Spektakulär ist teilweise auch der technische Aufwand: Für die Untersuchung der Verteilung der Pflanzenarten im Wald wurden Drohnen und Flugzeuge eingesetzt, die das Areal mit Lasern vermaßen.

Alb-Gebietsmanager Renner wirbt um Verständnis und Geduld für die vorsichtig formulierenden Wissenschaftler: „Wir zählen nicht nur Arten, sondern versuchen auch die dahinter ablaufenden Prozesse zu verstehen.“ Die Ökologen wissen nur zu gut, dass ihre grundlagenorientierte Arbeit Antworten für den anwendungsorientierten Naturschützer liefern kann. Zu Ratschlägen indes lassen sie sich nicht hinreißen, „weil wir Wissenschaftler sind und erst eine vernünftige Datengrundlage haben wollen“.

Kein einheitliches Bild der drei Exploratorien

Dr. Steffen Boch erklärt die ökologische Forschung vor Ort auf einer Grünlandfläche. © Pytlik

Unstrittig unter den Wissenschaftlern ist, dass die Landnutzung hauptverantwortlich für das stille Verschwinden von Pflanzen, Tieren, Pilzen und Mikroorganismen ist, sagte Dr. Steffen Boch, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Botanischen Garten Bern. Er verwies in seinem Übersichtsvortrag auf eine Schwierigkeit, mit der die Beteiligten heute schon konfrontiert werden: der Frage, ob sich die Daten der drei Exploratorien auf ganz Deutschland übertragen lassen. Denn die Daten aus den drei Standorten ergeben nach Bochs Worten ein teilweise widersprüchliches Bild. Für das Grünland der Schwäbischen Alb gilt: Je intensiver das Grünland genutzt wird, desto ärmer wird die Pflanzenvielfalt. Diese Korrelation konnten die Botaniker aber nicht für den brandenburgischen Standort zeigen.

Nimmt man Artenvielfalt als Maß für den Erfolg von Naturschutz, was einige tun, ergibt sich nach aktueller Datenlage zu den Waldflächen der Schwäbischen Alb ein vielleicht nicht ganz genehmes Bild: Auf forstwirtschaftlich ungenutzten Flächen stellten die Ökologen eine geringere Artenvielfalt fest als in intensiver genutzten Waldflächen. Je größer die menschengemachte Störung war, desto größer war der Lichteinfall, was die Anzahl der “Lichtzeiger“ erhöhte. Der Wald, folgerte der Referent, eignet sich deshalb nicht für auf andere Ökosysteme übertragbare Aussagen zur Biodiversität. So sind Buchenwälder, die in unseren Breiten natürliche Vegetationsform, artenärmer als Buchen-Fichten-Wälder. Zu dieser Erkenntnis gelangten Forscher bereits, als sie tropischen Regenwald mit leicht gestörtem/genutztem Regenwald auf Artenvielfalt hin verglichen. Hinzu kommt noch eine Tatsache: In Deutschland, anders als etwa in Polen oder Skandinavien, gibt es keine Urwälder; allenfalls einige Flächen, wo wie auf der Alb oder im Kellerwald bei Kassel ein- bis zweihundert Jahre die Forstwirtschaft ruht, was für Waldkundler vergleichsweise geringe Zeitspannen sind. Beobachtet haben die Botaniker auf allen drei Standorten weiterhin, dass eine leichte Variation bei extensiver Landnutzung die Vielfalt verschiedener Organismengruppen erhöht.

Fliegen wichtigste Bestäuber

Wiese auf der Alb. © Pytlik

Über die gefährdete Vielfalt von Blüten und Bestäubern auf den drei Standorten berichtete Prof. Dr. Nico Blüthgen von der TU Darmstadt. 105 Blütenarten, 586 Insekten und 18.736 Tier-Pflanze-Interaktionen auf einer 600 Quadratmeter großen Grünland-Fläche zählten die Biologen 2007, im Jahr darauf waren es noch mehr.

Den Großteil der Bestäuber stellen die Fliegen, erst dann folgen Bienen und andere Hautflügler wie Schmetterlinge. Die Schwäbische Alb weist den größten Artenreichtum der drei Exploratorien auf. Hier fanden die Wissenschaftler 24 Hummel-, 104 Käfer- und 50 Schmetterlingsarten.

Artenreichtum ist besserer Puffer für Ökosystem

Prof. Dr. Nico Blüthgen von der TU Darmstadt © Pytlik

Die bisherigen Untersuchungen auf unterschiedlich intensiv genutzten Alb-Grünflächen erbrachten dieses Ergebnis: Schmetterlinge, Käfer und Bienen gehören zu den großen Verlierern einer intensiven Landnutzung. Allgemeiner formuliert: Es sind vor allem die auf bestimmte Pflanzen spezialisierten Bestäuber, die einer intensiven Nutzung zum Opfer fallen. Allerdings täuscht der erste, rein quantitative Blick, denn die Artenvielfalt bleibt bei intensiver Landnutzung in etwa gleich, weil mehr bestäubende Fliegenarten wie Schwebfliegen den Verlust anderer Arten ausgleichen. Für die Alb bedeutet dies nach Blüthgens Worten, dass bei intensiver genutzten Grünflächen am meisten Bienen und Schmetterlinge leiden, wenn ‚Insektenmagneten‘ wie Glockenblumen und Disteln aus stark gedüngten Wiesen verschwinden.

Insekten stellen im Grünland die meisten Arten

In die Insektenfalle geraten... © Pytlik

486 Insekten- und Spinnenarten auf den untersuchten Wiesen und Weiden der Alb stehen auf der Roten Liste. Der Großteil der gefundenen Arten sei aber nicht bedroht, berichtete Nadja Hersacher vom Lehrstuhl für Terrestrische Ökologie der TU München. Insekten stellen im Grünland die meisten Arten, so Hersacher, die seit 2008 das Insektenmonitoring auf den drei Exploratorien am Boden und in der Vegetation betreibt. Zoologischer Kärrnerarbeit kommt es gleich, die mit Bodenfalle oder Kescher gefangenen Spinnen, Weberknechte, Wanzen, Zikaden, Käfer oder Heuschrecken von der Wiese in Artenlisten zu bringen. Die Anzahl der Individuen wies nach Hersachers Darstellung nur geringe regionale Unterschiede auf, ganz im Gegenteil zur Diversität der Arten zwischen den Regionen.

Forscher erhellen das Leben der Fledermäuse

Über die erste standardisierte Erfassung von Fledermäusen in Europa (seit 2008) berichtete Kirsten Jung vom Institut für Experimentelle Ökologie der Uni Ulm. Alle 1.200 Arten in Deutschland sind perfekt an ihr Habitat angepasst, so auch die am häufigsten auf der Alb anzutreffende Fledermausart, die Zwergfledermaus (Pipistrellus pipistrellus).

Mittlerweile könne ihre Arbeitsgruppe deren Vorkommen für das Exploratorium Schwäbische Alb vorhersagen, berichtete Jung stolz.

Zwergfledermaus, häufigste Art auf der Alb. © Uni Ulm

In Wald und Grünland stellten die Forscher geringe Unterschiede im Artenreichtum fest. Die Schwäbische Alb weist von allen drei Standorten die geringste Artenzahl (ermittelt durch akustische Ortung) auf. Boden und Landnutzung beeinflussten direkt die geflügelten Säuger. Eine höhere Aktivität von Fledermäusen beobachteten die Forscher auf Flächen mit höherer Insektenzahl und -größe, wie auf Mähweiden, Mineral- oder moorigen Böden.

Eine große Bedeutung für Fledermäuse haben laut Jung Landschaftsstrukturen wie Waldfläche, Hecken, einzelne Bäume und Wasserflächen. Diese Erkenntnisse gewannen die Forscher, indem sie die Waldstruktur mit lasergestützten Drohnen dreidimensional erfassten. Die Zwergfledermaus auf der Alb beispielsweise meidet offene Flächen, braucht die Nähe zum Wald und orientiert sich am Jagdhabitat.

Abschied von einer Lehrmeinung

Der Göttinger Bodenökologe Prof. Dr. Stefan Scheu © Pytlik

Erhellendes aus der Dunkelheit von Nahrungsnetzen im Boden berichtete der Göttinger Bodenökologe Prof. Dr. Stefan Scheu von der Universität Göttingen. Auf einem Kubikzentimeter Wald tummeln sich rund 900 Arten: Pilzhyphen, Bakterien, Protozoen, Nematoden, Milben und Collembolen. Mithilfe von Kohlenstoff- und Stickstoffisotopen-Messungen im Boden von Buchenwäldern untersuchte er den Nährstoffweg der Organismen.

Bislang galt die Lehrmeinung, dass sich das unterirdische Netzwerk von Zersetzern großenteils vom Bodeneintrag der Blätter ernährt. Tatsächlich, fand Scheu heraus, sind es die Pilze an den Baumwurzeln, die einen wesentlichen Teil der unterirdischen Nährstoffressourcen für die Zersetzer stellen und nicht die nährstoffarme Blatteinstreu.

DFG braucht langen Atem

Dass die Biodiversität auch einen ökonomischen Wert besitzt, ist in jüngster Zeit durch das Bienensterben und das damit ausbleibende Bestäuben von Kulturpflanzen einer größeren Öffentlichkeit vor Augen geführt worden. Ob die DFG diese Biodiversitäts-Exploratorien über die Jahrzehnte fördern wird, lässt sich heute noch nicht abschätzen. Unbestritten ist für Prof. Dr. Manfred Ayasse schon heute der beträchtliche Erkenntnisgewinn des internationalen Leuchtturmprojektes, der sich in einer Vielzahl von Publikationen in renommierten Journalen zeige. Der Biologe ist Leiter des Instituts für Experimentelle Ökologie der Universität Ulm, die zu den wissenschaftlichen Kern-Einrichtungen der Biodiversitäts-Exploratorien zählt.

Glossar

  • Bakterien sind mikroskopisch kleine, einzellige Lebewesen, die zu den Prokaryoten gehören.
  • Ein Gen ist ein Teil der Erbinformation, der für die Ausprägung eines Merkmals verantwortlich ist. Es handelt sich hierbei um einen Abschnitt auf der DNA, der die genetische Information zur Synthese eines Proteins oder einer funktionellen RNA (z. B. tRNA) enthält.
  • Für den Begriff Organismus gibt es zwei Definitionen: a) Jede biologische Einheit, die fähig ist, sich zu vermehren und selbstständig, d. h. ohne fremde Hilfe, zu existieren (Mikroorganismen, Pilze, Pflanzen, Tiere einschließlich Mensch). b) Legaldefinition aus dem Gentechnikgesetz: „Jede biologische Einheit, die fähig ist, sich zu vermehren oder genetisches Material zu übertragen.“ Diese Definition erfasst auch Viren und Viroide. Folglich fallen gentechnische Arbeiten mit diesen Partikeln unter die Bestimmungen des Gentechnikgesetzes.
  • Die Molekularbiologie beschäftigt sich mit der Struktur, Biosynthese und Funktion von DNA und RNA und und deren Interaktion miteinander und mit Proteinen. Mit Hilfe von molekularbiologischen Daten ist es zum Beispiel möglich, die Ursache von Krankheiten besser zu verstehen und die Wirkungsweise von Medikamenten zu optimieren.
  • Die Vielfalt von auf der Erde vorkommenden Lebewesen und den unterschiedlich vorkommenden Ökosystemen wird als Biodiversität bezeichnet. Biodiversitätsforschung beschäftigt sich mit dem Einfluss der in einem speziellen Ökosystem vorkommenden Lebewesen auf die Umwelt.
  • Als Ökosystem wird das Zusammenleben zwischen den Lebewesen in ihrer Umwelt bezeichnet.
  • Modellregionen anhand derer die Natur und der Mensch in Einklang gebracht werden sollen, werden Biosphärengebiete oder -reservate genannt. Im Vordergrund stehen der Schutz und die nachhaltige Entwicklung auf regionaler Ebene. Solche Regionen sollen die Interaktion zwischen Ökonomie, Ökologie und Sozialem aufzeigen. In Deutschland gibt es 14 von der UNESCO zu Biosphärengebieten erklärten einmaligen Kulturlandschaften. Diese werden in drei Zonen (Kern-, Pflege- und Entwicklungszone) eingeteilt um verschiedene Schwerpunkte legen zu können. Die daraus resultierenden Ideen sollen dem Mensch helfen in Harmonie mit der Natur zu wirtschaften.
Seiten-Adresse: https://www.biooekonomie-bw.de/de/fachbeitrag/aktuell/forscher-machen-schwaebische-alb-zum-freiluftlabor/