Forschung am Fachgebiet
Nichtlineare und Nichtgleichgewichts-Reaktionen von Pflanzen auf Klima- und Landnutzungsänderungen
Hier stehen die Ursachen und Prozesse, die zur Ausprägung von Reaktionsdynamiken einzelner Pflanzen, Pflanzengemeinschaften oder ganzer Ökosysteme auf Umweltveränderungen führen, im Zentrum unseres Interesses. Eine der zentralen Fragen ist hier: Wie schnell reagieren einzelne Pflanzen, Artgemeinschaften und ganze Ökosysteme auf mit unterschiedlicher Geschwindigkeit ablaufende Umweltveränderungen. Zur Beantwortung dieser und anderer verwandter Fragen betrachten wir ökophysiologische und Allokations-Dynamiken einzelner Pflanzen und Pflanzenbestände in Experimenten in Klimakammern, Gewächshaus und Versuchsgarten. Ergänzt werden diese experimentellen Ansätze durch makroökologische Studien zum raumzeitlichen Vorkommen von Pflanzenarten auf großen räumlichen und zeitlichen Skalen sowie Langzeitbeobachtungen (Monitoring) zu raumzeitlichen Reaktionsdynamiken von Pflanzen im Freiland, bei denen biotische Dynamiken wie Trockenstress, Vitalität und Produktivität erfasst, dokumentiert und ausgewertet werden.
Veränderungen in der Vorhersagbarkeit von Klima-/Umweltbedingungen und deren Effekte auf Pflanzen
Sind steigende Mittelwerte und zunehmende Variabilität (Extremereignisse) von z.B. Temperatur und Niederschlag als wichtige Triebkräfte von ökologischen Veränderungen erkannt, so ist der Einfluss einer sich verändernden Vorhersagbarkeit (Stochastizität) von Umweltbedingungen bislang in der pflanzenökologischen Forschung vernachlässigt. Allerdings hat gerade die Vorhersagbarkeit von Umweltbedingungen starken Einfluss auf die Ausprägung von Nichtgleichgewichtszuständen und nichtlinearen Reaktionen und somit auf die Biodiversität und Funktionalität von Ökosystemen. Je höher die Vorhersagbarkeit von Umweltbedingungen (z.B. intraanuelle Saisonalität von Niederschlägen mit geringer interanueller Variation), desto leichter können sich Pflanzen auf ihre Umwelt einstellen und desto produktiver sind diese generell. Starke Veränderungen in der Vorhersagbarkeit von Umweltbedingungen für die wachsende Pflanze, wie sie im Zuge des Klimawandels zukünftig stattfinden, werden somit deutliche Effekte auf die Funktionalität und Produktivität unserer Ökosysteme haben. In unserer Arbeit widmen wir uns diesen vernachlässigten aber gesellschaftlich sehr relevanten Phänomenen. Hierzu betrachten wir Reaktionen einzelner Pflanzen und Pflanzenbestände in Experimenten in Klimakammern, Gewächshaus und Versuchsgarten und verbinden diese mit Informationen zu den klimatischen Bedingungen aus den Herkunftsgebieten der unterschiedlichen Arten/Sorten.
Wirkungen von Spurenstoffen aus Landwirtschaft, Industrie, Verkehr und anderen Emissionsquellen auf Ökosysteme
Hierbei geht es um experimentelle Untersuchungen zu den Auswirkungen von Schadstoffen (z.B. Schwermetalle, Pflanzenschutzmittel und Chemikalien) und eutrophierenden Komponenten (wie Ammoniak) auf einzelne Pflanzenarten und Pflanzengemeinschaften. Neben kontrollierten ökotoxikologischen Versuchen in Klimakammern und Gewächshäusern zur Ableitung von Dosis-Wirkungsbeziehungen beschäftigen wir uns auch mit Freilandstudien, in denen die Anreicherung und Effekte dieser Stoffe im ökosystemaren Kontext untersucht werden. Hierbei werden ökophysiologische Methoden aber auch klassische Bioindikationsverfahren eingesetzt.
Untersuchungen zum praktischen Nutzen von Pflanzen und Pflanzengemeinschaften bei der Abschwächung des globalen Wandels, zur Mitigation von Klimaextremen und zur effektiven Schadstoffabscheidung
Hierbei geht es um die Nutzbarmachung von Eigenschaften (plant traits) von einzelnen Pflanzen und ökologischen Leistungen (ecological services) von Beständen und Gemeinschaften bei der Gestaltung von urbanen Lebensräumen. Dies kann die Begrünung (urban green) von Gebäuden z.B. mit Dachgärten umfassen, um den urban heat island Effekt abzuschwächen und zur Kohlenstoffsequestrierung beizutragen. Neben mikroklimatischen Vorteilen und der Erhöhung der Biodiversität können Pflanzen und Landschaftselemente auch zur Pufferung und Abscheidung von luftgetragenen Schadstoffen (Gase und Partikel) und Keimen eingesetzt werden. Im aquatischen und terrestrischen Bereich sind Pflanzenkläranlagen (constructed wetlands) und schnellwüchsige Gehölze (phytoremediation of brownfields) zu nennen, die in der Kreislaufwirtschaft, der Wiedernutzung von Industriebrachen, Bergbaufolgelandschaften und Brauch- und Grauwässern eine bedeutende Rolle spielen können. Bei allen Anwendungen sind jeweils Mehrfachnutzungen anzustreben, z.B. die Nutzung der anfallenden Biomasse zur Gewinnung von Bioenergie oder deren stoffliche Verwertung (z.B. Dämmstoffe) sowie die Schaffung neuer Habitate (z.B. attraktiv für Insekten).
Entwicklung neuartiger Methoden zur Erhebung ökologischer Daten mit Fokus auf nichtlinearen und Nichtgleichgewichts-Reaktionen
Verlässliche Werkzeuge zur Quantifizierung komplexer Reaktionen von Organismen, Artgemeinschaften und Ökosystemen sind unerlässlich um die Vorhersagekraft ökologischer Forschung zu verbessern. Deshalb arbeiten wir an der Optimierung von Planung, Durchführung und Analyse ökologischer Versuche oder Feldstudien bezüglich dieser Gesichtspunkte. Neben empirisch-experimentellen Ansätzen nutzen wir hierzu Computersimulationen.