Funktionelle Agrobiodiversität

• Antragstellerin: Professorin Dr. Catrin Westphal
• Fachliche Zuordnung: Ökologie der Landnutzung ; Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 493487387

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Landwirtschaft und Urbanisierung sind Hauptursachen für Biodiversitätsverluste und können Ökosystemleistungen sowie die Landwirtschaft beeinträchtigen. Dieses Heisenberg-Projekt untersuchte ökologische Intensivierungsmaßnahmen zur Verbesserung der funktionellen Agrobiodiversität und Ökosystemdienstleistungen in Agrarsystemen, um den Einsatz externer Inputs zu reduzieren. Leguminosen bieten Blühressourcen und verbessern die Nährstoffverfügbarkeit. Der Anbau von Ackerbohnen erhöhte die Hummeldichten in der Landschaft, während andere Wildbienenarten nicht davon profitierten. Mischkulturen aus Leguminosen und Getreide haben höhere Erträge als Reinkulturen, wobei das geringere Blütenangebot die Blütenbesuche von Hummeln nicht verringerte. Massentrachten, z.B. Raps, wirken als Umweltfilter und beeinflussen die Zusammensetzung von Bienengemeinschaften. Pollen Metabarcoding und die Entschlüsselung von Bienentänzen zeigte, dass Bienen ihr Sammelverhalten an die Verfügbarkeit von Ressourcen anpassen, was Folgen für die Bestäubung von Kulturpflanzen haben kann. Das intelligente Design von Macadamia Plantagen durch die senkrechte Anordnung von Baumreihen zu halbnatürlichen Lebensräumen verbesserte Quantität und Qualität der Erträge. Ein effektives Bestäubungsmanagement muss jedoch berücksichtigen, dass viele Wildbienenarten auf vielfältige Blütenressourcen und Nistplätze angewiesen sind. In tropischen, urbanen Anbausystemen untersuchten wir Vögel und Bienen sowie die Bestäubungsleistung. Urbanisierung führte zu einer biotischen Homogenisierung der Vogelgemeinschaften. Die Verluste von insektenfressenden Vogelarten können die biologische Schädlingskontrolle vermindern. Auch Bienengemeinschaften zeigten Veränderungen in Zusammensetzung, wobei jedoch mehr positive als negative Effekte auftraten, da viele Gruppen von der Urbanisierung profitierten u.a. Nahrungsspezialisten und bodennistende Arten. Mango ist eine wichtige Nutzpflanze, die oft in tropischen Städten angebaut wird. Hohe Mengen an Insektiziden reduzierten die Ernten um fast 30%, wenn die Plantagen einen geringen Urbanisierungsgrad hatten. Die Urbanisierung verstärkte die saisonale Dynamik von Pflanzen-Bestäuber-Interaktionen durch den starken Austausch von einheimischen Pflanzenarten. In tropischen Megastädten kann die urbane Landwirtschaft zum Erhalt der Biodiversität und Ökosystemdienstleistungen beitragen, wenn durch ökologische Intensivierung die Kulturpflanzenvielfalt und einheimische Pflanzenarten in halbnatürlichen Lebensräumen gefördert werden. Die Umwandlung von Regenwäldern verbessert die Lebensgrundlage vieler Kleinbauern, hat jedoch negative Auswirkungen auf die Umwelt. Nicht nur die Biodiversität, sondern auch die Struktur der Nahrungsnetze und Energieflüsse ändern sich mit der Landnutzung. Eine moderate Intensivierung kann Ertragslücken in kleinbäuerlichen Ölpalmenplantagen reduzieren, während die Extensivierung in konventionellen Plantagen nicht zu Ertragsverlusten führt. Die Ergebnisse dieses Heisenberg-Projekts zeigen Wege für lokale und landschaftsweite Maßnahmen zur ökologischen Intensivierung in verschiedenen Anbausystemen auf. Kombinationen von neuen Anbaupraktiken und Maßnahmen zur Verbesserung der Landschaftsheterogenität sind effektive Strategien zum Erhalt der Biodiversität, Ökosystemfunktionen und der landwirtschaftlichen Produktivität.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Beyond organic farming - harnessing biodiversity-friendly landscapes. Trends in Ecology & Evolution, 36, 919-930.
  Tscharntke T., Grass I., Wanger T.C., Westphal C. & Batary P.
  
• Biodiversity of Birds Along the Rural–Urban Interface of the Indian Megacity Bengaluru. The Rural-Urban Interface, 163–170.
  Grass, I., Wenzel, A., Raj, V., Subramanya, S., Westphal, C., & Tscharntke, T.
  
• Chapter Three - Broadening the scope of empirical studies to answer persistent questions in landscape-moderated effects on biodiversity and ecosystem functioning. In: Advances in Ecological Research (eds. Bohan DA, Dumbrell AJ & Vanbergen AJ). Academic Press, pp. 109-131.
  Perović D.J., Gámez-Virués S., Landis D.A., Tscharntke T., Zalucki M.P., Saura S., Furlong M.J., Desneux N., Sciarretta A., Balkenhol N., Schmidt J.M., Trematerra P. & Westphal C.
  
• Contrasting effects of past and present mass-flowering crop cultivation on bee pollinators shaping yield components in oilseed rape. Agriculture Ecosystems & Environment, 319.
  Beyer N., Gabriel D. & Westphal C.
  
• Contrasting responses of above- and belowground diversity to multiple components of land-use intensity. Nature Communications, 12. https://doi.org/10.1038/s41467-021-23931-1
  Le Provost G., Thiele J., Westphal C., Penone C., Allan E., Neyret M., van der Plas F., Ayasse M., Bardgett R.D., Birkhofer K., Boch S., Bonkowski M., Buscot F., Feldhaar H., Gaulton R., Goldmann K., Gossner M.M., Klaus V.H., Kleinebecker T., Krauss J., Renner S., Scherreiks P., Sikorski J., Baulechner D., Blüthgen N., Bolliger R., Börschig C., Busch V., Chisté M., Fiore-Donno A.M., Fischer M., Arndt H., Hoelzel N., John K., Jung K., Lange M., Marzini C., Overmann J., Pasalic E., Perovic D.J., Prati D., Schäfer D., Schöning I., Schrumpf M., Sonnemann I., Steffan-Dewenter I., Tschapka M., Türke M., Vogt J., Wehner K., Weiner C., Weisser W., Wells K., Werner M., Wolters V., Wubet T., Wurst S., Zaitsev A.S. & Manning P.
  
• Crop pollination services: Complementary resource use by social vs solitary bees facing crops with contrasting flower supply. Journal of Applied Ecology, 58, 476-485.
  Bänsch S., Tscharntke T., Gabriel D. & Westphal C.
  
• Effects of three flower field types on bumblebees and their pollen diets. Basic and Applied Ecology, 52, 95-108.
  Piko J., Keller A., Geppert C., Batáry P., Tscharntke T., Westphal C. & Hass A.L.
  
• Identity of mass-flowering crops moderates functional trait composition of pollinator communities. Landscape Ecology, 36, 2657-2671. 10.
  Beyer N., Kirsch F., Gabriel D. & Westphal C.
  
• Taxonomic and functional homogenization of farmland birds along an urbanization gradient in a tropical megacity. Global Change Biology, 27, 4980-4994.
  Marcacci G., Westphal C., Wenzel A., Raj V., Nölke N., Tscharntke T. & Grass I.
  
• Using ecological and field survey data to establish a national list of the wild bee pollinators of crops. Agriculture Ecosystems & Environment, 315.
  Hutchinson L.A., Oliver T.H., Breeze T.D., Bailes E.J., Brunjes L., Campbell A.J., Erhardt A., de Groot G.A., Foldesi R., Garcia D., Goulson D., Hainaut H., Hamback P.A., Holzschuh A., Jauker F., Klatt B.K., Klein A.M., Kleijn D., Kovacs-Hostyanszki A., Krimmer E., McKerchar M., Minarro M., Phillips B.B., Potts S.G., Pufal G., Radzeviciute R., Roberts S.P.M., Samnegard U., Schulze J., Shaw R.F., Tscharntke T., Vereecken N.J., Westbury D.B., Westphal C., Wietzke A., Woodcock B.A. & Garratt M.P.D.
  
• Vascular plant species diversity in Southeast Asian rice ecosystems is determined by climate and soil conditions as well as the proximity of non-paddy habitats. Agriculture Ecosystems & Environment, 314.
  Fried O., Westphal C., Schellenberg J., Grescho V., Kühn I., Van Sinh N., Settele J. & Bergmeier E.
  
• Wild insect diversity increases inter-annual stability in global crop pollinator communities. Proceedings of the Royal Society B-Biological Sciences, 288.
  Senapathi D., Fründ J., Albrecht M., Garratt M.P.D., Kleijn D., Pickles B.J., Potts S.G., An J.D., Andersson G.K.S., Bänsch S., Basu P., Benjamin F., Bezerra A.D.M., Bhattacharya R., Biesmeijer J.C., Blaauw B., Blitzer E.J., Brittain C.A., Carvalheiro L.G., Cariveau D.P., Chakraborty P., Chatterjee A., Chatterjee S., Cusser S., Danforth B.N., Degani E., Freitas B.M., Garibaldi L.A., Geslin B., de Groot G.A., Harrison T., Howlett B., Isaacs R., Jha S., Klatt B.K., Krewenka K., Leigh S., Lindström S.A.M., Mandelik Y., McKerchar M., Park M., Pisanty G., Rader R., Reemer M., Rundlöf M., Smith B., Smith H.G., Silva P.N., Steffan-Dewenter I., Tscharntke T., Webber S., Westbury D.B., Westphal C., Wickens J.B., Wickens V.J., Winfree R., Zhang H. & Klein A.M.
  
• Biomonitoring via DNA metabarcoding and light microscopy of bee pollen in rainforest transformation landscapes of Sumatra. BMC Ecology and Evolution, 22, 51.
  Carneiro de Melo Moura C., Setyaningsih C.A., Li K., Merk M.S., Schulze S., Raffiudin R., Grass I., Behling H., Tscharntke T., Westphal C. & Gailing O.
  
• Functional diversity of farmland bees across rural-urban landscapes in a tropical megacity. Ecological Applications, 32. https://doi.org/10.1002/eap.2699
  Marcacci G., Grass I., Rao V.S., Kumar S.S., Tharini K.B., Belavadi V.V., Nölke N., Tscharntke T. & Westphal C.
  
• Ground-nesting bees prefer bare ground areas on calcareous grasslands. Global Ecology and Conservation, 39.
  Gardein H., Fabian Y., Westphal C., Tscharntke T. & Hass A.
  
• Landscape composition modifies pollinator densities, foraging behavior and yield formation in faba beans. Basic and Applied Ecology, 61, 30-40.
  Beyer N., Gabriel D. & Westphal C.
  
• Pollen and landscape diversity as well as wax moth depredation determine reproductive success of bumblebees in agricultural landscapes. Agriculture Ecosystems & Environment, 326.
  Schweiger S.E., Beyer N., Hass A.L. & Westphal C.
  
• Pollination deficits and contributions of pollinators in apple production: A global meta-analysis. Journal of Applied Ecology, 59, 2911-2921.
  Olhnuud A., Liu Y., Makowski D., Tscharntke T., Westphal C., Wu P., Wang M. & van der Werf W.
  
• Present and historical landscape structure shapes current species richness in Central European grasslands. Landscape Ecology, 37, 745-762.
  Scherreiks P., Gossner M.M., Ayasse M., Bluthgen N., Fischer M., Klaus V.H., Kleinebecker T., Neff F., Prati D., Seibold S., Simons N.K., Weisser W.W., Wells K., Westphal C., Thiele J. & Ambarli D.
  
• Prioritise the most effective measures for biodiversity-friendly agriculture. Trends in Ecology & Evolution, 37, 397-398.
  Tscharntke T., Grass I., Wanger T.C., Westphal C. & Batáry P.
  
• Report from the Final SALLnet Meeting – 21 June 2022: Management recommendations for macadamia orchards; Fact Sheet from SALLnet: South African Limpopo Landscapes Network.
  Bringhenti T., Weier S., Whyte V., Rakotomalala A., Anders M., Grass I., Westphal C., Foord S. & Taylor P.
  
• Restoring biodiversity needs more than reducing pesticides. Trends in Ecology & Evolution, 37, 115-116.
  Tscharntke T., Grass I., Wanger T.C., Westphal C. & Batary P.
  
• Südafrikanisches Limpopo Landschafts-Netzwerk; Teilprojekt (TP) 1: Koordination, landwirtschaftliche Landnutzungsszenarien: teilprojektspezifischer Schlussbericht. Georg-August-Universität Göttingen, Fakultät für Agrarwissenschaften, Department für Nutzpflanzenwissenschaften, Abteilung Tropischer Pflanzenbau und Agrosystem Modellierung, Göttingen.
  Rötter R.P., Isselstein J., Westphal C. & Bringhenti T.
  
• Direct and indirect effects of urbanization, pesticides and wild insect pollinators on mango yield. Journal of Applied Ecology, 60, 2132-2143.
  Marcacci G., Devy S., Wenzel A., Rao V.S., Kumar S.S., Nölke N., Belavadi V.V., Tscharntke T., Grass I. & Westphal C.
  
• Epauletted fruit bats prefer native plants and contribute to seed dispersal in a South African agricultural landscape. African Journal of Ecology.
  Mphethe V., Weier S., Westphal C., Linden B., Swanepoel L., Parker D. & Taylor P.
  
• Intercrops as foraging habitats for bees: Bees do not prefer sole legume crops over legume-cereal mixtures. Agriculture Ecosystems & Environment, 343.
  Kirsch F., Hass A.L., Link W. & Westphal C.
  
• Landscape management strategies for multifunctionality and social equity. Nature Sustainability, 6.
  Neyret M., Peter S., Le Provost G., Boch S., Boesing A.L., Bullock J.M., Hölzel N., Klaus V.H., Kleinebecker T., Krauss J., Müller J., Müller S., Ammer C., Buscot F., Ehbrecht M., Fischer M., Goldmann K., Jung K.R., Mehring M., Müller T., Renner S.C., Schall P., Scherer-Lorenzen M., Westphal C., Wubet T. & Manning P.
  
• Reduced macadamia nut quality is linked to wetter growing seasons but mitigated at higher elevations. Journal of Agriculture and Food Research, 12, 100569.
  Bouarakia O., Anders M., Linden V.M.G., Grass I., Westphal C., Taylor P.J. & Foord S.H.
  
• Smart orchard design improves crop pollination. Journal of Applied Ecology, 60, 624-637.
  Anders M., Grass I., Linden V.M.G., Taylor P.J. & Westphal C.
  
• The supply of multiple ecosystem services requires biodiversity across spatial scales. Nature Ecology & Evolution, 7, 236.
  Le Provost G., Schenk N., Penone C., Thiele J., Westphal C., Allan E., Ayasse M., Blüthgen N., Boeddinghaus R.S., Boesing A.L., Bolliger R., Busch V., Fischer M., Gossner M.M., Hölzel N., Jung K., Kandeler E., Klaus V.H., Kleinebecker T., Leimer S., Marhan S., Morris K., Müller S., Neff F., Neyret M., Oelmann Y., Perovic D.J., Peter S., Prati D., Rillig M.C., Saiz H., Schäfer D., Scherer-Lorenzen M., Schloter M., Schöning I., Schrumpf M., Steckel J., Steffan-Dewenter I., Tschapka M., Vogt J., Weiner C., Weisser W., Wells K., Werner M., Wilcke W. & Manning P. (2023). The supply of multiple ecosystem services requires biodiversity across spatial scales. Nature Ecology & Evolution, 7, 236.Le Provost G., Schenk N., Penone C., Thiele J., Westphal C., Allan E., Ayasse M., Blüthgen N., Boeddinghaus R.S., Boesing A.L., Bolliger R., Busch V., Fischer M., Gossner M.M., Hölzel N., Jung K., Kandeler E., Klaus V.H., Kleinebecker T., Leimer S., Marhan S., Morris K., Müller S., Neff F., Neyret M., Oelmann Y., Perovic D.J., Peter S., Prati D., Rillig M.C., Saiz H., Schäfer D., Scherer-Lorenzen M., Schloter M., Schöning I., Schrumpf M., Steckel J., Steffan-Dewenter I., Tschapka M., Vogt J., Weiner C., Weisser W., Wells K., Werner M., Wilcke W. & Manning P.
  
• Urbanization alters the spatiotemporal dynamics of plant-pollinator networks in a tropical megacity. Ecology Letters, 26, 1951-1962.
  Marcacci G., Westphal C., Rao V.S., Kumar S.S., Tharini K.B., Belavadi V.V., Nölke N., Tscharntke T. & Grass I.
  
• Balancing economic and ecological functions in smallholder and industrial oil palm plantations. Proceedings of the National Academy of Sciences.
  Wenzel A., Westphal C., Ballauff J., Berkelmann D., Brambach F., Buchori D., Camarretta N., Corre M.D., Daniel R., Darras K., Erasmi S., Formaglio G., Hölscher D., Iddris N.A.-A., Irawan B., Knohl A., Kotowska M.M., Krashevska V., Kreft H., Mulyan Y., Mußhoff O., Paterno G., Polle A., Potapov A., Röll A., Scheu S., Schlund M., Schneider D., Sibhatu K.T., Stiegler C., Sundawati L., Tjoa A., Tscharntke T., Veldkamp E., Waite P.-A., Wollni M., Zemp D.C. & Grass I.
  
• Early-season mass-flowering crop cover dilutes wild bee abundance and species richness in temperate regions: A quantitative synthesis. Journal of Applied Ecology, 61, 452-464.
  Riggi L.G.A., Raderschall C.A., Fijen T.P.M., Scheper J., Smith H.G., Kleijn D., Holzschuh A., Aguilera G., Badenhausser I., Bänsch S., Beyer N., Blitzer E.J., Bommarco R., Danforth B., González-Varo J.P., Grab H., Le Provost G., Poveda K., Potts S.G., Rundlöf M., Steffan-Dewenter I., Tscharntke T., Vilà M., Westphal C., Berggren A. & Lundin O.
  
• Editorial to special issue: Biodiversity and ecosystem services in agricultural systems: field to landscape-scale management for biodiversity-yield synergies. Basic and Applied Ecology.
  Kernecker M., Felipe-Lucia M., Westphal C. & Hass A.
  
• Hedgerows can increase predation rates in wheat fields in homogeneous agricultural landscapes. Journal of Environmental Management, 349.
  Ferrante M., Schulze M. & Westphal C.
  
• KOOPERATIV: Biodiversität auf der Landschaftsebene fördern (Abschlussbericht). Department für Nutzpflanzenwissenschaften, Funktionelle Agrobiodiversität & Agrarökologie, Göttingen.
  Schüler S., Hass A., Koch M., Arimond I., Zembold K., Huber J., Ferrante M., Zhang Q., Stähler R., Bartens M., Rudolph G., Lakner S., Plieninger T. & Westphal C.
  
• Management Options for Macadamia Orchards with Special Focus on Water Management and Ecosystem Services. In: Sustainability of Southern African Ecosystems under Global Change: Science for Management and Policy Interventions (eds. von Maltitz GP, Midgley GF, Veitch J, Brümmer C, Rötter RP, Viehberg FA & Veste M). Springer International Publishing Cham, pp. 625-652.
  Weier S.M., Bringhenti T., Anders M., Abdulai I., Foord S., Grass I., Lam Q.D., Linden V.M.G., Rötter R.P., Westphal C. & Taylor P.J.
  
• Rainforest transformation reallocates energy from green to brown food webs. Nature, 627, 116-122.
  Potapov A.M., Drescher J., Darras K., Wenzel A., Janotta N., Nazarreta R., Kasmiatun, Laurent V., Mawan A., Utari E.H., Pollierer M.M., Rembold K., Widyastuti R., Buchori D., Hidayat P., Turner E., Grass I., Westphal C., Tscharntke T. & Scheu S.