Forschung

Forschungsprojekte der Arbeitsgruppe Drs. Georg und Sabine Miehe

 

Förderprogramm 2011-2014 "Globaler Wandel und Degradation in Weideländern des tibetischen Hochlandes: Entwicklung und Erprobung eines integrierten Bioindikationssystems - PaDeMoS". Teilprojekt 3. (BMBF Förderprogramm "Tibet und Zentralasien: Monsun-Dynamik und Geoökosysteme")

zusammen mit: PD Dr. Karsten Wesche, Senckenberg Görlitz

Zusammenfassung: Auf dem tibetischen Plateau hat jahrtausendealte mobile Tierhaltung zur Ausbildung weidetoleranter Artengemeinschaften geführt. In neuerer Zeit wird der Beweidungsdruck durch die wachsende Bevölkerung, aber auch durch Regierungskampagnen zur Sesshaftmachung erhöht, die Folge ist die Zerstörung der Weideländer und der schützenden Bodendecke. Hinzu kommen Effekte sich ändernden Klimas. Ziel des hier vorgeschlagenen Projektes ist die Entwicklung eines integrierten Indikatorsystems für die Weidequalität im tibetischen Hochland, das eine Dokumentation des Ist-Zustandes und ein zuverlässiges Monitoring der Veränderungen ermöglicht. Dazu werden ausgewählte biotische Indikatoren überprüft und mit Fernerkundungsdaten verknüpft, um ein web-basiertes Pasture Degradation Monitoring System (PaDeMoS) zu entwickeln. In einem gemeinsamen Beobachtungsnetz werden insgesamt 4 Teilprojekte auf übereinstimmenden Kernflächen in 23 repräsentativen Untersuchungsgebieten arbeiten, die die wesentlichen Klimabedingungen auf dem östlichen Plateau repräsentieren. Dabei werden jeweils im gegebenen Untersuchungsgebiet entlang von Transekten degradierte und nicht degradierte Bestände verglichen. Die plot-basierten Untersuchungen werden mit Hilfe von Fernerkundungsmethoden auf größere räumliche und auch zeitliche Skalen übertragen.

Vegetation und Beweidung: Die Vegetationsuntersuchungen bilden das Bindeglied zwischen den Studien an gemeinschaftlichen Kernflächen und der Landschaftsebene. Entlang der Transekte in repräsentativen Klimaregionen des tibetischen Hochlandes sollen unterschiedliche Degradationsstadien erfasst und klassifiziert werden. Die untersuchten Variablen umfassen hier Artenzahl und Evenness, Artenzusammensetzung, aber auch den Futterwert/Nährstoffgehalt ausgewählter Arten. Das wird zur Ableitung von Indikatorarten bzw. aggregierten Indikatoren führen, die sich dann leicht kartieren lassen und für großräumige Erfassungen zur Verfügung stehen. Die Vegetationsdaten werden mit der Fernerkundung auf die Meso- aber auch die Makroebene übertragen. Zusätzlich werden in diesem TP auch die Nährstoffpools im Oberboden untersucht, die zur Einschätzung der Beweidungseffekte, insbesondere auf die Pflanzennährstoffgehalte wichtig sind. Als wichtige Herbivorengruppe sind bodenwühlende Kleinsäuger zentrale Akteure und Indikatoren. In einem überwiegend anderweitig finanzierten Teilbereich werden die Artenzusammensetzung und Populationsdichten von Kleinsäugern an verschieden intensiv beweideten Stationen aufgenommen. Dabei wird der Schwarzlippen-Pfeifhase Ochotona curzoniae als Modellart einer intensiveren Populationsanalyse unterzogen, die auch nahrungsökologische Untersuchungen einschließt.

 

Tibetan Plateau: Formation, Climate, Ecosystems: The  Making  of  a  Tibetan  Landscape. Identification of Parameters, Actors and Dynamics of the Kobresia pygmaea Pastoral Ecosystem. Proposal for an Integrative Study at the Kobresia pygmaea Ecosystem Research Station Kema. (DFG-Schwerpunktprogramm 1372)

"Monitoring of vegetation dynamics in the Kobresia ecosystem in relation to grazing intensity"

zusammen mit: PD Dr. Karsten Wesche

The Kobresia pygmaea pastures are the world’s largest ‘alpine’ ecosystem extending over 450 000 km² in the south-eastern Tibetan highlands. The golf course-like mats are supposed to effect the monsoon circulation through radiation feedback, they protect the headwaters of large rivers against erosion, and provide resources for the local pastoralists. The ecosystem is widely believed to be natural, but results from surveys, grazing exclosures and palaeo-ecological studies lead to the new hypothesis that the  Kobresia pygmaea ecosystem is a human-made environment. Livestock grazing causes the pre-dominance of species which have their main above-ground biomass below the  grazing reach of livestock; soil-dwelling mammals profit from the vegetation structure and stabilise the status quo. Matter and energy fluxes are thus controlled by livestock and small mammals.  We propose to test these hypotheses and their potential implications in factorial grazing ex-periments (livestock + pika excluded / only livestock excluded / only pika excluded / no ex-closure) at the research station Kema in the core area of the ecosystem. A network of 29 grazing exclosures covering a south-north transect of 1400 km is used for upscaling and supplements these data. Our objective is an assessment of grazing impact on vegetation dynamics, biomass allocation and water consumption. This application contains 2 modules being part of a closely integrated project of 4 modules (soil ecology, satellite supported mapping of grazing impact). Further modules (atmosphere observation & modelling, energy & gas fluxes, glacier dynamics) are connected within the framework of a common atmospheric-ecosystem-glacier project within TIP. The project continues cooperation with the Northwest Institute of Plateau Biology Xining, CAS, the Tibet University Lhasa, and the Yunnan University, Kunming.

"Herbarmanagement als biogeographische Voraussetzung für Paläoökologie und Ökosystemforschung in Tibet" (DFG:MI271/22)

zusammen mit: Dr. Kerstin Bach, Dr. Jürgen Kluge

Im Marburger Hochasien-Projektherbar werden die Pflanzenbeleg-Sammlungen unserer Forschungsexpeditionen der letzten 20 Jahre in einer Datenbank (MySQL/PHP) mit 66.723 Einträgen von Gefäßpflanzenbelegen verwaltet. Die Sammlung ist das Rückgrat unserer vegetationsökologischen Forschungsvorhaben in Hochasien. Ziel des hier beantragten Vorhabens ist, die Bestimmungsarbeiten in 12 Monaten so weit abzuschließen, dass

1. für die größten Biome des Tibetischen Plateaus mit der Publikation von Vegetationsmonographien das bisher fehlende ökologische Basiswissen verfügbar ist,
2. durch floristisch vollständige Vegetationsaufnahmen Kulturzeiger in Pollendiagrammen identifizierbar werden, um damit die Paläoökologie der Kulturlandschaft in Hochasien erst zu konkretisieren;
3. mittelmaßstäbige Vegetationskarten von drei Untersuchungsgebieten in Tibet auf Grundlage plotbasierter floristisch vollständiger und bestimmter Artenlisten für Transferfunktionen zur Verfügung stehen;
4. biogeographische Daten als Punktverbreitungskarten für die Rekonstruktion der quartären Klimageschichte webbasiert abrufbar sind und
5. auf eine benutzerfreundliche Herbar-Datenbank Zugriff besteht.

Unsere Vorarbeiten lassen drei für die Umweltforschung in Tibet neue und Mehrheitsmeinungen widersprechende Arbeitshypothesen zu:

1. Das Tibetische Plateau entwickelt sich seit 8.000 Jahren zu einer durch Triftweide mobiler Tierhaltung geprägten Kulturlandschaft.
2. Die (potenziell natürlichen) hygrischen und thermischen Grenzen der (Wacholder-) Wälder in Tibet sind bislang nicht bekannt, lassen sich aber anhand von Zeigerarten auch in baumlosen Ersatzgesellschaften bestimmen.
3. Die jungquartäre Landschaftsgeschichte Hochasiens kann durch Disjunktionsmuster von Pflanzenarealen sichtbar gemacht werden.

"Paläoökologie des Himalayas im Spätquartär: Klimadynamik Vegetationsgeschichte und menschlicher Einfluss im Spiegel palynologisch-statistischer Untersuchungen an Geoarchiven Zentral-Nepals" (DFG:BE)

zusammen mit: Frank Schlütz, Hermann Behling, Wolfgang Zech

Der Himalaya nimmt hinsichtlich seiner geomorphologischen und biologischen Diversität eine weltweite Sonderstellung ein. Ziel unseres Vorhabens ist es, in Nepal beispielhaft raum-zeitliche Aussagen zur Paläoökoologie dieses Gebirges durch Zusammenarbeit der in Pollenanalyse, Bodenkunde und Biogeographie des Himalayas erfahrensten Arbeitsgruppen zu erarbeiten. Die bereits geochemisch analysierten Geoarchive sind entlang von Höhen- und steilen Feuchtegradienten (Äußerer-Innerer-Himalaya) sowie der Florengefälle ausgerichtet. Die spätquartäre Geschichte (15000 Jahre) dieser Gradienten soll hier mit Hilfe der Pollananalyse verfolgt und in eine methodenkritische Gesamtschau aller Proxydaten münden. Über multivariate statistische Analysen werden heutiges Klima, menschlicher Einfluss und rezente Pollenspektren miteinander verknüpft, mit den Pollendiagrammen und geochemischen Datenreihen korreliert und so die Paläoökologie rekonstruiert. Besonders gilt es, die gegenüber dem Monsun vernachlässigte Rolle westlicher Winterniederschläge für Entwicklung und Erhalt der Biodiversität herauszuarbeiten. Das Vorhaben erweitert maßgeblich unsere jahrelangen Studien im Himalaya; es ist innovativ hinsichtlich der statistischen Ansätze und der Ausweitung des palynologischen Formenschatzes.

"Biogeographische und phylogenetische Untersuchungen an Thermophis baileyi (WALL, 1907) - Ein neues paläoökologisches Proxy für das Tibetische Plateau" (DFG:MI271/21)

zusammen mit: Dr. S. Hofmann, Prof. Dr. Thorstein Solhoy, Tsering Dorge

Thermophis baileyi ist eine im Hochland von Tibet endemische monotypische Schlange, die derzeit nur von heißen Quellen bis 4.900 m Meereshöhe bekannt ist. Für ein poikilothermes Tier der Ektropen ist dies eine Extremleistung. Unsere Vorarbeiten geben Anlass zur Annahme, dass Kenntnisse der Habitatnutzung und Verbreitung der Art sowie ihrer Phylogeographie grundsätzlich neue Beiträge zur Umweltgeschichte des Tibetischen Plateaus liefern können.
Folgende Szenarien dienen als Arbeitshypothesen:

1. Die rezenten Vorkommen von Thermophis resultieren aus einer frühquartären Ausbreitung der Stammart und einer frühen Isolation von Populationen an heißen Quellen; die auskühlende Hebung kommt als Impuls dieser Anpassung in Frage.
2. Die Isolation ist Ergebnis eines durch Abkühlung ausgelösten Rückzugs auf warme Quellen im Übergang Warmzeit/Kaltzeit. Nachfolgende Warmphasen hätten die Möglichkeit der Arealexpansion und des Genaustausches geboten.
3. Falls tiefer gelegene und nicht an heiße Quellen gebundene Habitate identifiziert werden können, bieten ökologische Untersuchungen in diesen Biotopen Möglichkeiten der Paläoklima-Modellierung und in Vernetzung mit phylogeographischen Analysen eine paläoökologische Datierung mit Hilfe eines neuen Proxy.

Die mehrmonatige Biotopkartierung sowie die populationsökologischen und phylogeographischen Untersuchungen dienen der Rekonstruktion der Umweltgeschichte Tibets und sind Teil der vom DAAD und der VW-Stiftung unterstützten Hochschulpartnerschaft Lhasa-Marburg.

"Identifikation von LGM-Refugien und maximaler Höhenstufenabsenkung in Südtibet durch biogeographisch-phylogenetische Untersuchungen an Hochgebirgs-Laufkäfern (Coleoptera, Carabidae)" (DFG:MI271/20)

zusammen mit: Dipl.Biol. Joachim Schmidt, Dr. Ralf Bastrop, Prof. Dr. Jochen Martens

Ziel des Vorhabens ist die Identifizierung von Refugien und der Verlagerung von Biomen in Südtibet im letzten Hochglazial durch Eingrenzung der glazialen Refugialgebiete von hochmontanen und alpinen Laufkäfern (Coleoptera, Carabidae). Als Werkzeuge dienen 1) die Lage der rezenten Arealgrenzen der Laufkäfer-Taxa, 2) die verwandtschaftlichen Beziehungen zwischen geographisch streng vikariierenden, hochendemischen Taxa ausgewählter Laufkäfer-Monophyla und 3) die genetischen Beziehungen zwischen verschiedenen Populationen dieser Taxa. Die Arbeitsmethoden umfassen damit Kartierungsarbeiten im Yarlung Zhangbo Tal in Südtibet (88-95° E Gr) sowie phylogenetisch-morphologische und populationsgenetische Auswertungen. Folgende Arbeitshypothesen werden aufgestellt:

"Aktuelle Dynamik und holozäne Landschaftsgeschichte fragmentierter Wald-Biozönosen in Tibet". Partnerschaftsvorhaben mit dem Northwest Plateau Institute of Biology, CAS, Xining, Qinghai, und der Tibet University Lhasa, China (DFG:MI271/15).

zusammen mit: Dr. Knut Kaiser, Dr. Frank Schlütz, Jacqueline van Leeuwen, Prof. Dr. Liu Jianquan, Sonam Co, La Duo. Finanzierung: DFG; seit 2003

Zusammenfassung: Struktur und Dynamik fragmentierter Wald-Biozönosen in der Osthälfte des tibetischen Hochlandes zwischen Qilian Shan im Norden und Himalaya im Süden sind Teil einer durch tektonische Hebung und holozäne Austrocknung beeinflussten Kulturlandschaftsentwicklung. Die postpleistozän aus dem Schluchtenrelief Osttibets wieder eingewanderten Wälder sind spätestens seit dem Klimaoptimum durch Rodung bis zu den heutigen inselhaften Relikten fragmentiert worden. Im südtibetischen Trockengebiet führten Entwaldung und Triftweide zur heutigen Hochgebirgshalbwüste. In Ost- und Nordost-Tibet hat sich entweder eine Harttorf-Decke aus alpinen Cyperaceen nach der Rodung in die potenzielle Waldstufe ausgedehnt, oder diese Harttorf-Decke hat die nacheiszeitliche Wiederbewaldung verzögert, so dass im zweiten Fall die Wiederbewaldung die Zerstörung der Harttorf-Decke voraussetzen würde. Das übergeordnete Ziel des Vorhabens ist die Klärung der aktuellen Dynamik und holozänen Entwicklungsgeschichte von Waldinseln und Triftweiden im Höhengrenzsaum des osttibetischen Gebirgswaldgürtels. Das Vorhaben ordnet sich ein in die weltweite Erforschung fragmentierter Biozönosen in Hochgebirgen. Das Ziel soll durch die Synthese der Ergebnisse von palynologischen, bodenkundlichen, biologischen und vegetationsgeographischen Teilprojekten erreicht werden: 1. Fortsetzung und Ausweitung der Untersuchungen zur aktuellen Vegetationsdynamik und Baumfähigkeit der Triftweiden und Cyperaceenmatten auf Dauerbeobachtungsflächen unter Weideausschluss (experimentelle Vegetationskunde) 2. Standortkundlich fokussierte, floristisch vollständige Inventur von Waldfragmenten und umgebenden Triftweiden (schwerpunktmäßig in Nordosttibet, ergänzend in Ost- und Südtibet) (Vegetationsgeographie, Geobotanik) 3. Bodenkundliche Untersuchungen zur Geschichte der Dynamik zwischen Wald und Cyperaceenmatten auf Harttorf (Bodenkunde) 4. Rekonstruktion der Umweltgeschichte des tibetischen Waldgrenz-Ökotons durch Interpretation datierter Pollendiagramme (Palynologie) 5. Molekularsystematische Untersuchungen zur Klärung der Arealentwicklung der Flora des osttibetischen Waldgrenzökotons sowie der Verwandtschaftsgrade der bestandbildenden Koniferen (Systematische Botanik)

"Heilige Wälder in Tibet: Experimentelle und standortkundliche Untersuchungen zum Waldpotential südtibetischer Trockengebiete." (DFG:MI271/11)

zusammen mit: Volker Meng, La Duo, Sonam Co

Partnerschaftsprojekt in Zusammenarbeit mit der Tibet University Lhasa und dem Forstbotanischen Garten der Universität Göttingen. Finanzierung: DFG, GTZ. Seit 1995.

Zusammenfassung: Reliktbestände von Wacholdern heiliger Wälder geben Anlaß zu der Annahme, daß an Trockenheit angepaßte Koniferen im südöstlichen Teil des Tibetischen Plateaus bis mindestens 500 km westlich der aktuellen Grenze geschlossener Wälder wachsen könnten, wenn der Mensch und sein Vieh es zuließen. Im Rahmen des Forschungsprogramms soll diese Arbeitshypothese durch Wiederbewaldungsversuche auf eingezäunten Testflächen mit flankierenden Beobachtungen und Messungen nachgeprüft werden. Damit werden auch die standörtlichen und logistischen Möglichkeiten für spätere Aufforstungsprogramme zum Schutz der Wassereinzugsgebiete Südosttibets und zur Verbesserung der Brennholz- und Räucherwerkversorgung der Bevölkerung erprobt.

"Biodiversity and vegetation dynamics of forest and pastures in Southern Tibet under human impact and climate changes."

Universitätskooperation mit der Tibet University Lhasa, A.R. Xizang, China

Finanzierung: VW-Stiftung. Seit 2003

Zusammenfassung: Übergeordnetes Ziel des Partnerschaftsprogramms ist es, die Umweltforschung an der Tibetan University zu stärken und damit Grundlagen für wissenschaftlich fundierte Umwelterziehung zu schaffen. Dieses Ziel soll erreicht werden, * durch gemeinsame Expeditionen in wenig erforschten Teilen Tibets, * durch gemeinsame Geländeübungen und LEhrveranstaltungen in Lhasa und Marburg * durch Gemeinschaftsforschung und freilandökologische Kurse in zu errichtenden Forschungsstationen und Dauerbeobachtungsflächen in den wichtigsten Ökosystemen Tibets Die Masse des Antragsvolumens dieses Antrags wird eingesetzt zum Ausbau der Infrastruktur für Forschung und Lehre am tibetischen Partnerinstitut. Um die von tibetischer Seite gewünschte Breite des Lehrangebots abzudecken, haben Dozenten aus fünf Instituten in Deutschland und Österreich ihre Mitarbeit zugesagt. Vorgesehen sind Kuse in Wissenschaftliche Arbeitsmethoden und Statistik, Vegetationskunde, Pollenanalyse, Pflanzensystematik und Taxonomie, Tierökologie und Hochgebirgsökologie, Bodenkunde und Geomorphologie, GIS und Fernerkundung. Gemeinsame Infrastrukturmassnahmen sind die Etablierung von Dauerbeobachtungsflächen mit Weideausschluss zur Untersuchung des anthropozoogenen Umwelteinflusses sowie der Bau von drei Forschungsstationen., in denen neben ökosystemaren Langzeituntersuchungen freilandökologische Kurse durchgeführt werden können. Dem Aufbau eines Herbariums an der Tibetan University Lhasa wird sowohl für die Umweltforschung als auch Umwelterziehung hohe Priorität eingeräumt.

"Vegetationskundliche Transektstudien in naturnahen Wäldern und alpinen Matten Bhutans (Südost-Himalaya)."

Finanzierung: DFG, Arbeitsgemeinschaft für Vergleichende Hochgebirgsforschung. Seit 1998.

Zusammenfassung: Die Vegetation des Himalaya ist bis jetzt nur als Bestandteil bergbäuerlicher Kulturlandschaften, also in Degradationsstadien natürlicher Wälder und alpiner Matten beschrieben. Das einzige Segment des Gebirgsbogens, das (neben weide- und feuerbeeinflußter Vegetation) noch ungestörte Vegetation hat, liegt in Bhutan und war bislang verschlossen. Nach über 20jährigen Vorarbeiten in gestörter Vegetation der pakistanischen, indischen, nepalesischen und chinesischen Himalaya-Regionen hat sich jetzt erstmals die Möglichkeit eröffnet, mit Unterstützung der Bhutanesischen Regierung und von Entwicklungsprojekten auf einer sechsmonatigen Expedition eine floristisch vollständige Inventur mensch-unbeeinflußter Wälder und Matten zwischen 1.000 und 5.000 m durchzuführen und Initialstadien der Weidebeeinflussung zu dokumentieren. An die Erstbeschreibung ungestörter Wälder und Matten schließt sich der Versuch an, grundsätzliche überregionale Fragen der Hochgebirgsforschung einer Klärung näherzubringen:

• Können Gebirge zugleich "Biodiversity hotspots" und Auslöschungszonen sein ?
• Steuert der Lebenszyklus des Bambus die Bestandesdynamik von Nebelwäldern?
• Wie verändert Waldweide die Bestandesstruktur und Artendiversität von Naturwäldern?
• Welche Schlußfolgerungen für die Lebensbedingungen von Wald ergeben sich aus der natürlichen Struktur der oberen Waldgrenze in Bhutan
• Welche Unterschiede in Struktur- und Artendiversität bestehen zwischen den von Viehherden und den von Wildtierherden genutzten alpinen Matten?

"Pollenanalytische Untersuchungen zur Wald- und Umweltgeschichte des Südost-Himalaya, am Beispiel von Torfprofilen aus Nord-Bhutan."

zusammen mit: Jacqueline van Leeuwen, Pim van der Knaap

 

Zusammenfassung

Im Rahmen 11-monatiger vegetationskundlicher Feldarbeiten in Bhutan (2000-01, gefördert durch die Reisebeihilfe Mi-271/11) hatten die Antragsteller die seltene Chance, 8 Torfprofile im Hohen Himalaya zwischen 2.200 und 4.500 m zu bergen. Im Gegensatz zum West- und Zentralhimalaya ist die Vegetationsgeschichte des Ost-Himalaya praktisch unerforscht.

Im Rahmen des beantragten 2-jährigen Projekts sollen die ersten Pollendiagramme für den Bhutan-Himalaya erstellt werden. Probenahme, palynologische Analyse und Interpretation konzentrieren sich auf 3 Fragenkomplexe der Umweltgeschichte, die nicht nur neu für die Grundlagenforschung sind, sondern auch wirtschaftlich und z.T. kulturell wichtige Ressourcen Bhutans betreffen:

(1)  Zum Einfluss des Menschen auf die mutmaßlich feuerbeeinflusste Vegetationsgeschichte der Bhutanesischen Zypresse (Cupressus cashmeriana)

(2)  Zum Einfluss von Weidewirtschaft und Klimaschwankungen auf die Dominanzverhältnisse von hochmontanen Tannen- und Wacholderbeständen

(3)  Zu Alter und Genese subalpiner Seggen-Weiderasen.

Die Bearbeitung wird gestützt durch die pflanzensoziologische Dokumentation der aktuellen Vegetation und das Expeditionsherbar der Antragsteller sowie das Hochasien-Pollenherbar der Universität Göttingen. Die Pollenanalysen werden im Institut für Pflanzenwissenschaften der Universität Bern durchgeführt. Die Auswertung erfolgt in bewährter palynologisch-vegetationsökologischer Zusammenarbeit.