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.

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG). Projektnummer: 233885761

• Universität Freiburg, Ökosystemphysiologie (Prof. Christiane Werner)
• Universität Hamburg, Biozentrum Klein Flottbek (Dr. Jens Oldeland)
• Universidade de Lisboa, Centro da Biologia Ambiental (Prof. Cristina Máguas)

• Große-Stoltenberg, A., Hellmann, C., Thiele, J., Oldeland, J. and Werner, C. (2018), Invasive acacias differ from native dune species in the hyperspectral/ biochemical trait space. Journal of Vegetation Science. doi: 10.1111/jvs.12608
• 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. doi: 10.1038/s41598-017-04480-4
• Große-Stoltenberg A., Hellmann C., Werner 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. 2016, 8(4): 334 doi:10.3390/rs8040334
• Heim, R. H.-J.; Jürgens, N.; Große-Stoltenberg, A., Oldeland, J. (2015): The Effect of Epidermal Structures on Leaf Spectral Signatures of Ice Plants (Aizoaceae). Remote Sensing 7(12): 16901-16914, doi:10.3390/rs71215862
• Hellmann C, Große-Stoltenberg A, Lauströer V, Oldeland J and Werner C (2015). Retrieving nitrogen isotopic signatures from fresh leaf reflectance spectra: disentangling δ15N from biochemical and structural leaf properties. Front. Plant Sci. 6:307. doi: 10.3389/fpls.2015.00307
• Lehmann, J.R.K., A.Große-Stoltenberg, M. Römer, J. 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 Sens. 2015, 7, 1225-1241. doi:10.3390/rs70201225Poster
• Große-Stoltenberg A, Hellmann C, Oldeland J, Thiele J and Werner C (2014): Quantifying  the spatial impact of exotic plant invasion on ecosystem functioning - from the leaf to landscape level
• Rascher K G*, Große-Stoltenberg A*, Máguas C, Meira-Neto J A A, Werner C (2011): Acacia longifolia invasion impacts vegetation structure and regeneration dynamics in open dunes and pine forests. Biological Invasions 13: 1099-1113 (* equal authorship)
• Rascher K G, Große-Stoltenberg A, Máguas C, Werner C (2011): Understory invasion by Acacia longifolia alters the water balance and carbon gain of a mediterranean pine forest. In: Ecosystems.