Forschung Weisser-Gruppe

Am Lehrstuhl für Terrestrische Ökologie wird Forschung zu einer Reihe aktuellen Themen durchgeführt. Hier finden Sie die Kurzbeschreibung der Forschungsthemen sowie Beispiele für wichtige Ergebnisse. Eine genauere Beschreibung der einzelnen Forschungsprojekte findet sich auf der englischen Seite. Die Verweise auf dieser Seite führen deshalb oft zu englischen Texten.

Unsere Forschung wird von verschiedenen öffentlichen Geldgebern gefördert. Der Hinweis auf die Förderer findet sich ebenfalls bei der genaueren Beschreibung der Forschungsprojekte.

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Insektensterben und Insektenökologie

Insekten und ihre Rolle im Ökosystem sind das Hauptforschungsthema des Lehrstuhls. Dabei interessieren uns die Wechselwirkungen zwischen Pflanzen, pflanzenfressenden Insekten und ihren Gegenspielern, wie Räubern oder Schlupfwespen. In jüngster Zeit wurde zunehmend deutlich, dass Mikroorganismen, insbesondere Bakterien, das Zusammenspiel zwischen Pflanzen und Insekten verändern. Dies untersuchen wir am Beispiel der Nutzpflanze Gerste und einiger Wildpflanzen, wie etwa dem Rotklee.  Pflanzen der gleichen Art unterscheiden sich oft in ihrer chemischen Zusammensetzung und dies beeinflusst auch das Wechselspiel mit Insekten. Dies untersuchen wir am Modellsystem der Wildpflanze Rainfarn, die in Flussauen und auf Brachflächen vorkommt (Forschungsprojekt Rainfarn).  Die Reaktion einer Pflanze auf den Befall mit Insekten hängt auch davon ab, mit welchen anderen Pflanzen sie zusammen wächst. Gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen des Max-Planck-Institutes für Chemische Ökologie in Jena fanden wir z.B. heraus, dass die Duftstoffe, die der Rotklee abgibt, wenn er von Insekten befressen wird, sich ändern, wenn der Rotklee gemeinsam mit anderen Pflanzen vorkommt (Kigathi et al. 2019).

Im Rahmen des Forschungsprojekts „Biodiversitätsexploratorien“ führen wir seit 2008 ein Insektenmonitoring durch, auf 300 Versuchsflächen, 150 im Grasland und 150 im Wald, die sich in den Regionen Schwäbische Alb (Baden-Württemberg), Hainich (Thüringen) und Schorfheide-Chorin (Brandenburg) befinden. Dieses Insektenmonitoring ist europaweit einzigartig. Wir konnten dabei beobachten, dass die Insektenvielfalt sehr empfindlich auf eine intensivere Landnutzung reagiert, gerade im Grasland. Je öfter ein Grasland geschnitten, je stärker es gedüngt und je mehr es beweidet wird, desto weniger Insektenarten finden sich (Allan et al. 2014). Dabei ist gerade die Mahdhäufigkeit entscheidend – wenn mehr als 1x im Jahr gemäht wird, hat dies stark negative Konsequenzen für die Insektenvielfalt. In den intensiver bewirtschafteten Grasländern kommen nicht nur weniger Arten vor, die Arten sind auch überall die gleichen, d.h. die Unterschiedlichkeit der Flächen (auch „Beta-Diversität“ genannt) nimmt ab. Die Insektengemeinschaft in intensiv bewirtschafteten Grasländern besteht dabei aus größeren und flugfähigeren Tieren (Simons et al. 2016).

Unsere Analysen zeigen auch, dass in den Grasländern die Biomasse, die Anzahl der Tiere und auch die Artenzahl der Insekten abgenommen hat. Auch wenn diese Zeitreihe bisher nur 10 Jahre lang ist, weist sie doch darauf hin, dass das „Insektensterben“ real ist und immer noch anhält.

In Zusammenarbeit mit Kolleginnen und Kollegen analysieren wir auch längere Zeitreihen. So konnten wir anhand einer immerhin 200jährigen Zeitreihe zeigen, dass die Vielfalt an Schmetterlingen von 117 Schmetterlingsarten im Jahr 1840 auf 71 Arten im Jahr 2013 abgenommen hat (Seibold et al. 2019). Dieser Rückgang ist in mehreren Schüben erfolgt ist, gerade auch in jüngster Zeit (Habel et al. 2016).

Im Wald leiden insbesondere solche Insektenarten, die Totholz für ihre Entwicklung benötigen, unter einer stärkeren Waldnutzung. Da in stark genutzten Wäldern sehr viel Holz entnommen wird, bleibt weniger Totholz im Wald, wo es von Insekten und anderen Organismen genutzt abnehmen. Wir untersuchen hier, wie sich unterschiedliche Baumarten in ihrer Eignung für Totholzinsekten unterscheiden (im „BELongDead“-Experiment) und wie sich Wälder unterschiedlicher Struktur in der Insektenvielfalt unterscheiden.

Nachhaltige Landwirtschaft und nachhaltige Forstwirtschaft

Unsere Forschung soll zur Entwicklung nachhaltigerer Bewirtschaftungsweisen beitragen. Wir zeigen nicht nur Fehlentwicklungen auf, wie bei der Dokumentation des Insektensterbens, sondern untersuchen auch, wie sich Nutzung und Schutz der Natur vereinbaren lassen.

Nachhaltige Forstwirtschaft

Im Wald konkurriert der Mensch mit vielen anderen Arten um die Nutzung des Holzes – wenn ein Stamm geerntet wird, können sich Totholzkäfer und andere Insekten nicht entwickeln; wenn jedoch die Käfer den Stamm nutzen, ist er für den Menschen unbrauchbar. Da fast die Hälfte aller Käfer in Deutschland, ein großer Teil anderer Insekten, und ein Viertel aller Pilzarten vom Totholz abhängen, bedeutet Nachhaltigkeit, dass sich Mensch und Natur das Totholz in bewirtschafteten Wäldern aufteilen. Für den Forstbetrieb Ebrach der bayerischen Staatsforsten (BaySF), indem eine Naturschutzstrategie implementiert wurde, konnten wir zeigen, dass die Gesamtmenge an Totholz und auch die totholzabhängige biologische Vielfalt stark zunimmt, wenn während der Durchforstung Totholz im Wald belassen wird (Dörfler et al. 2019). In einem Kooperationsprojekt mit Partnern anderer Universitäten untersuchen wir neben ökologischen Aspekten auch wirtschaftliche und generell die Bedeutung von Totholz im Wald.

Ein weiteres Spannungsfeld der nachhaltigen Nutzung ist der Anbau von Nadelhölzern in Gebieten, in denen ohne den Menschen eigentlich reine Laubwälder vorkommen würden, so etwa in verschiedenen Typen von Buchenwäldern. Hier untersuchen wir, ob eine Anreicherung von Laubwäldern mit Nadelholz die biologische Vielfalt beeinträchtigt oder erhöht (Projekt L57). Diese Frage ist gerade vor dem Hintergrund der aktuellen Diskussion um einen Waldumbau sehr relevant.

Eine weitere kontrovers diskutierte Frage der Waldnutzung betrifft die Anwendung von Insektiziden im Wald. Während in der Landwirtschaft viele Kulturen relativ oft durch den Landwirt mit Insektiziden behandelt werden, ist der Pflanzenschutzmitteleinsatz im Wald selten und wird auch nur unter der Leitung staatlicher Stellen durchgeführt. Wenn jedoch Insektizide im Wald versprüht werden, geschieht dies mittels Hubschrauber und wird in der Öffentlichkeit stark wahrgenommen und diskutiert. Die Kernfrage dabei ist, wie groß der Verlust für den Waldbesitzer ist, wenn die Bäume nicht behandelt werden und wie groß die Auswirkung der eingesetzten Insektizide auf die nicht-schädlichen Insekten im Wald sind, die sogenannten Nichtzielorganismen. In verschiedenen Projekten untersuchen wir diese Fragen zusammen mit Kollegen anderer Disziplinen (Projekt Schwammspinner).

Nachhaltige Landwirtschaft

Kann Landwirtschaft Nahrungsmittel in genügender Menge produzieren und gleichzeitig die biologische Vielfalt schützen? Dies ist eine Kernfrage für die nachhaltige Landwirtschaft. Am Lehrstuhl für Terrestrische Ökologie werden verschiedene Forschungsprojekte durchgeführt, die sicher dieser Frage aus verschiedenen Blickwinkeln näher.

Im sogenannten „Jena-Experiment“ (www.the-jena-experiment.de) wird gemeinsam mit Kolleg*innen verschiedener Universitäten Deutschlands, der Niederland und der Schweiz untersucht, welche Bedeutung die biologische Vielfalt (Biodiversität) für Ökosysteme haben kann. Als Modellsystem dienen Grünländer unterschiedlicher Vielfalt. Im Jahr 2002 wurden aus einem Artenpool von 60 Arten Pflanzengemeinschaften von 1-60 Arten und 1-4 funktionellen Gruppen angelegt, in denen vergleichend Messungen zu Stoffflüssen und Wechselwirkungen zwischen Organismen untersucht werden. Die Ergebnisse zeigen, dass eine höhere Pflanzenvielfalt vielfältige positive Effekte auf Stoffkreisläufe und andere Prozesse im Ökosystem haben kann. Weil das Modellsystem ein Grünland ist, lassen sich viele Ergebnisse auch auf die Grünlandbewirtschaftung überlagen.

Im Forschungsprojekt „Biodiversitäts-Exploratorien“ werden ebenfalls Grünlandflächen untersucht, die von Landwirten unterschiedlich bewirtschaftet werden, von sehr extensiv mit nur einer Mahd pro Jahr oder einem Beweidungsdurchgang mit wenigen Schafen bis hin zu einer intensiveren Bewirtschaftung mit einer stärkeren Düngung, einer häufigeren Mahd oder einem stärkeren Besatz an Tieren, insbesondere Rindern. Die vergleichenden Untersuchungen, an denen fast 40 Forschungsgruppen aus ganz Deutschland beteiligt sind, erlauben Rückschlüsse über die Zusammenhänge zwischen Bewirtschaftungsweise, Pflanzenartenvielfalt, der Vielfalt anderer Organismen und Elementkreisläufen (www.biodiversity-exploratories.de).

Tiere in der Stadt und Stadtökologie

In unseren Städten werden Grün- und Freiräume, die dem Menschen als Orte der Erholung und Geselligkeit dienen, aufgrund der zunehmenden baulichen Verdichtung immer knapper. Pflanzen und Tiere spielen als Stadtnatur für die Qualität dieser Räume und Orte eine wichtige Rolle. Viele Städte suchen nach Strategien, dem Verlust der Stadtnatur entgegen zu wirken und die städtische grüne Infrastruktur zu sichern und zu entwickeln. Wir haben eine Methode entwickelt, Animal-Aided Design, die eine integrierte Betrachtung von Wohnungsbau und Naturschutz ermöglicht und diese häufig als konträr betrachteten Belange verbindet.

Klimawandel und biologische Vielfalt

Der wichtigste Faktor für den aktuellen Verlust der biologischen Vielfalt ist die menschliche Landnutzung. Der Klimawandel wird zukünftig ebenfalls zu einem Artenverlust beitragen, durch seine Wechselwirkung mit der menschlichen Landnutzung.

In der Arbeitsgruppe von TUM JuniorFellow Dr. Christian Hof wird am Beispiel von Vögeln, Schmetterlingen, Libellen und Grashüpfern untersucht, wie sich der Klimawandel auf diese Artengruppen in Bayern auswirkt.

Gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen verschiedener Universitäten in Bayern untersuchen wir zudem die Wechselwirkungen zwischen dem Klimawandel und dem Landnutzungswandel, um zu verstehen, ob der Klimawandel die Arten hauptsächlich direkt beeinflusst, durch Änderungen der Temperatur oder des Niederschlags, oder ob indirekte Effekte über die Landnutzung wichtiger sind, also ob die Anpassung der Landnutzung an den Klimawandel einen größeren Effekt auf die Arten hat als die direkten Änderungen der Wetterbedingungen (Projekt BLIZ).

Der Klimawandel beeinflusst Arten nicht nur auf dem Land, sondern auch in der Stadt, in der es heute bereits heißer ist. Die städtebaulichen Anpassungen an den Klimawandel in Verbindung mit dem Paradigma der Nachverdichtung führen zu einer starken Reduktion der Grünräume in der Stadt und zu einem Rückgang von Tieren. In einem Projekt gemeinsam mit Kollegen anderer bayerischer Universitäten  untersuchen wir mit Hilfe eines Citizen Science-Ansatzes das Bewusstsein der Bewohner bayerischer Städte zum Einfluss des Klimawandels auf das Vorkommen und die Phänologie von Pflanzen und Tieren. Gleichzeitig soll das Projekt dazu dienen, wissenschaftliche Informationen zum Vorkommen und die Aktivität von Tieren in der Stadt zu gewinnen. Durch Bürgerbefragungen soll zudem herausgefunden werden, welche Tiere Bewohner im Wohnumfeld wünschen (Projekt Baysics).