Nina Buchmann, Institut für Pflanzenwissenschaften, ETH Zürich

Artenvielfalt: eine natürliche
Versicherung gegen Extrem-Ereignisse?
Nina Buchmann
Institut für Pflanzenwissenschaften
nina.buchmann@ipw.agrl.ethz.ch

Biodiversität, eine Versicherung?
• Biodiversität & Ökosystemfunktionen/leistungen
• Biodiversität und Stabilität
• Extremereignis Trockenheit
• Vergleich intensiver und
extensiver Graslandsysteme

Biologische Vielfalt, Biodiversität
Genetische Diversität
Diversität von Arten
Diversität von Ökosystemen
Diversität von Landschaften

Ökosystemleistungen/Ecosystem services
Ökosystemleistungen = f(BD)?
ES = “benefits people obtain from ecosystems. These include provisioning
services, regulating services, cultural services and supporting services”
(Daily 1997; Millenium Ecosystem Assessment • Ertrag, 2005) Stabilität des Ertrags
• Erhalt der Bodenfruchtbarkeit,
Düngung
• Effiziente Ressourcennutzung,
geringer Nitrat-Austrag
• Unkrautbekämpfung, Schutz
vor Invasion
• …
! Um den Menschen zentriertes Konzept: es gibt eine Nachfrage für ES
(MA 2005, S. VI)

Produktivität = f(BD) im Grasland
! Zusammenhang BD-Produktivität zeitlich robust
(Marquard et al. 2009)

Stabilität des Ertrags in Prairie-Systemen
Ecosystem stability = x bio tot / SD temp
! Höhere zeitliche Stabilität des jährlichen Ertrages
bei höherer Artenzahl
(Tilman et al. 2006)

Reaktion auf Trockenheit im Grasland
Trockenheit
Ko
Tr
Prairie
1 Jahr danach
(Tilman und Downing 1994)
(Pfisterer und Schmid 2002)
! Mit steigender Artenzahl: Produktivität ! auch unter
Trockenheit, Trockenheitsresistenz ! " höhere Stabilität

Reaktion auf Trockenheit im Grasland
Wie reagieren die Wurzeln?
Shoots
Roots
Biomass change (%)
20
0
-20
-40
soil corrected values
predicted values
6 9 12 15 18 21 24
Effective Diversity
soil corrected values
predicted values
6 9 12 15 18 21 24
Effective Diversity
150
100
50
0
-50
Biomass change (%)
! Mit steigender Artenzahl: Wurzelproduktivität ! " höhere
Stabilität
(Kahmen et al. 2005)

Biodiversität und Stabilität
Metastudie basierend aus 103 Papers (1954 – Juni 2004)
! Positiver Effekt von BD, aber nur wenige verschiedene
Störungstypen untersucht
(Balvanera et al. 2006)

Extremereignis: Sommer 2003
T a
T a
2003 2003
(Schär et al. 2004)

Simulation eines Extremereignisses
3 Graslandstandorte
• Höhengradient (400 m .. 2000 m)
• unterschiedliche Bewirtschaftung
Früebüel
Alp Weissenstein
Chamau
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Veränderung der Konkurrenz
! Unter Trockenheitsbedingungen: eine krautige Art ist
klarer Gewinner, aber nur im artenarmen System
(Gilgen und Buchmann 2008)

Rumex: Wasserhaushalt
! Mechanismus: Ökophysiologie, temporäre Nische
Rumex ist kaum gestresst: Wasserpotentiale weniger negativ
als bei anderen Arten, keine Unterschiede für ! midday , g s , A n
(Gilgen et al. 2009)

Abgestufter Wiesenbau in der Schweiz
(AGFF 1998)
Übertragbarkeit der Ergebnisse von (typischerweise) extensiven
Graslandsystemen auf intensive Produktionssysteme?

The Jena Experiment
• Zwei Teilexperimente
- Arten wenig intensiver Glatthafer-Wiesen
- 1- bis 60-Arten-Mischungen, zufällig ausgewählte Art-
Kombinationen, 1 - 4 funktionelle Gruppen
- 90 Plots à 400 m 2 , 390 Plots à 12 m 2
- Mischungen nur aus 9 dominanten Arten (Alopecurus
pratensis, Arrhenatherum elatius, Dactylis glomerata,
Phleum pratense, Poa trivialis, Anthriscus sylvestris,
Geranium pratense, Trifolium pratense, T. repens)
- zweischürig, keine Düngung
• Kontinuierliches Jäten zum Erhalt des Diversitätsgradienten
© A. Weigelt

COST Action 852
• 33 Standorte, sehr intensive Wiesen
• Einteilung in 4 Klimazonen
Nord-Europa, Mittel-Europa
Mediterran-Gebiet: feucht, trocken
• immer 4 funktionelle Gruppen
• Arten je nach Klimazone
Bsp. für Mittel-Europa:
- Gras schnell: L. perenne
- Gras langsam: D. glomerata
- Klee schnell: T. pratense
- Klee langsam: T. repens
• Nicht gejätet

Biodiversität und Stabilität des Ertrags
14
P < 0.01 P < 0.01 P < 0.01
12
DM Yield (t ha -1 yr -1 )
10
8
6
4
(Marquard et al. 2009)
2
0
Monokulturen Mischungen
Yr 1 Yr 2
Yr 3
0 1 2 3 4 5 6
! Positiver Einfluss von BD auf Ertrag zeitlich stabil
(Helgadottir et al. 2008)

s (g m
Biodiversität und Unkraut
Number invader resident species
Number species invader total species
20
10
0
50
Sown (c) species number (log-scale)
Biomass ) -2 invader resident ) 2-
species (g (g m
Biomass Biomass total (g invader m ) 2- species
1 2 4 88 16 16 60 60
! Ext. Grasland: Mischungen haben weniger ungesäte
40
1600
Arten/Unkraut als Reinkulturen
30
1 2 4 8 16 60
(b) (c)
50
40
30
20
10
0
1 2 4 8 16 60
800
200
400
0
2000 800
(b) (c)
1600
600
1200
400
800
200
400
0
1 22 4 4 8 8 16 16 60 60
2000
1200
Sown species number (log-scale)
(c)
(Roscher et al. 2009)

Biodiversität und Unkraut
Yield (t DM ha -1 yr -1 )
14
12
10
8
6
4
Mono
Mix
Mono
Mix
Unsown
Sown
Mix
Mono
2
0
Lp
Dg
Tp
Tr
Centroid
Lp
Dg
Tp
Tr
Centroid
Lp
Dg
Tp
Yr 1 Yr 2 Yr 3
! Intensives
Year 1
Grasland:
Year
Mischungen
2 Year
haben
3
weniger
ungesäte Arten/Unkraut als Reinkulturen
Tr
Centroid
(Lüscher et al. 2008)

Vergleich extensives-intensives Grasland
Übertragbarkeit: Ökosystemleistungen = f(BD)?
• Ertrag, Stabilität des Ertrags
• Unkrautbekämpfung, Schutz vor Invasion
• Erhalt der Bodenfruchtbarkeit, Düngung
• Effiziente Ressourcennutzung, geringer Nitrat-Austrag
• (…)
! Keine Widersprüche, Übertragbarkeit gegeben!!

Artenvielfalt: eine natürliche
Versicherung gegen Extrem-Ereignisse?
Ja!
• Sowohl für intensiv als auch für
extensiv bewirtschaftetes Grasland,
• zumindest bei Trockenheit und gegen
Invasion bzw. Unkraut.