QUEEN

Quantifizierung des räumlichen Einflusses exotischer invasiver Pflanzen auf Ökosystemfunktionen - von der Blatt- zur Landschaftebene

Exotische invasive Arten sind eine besondere Bedrohung für die Biodiversität, da sie biogeochemische Kreisläufe in Ökosystemen erheblich verändern können und dadurch einen großen Einfluss auf Ökosystemfunktionen haben. Die Quantifizierung dieser Einflüsse ist bis heute methodisch anspruchsvoll. Konventionelle ökophysiologische Ansätze beruhen größtenteils auf dem Vergleich benachbarter Pflanzenindividuen, vernachlässigen dabei aber die räumlichen Interaktionen. Landschaftsökologische Ansätze auf größeren räumlichen Skalen sind meist auf die Erfassung von Mustern und Prozessen jenseits der Organisationsebene von individuellen Organismen beschränkt. Das Hauptziel dieses Projektes ist es, ökophysiologische Prozesse und Landschaftsökologie zu vernetzen, um dadurch ein besseres Verständnis der räumlichen Aspekte von Pflanzeninvasionen zu erhalten um die Quantifizierung des Einflusses invasiver Arten über mehrere räumliche Skalen zu ermöglichen. Eine sehr geeignete Methode stellt die hyperspektrale Fernerkundung dar. Diese erlaubt es, anhand von spektralen Messungen die Veränderungen der Biochemie heimischer Arten auf der Blattebene zu quantifizieren und über hyperspektrale Bilddaten auf die Landschaftsebene zu übertragen. Am Fallbeispiel der N₂-fixierenden Acacia longifolia, einer sehr problematischen invasiven Art in den Küstenregionen Portugals und weltweit, werden wir eine neue Methodik entwickeln, die die Quantifizierung der Veränderung von Ökosystemfunktionen von der Blatt- bis zur Landschaftsebene erlaubt.

Beteiligte Wissenschaftler/Innen: Dr. André Große-Stoltenberg (JLU), Prof. Dr. Christiane Werner, Dr. Christiane Hellmann (Albert-Ludwigs-Universität Freiburg), PD Dr. Jan Thiele (Johann Heinrich von Thünen-Institut), Dr. Jens Oldeland (Universität Hamburg)

Laufzeit: 2013-2016

Mittelgeber: DFG

Publikationen:

• Große-Stoltenberg A., Hellmann C., Thiele J., Werner C. & Oldeland J (2018): Early detection of GPP-related regime shifts after plant invasion by integrating imaging spectroscopy with airborne LiDAR. Remote Sensing of Environment 209: 780–792.

• Große-Stoltenberg, A.*; Hellmann, C.*; Thiele, J., Oldeland, J. & Werner, C. (2018): Invasive acacias differ from native dune species in the hyperspectral/ biochemical trait space. Journal of Vegetation Science 29: 325-335. *Geteilte Ko-Autorenschaft

• Hellmann, C., Große-Stoltenberg A., Thiele J., Oldeland J. & Werner C. (2017): Heterogeneous environments shape invader impacts: integrating environmental, structural and functional effects by isoscapes and remote sensing. Scientific Reports 7:4118.

• Große-Stoltenberg, A., Werner, C., Hellmann, C., Oldeland, J. & Thiele, J. (2016): Evaluation of Continuous VNIR-SWIR Spectra versus Narrowband Hyperspectral Indices to Discriminate the Invasive Acacia longifolia within a Mediterranean Dune Ecosystem. Remote Sensing 8:334.

• Hellmann, C., Rascher, K., Oldeland, J. & Werner, C. (2016): Isoscapes resolve species-specific spatial patterns in plant-plant interactions in an invaded Mediterranean dune ecosystem. Tree Physiology 36:1460–1470.

• Hellmann C., Werner C. & Oldeland J. (2016): A Spatially Explicit Dual-Isotope Approach to Map Regions of Plant-Plant Interaction after Exotic Plant Invasion. PLos ONE 11: e0159403.

• Heim, R., Jürgens, N., Große-Stoltenberg, A. & Oldeland, J. (2015): The Effect of Epidermal Structures on Leaf Spectral Signatures of Ice Plants (Aizoaceae). Remote Sensing 7:16901–16914.

• Hellmann C., Große-Stoltenberg A., Lauströer V., Oldeland J. & Werner C. (2015): Retrieving nitrogen isotopic signatures from fresh leaf reflectance spectra: disentangling δ¹⁵N from biochemical and structural leaf properties.  Frontiers in Plant Science 6: 307.

• Lehmann, J., Große-Stoltenberg, A., Römer, M. & Oldeland, J. (2015). Field Spectroscopy in the VNIR-SWIR Region to Discriminate between Mediterranean Native Plants and Exotic-Invasive Shrubs Based on Leaf Tannin Content. Remote Sensing 7:1225–1241.

Auszeichnungen:

• Dr. Christine Hellmann: Isotopenpreis der Habfast-Stiftung für Ihre Arbeiten im Rahmen ihrer Dissertation, Arbeitsgemeinschaft Stabiler Isotope (ASI) / German Association for Stable Isotope Research (Gasir), 2017.

• Dr. André Große-Stoltenberg: Helmut-Lieth-Preis für Umweltforschung für eine herausragende Publikation einer promovierten Nachwuchswissenschaftlerin/eines promovierten Nachwuchswissenschaftlers auf dem Gebiet der Umweltforschung, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. 2018