Untersuchung der räumlichen Mechanismen von selbstorganisierten Vegetationslücken im ariden Australien

• Antragsteller: Dr. Stephan Getzin
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 323093723

Vegetationsmuster die sich mit abnehmender Wasserverfügbarkeit von Lücken, zu Streifen, zu Flecken verändern, sind ein auffälliges Phänomen in Trockengebieten, jedoch ist deren Ursache wenig verstanden. Physiker haben diese Mustersequenzen bisher erfolgreich modelliert, basierend auf der theoretischen Annahme, dass diese durch positive Rückkopplungen zwischen lokalem Pflanzenwachstum und Wassertransport dorthin, also durch Selbstorganisationsprozesse entstehen. Allerdings wurden die zugrunde liegenden Mechanismen der Biomasse-Wasser-Rückkopplungen bisher kaum im Freiland dokumentiert oder gar im räumlich-expliziten Kontext untersucht. Hinzu kommt, dass im Gegensatz zu Streifen- und Fleckenmustern regelmäßig angeordnete Vegetationslücken in ariden Gebieten sehr selten zu finden sind. In einem innovativen Forschungsprojekt wollen wir deshalb die ökologischen Grundlagen der Selbstorganisation, basierend auf einem neu entdeckten und weitestgehend unerforschten Lückenmuster im Landesinneren von West-Australien, untersuchen. Dieses Ökosystem ist einzigartig, denn es zeigt in einem einzigen Gebiet, welches vom Spinifexgras Triodia basedowii dominiert wird, auch all die Muster wie Flecken, Labyrinthe, Lücken und sogar Ringe, die normaler Weise nur in verschiedenen Gebieten entlang eines Regenfallgradienten zu finden sind. Deshalb ist dieses System ideal, um die räumlichen Mechanismen der Selbstorganisation unter denselben Umweltbedingungen zu untersuchen und zu klären, warum die verschiedenen Muster ungewöhnlicher Weise lokal koexistieren. Da Feuerstörungen einen wichtigen Einfluss auf diese Vegetation haben, ermöglicht das System auch eine Untersuchung der raumzeitlichen Interaktion zwischen abiotischen Treibern und biotischen Rückkopplungen bei der Musterbildung.Mithilfe einer Flugdrohne, die eine Foto-, Multispektral-, Thermalkamera und einen Laserscanner hat, wollen wir die räumliche Verteilung der Pflanzenindividuen und der Vegetationslücken für verschiedene Intervalle nach vergangenem Feuer kartieren. Die hohe Auflösung des Bildmaterials ermöglicht dabei für die einzelnen Pflanzenindividuen die Erfassung der dynamischen Veränderung von Biomasse- und Vitalitäts-Gradienten und somit detaillierte Erkenntnisse zu den räumlichen Mechanismen der Lückenbildung. Die drohnenbasierten, räumlich-expliziten Daten werden durch terrestrische Messungen von Bodenfeuchte und Temperatur ergänzt. Zusätzlich werden drei manipulative Experimente durchgeführt, um den Mechanismus der bisher lediglich modellierten Biomasse-Wasser-Rückkopplungen (siehe Getzin et al. 2016, PNAS) empirisch zu untersuchen. Skalenabhängige Rückkopplungseffekte und daraus resultierende periodische Vegetationsmuster mit einer spezifischen (z.B. hexagonalen) Periodizität sind der Kern der Musterbildungs-Theorie. Deshalb werden alle Daten mit räumlicher Statistik ausgewertet, um die von dieser Theorie postulierten Hypothesen formell auf ihre Gültigkeit zu testen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen