FOR 536: Matter Fluxes in Grasslands of Inner Mongolia as Iinfluenced by Stocking Rate (MAGIM)
Final Report Abstract
Grasland-Ökosyteme wie z.B. Steppen sind ein wichtiges terrestrisches Biom und bedecken ca. 10% der Landoberfläche. Sozioökonomisch sind sie vor allem in Asien für die Viehzucht und somit für die Nahrungsmittelproduktion von Bedeutung und ökologisch stellen Steppenböden einen der global bedeutendsten Kohlenstoffspeicher dar. Überweidung hat dazu geführt, dass große Teile des asiatischen Graslands von Verwüstung (Desertifikation) bedroht sind. Ziel der DFG Forschergruppe 536 „Matter Fluxes in Graslands of Inner Mongolia“ (MAGIM) war es zu untersuchen wie sich Beweidung von Steppenökosystemen auf Stoffflüsse von Wasser, Stickstoff und Kohlenstoff auswirkt. Aufbauend auf einen detaillierten naturwissenschaftlichen Kenntnisstand sollten Konzepte für eine nachhaltige, ressourcenschonende Nutzung erarbeiten werden. Diese vielschichtige Aufgabe wurde von einem multidisziplinären Konsortium von Wissenschaftlern aus Deutschland und China angegangen: insgesamt waren an MAGIM Wissenschaftler und Nachwuchswissenschaftler von je 11 chinesischen und deutschen Forschungseinrichtungen aus den Bereichen Bodenkunde, Pflanzenphysiologie und –Ernährung, Tierernährung, Biogeochemie, Hydrologie und Meteorologie beteiligt. Neben spezifischen Einzelaspekten wurden dabei insbesondere auch projektübergreifende Experimente wie das Beweidungsexperiment, das Regionalisierungsvorhaben „Large Scale Spatial Experiment“ und die Nutzung flugzeuggestützter Messplattformen durchgeführt, die die bestehenden Synergien zwischen den Teilprojekten weiter verstärkten und den Nachwuchswissenschaftlern einen tiefen Einblick in Interdisziplinäre Forschung gewährten. Die Ergebnisse der Forschergruppe wurden in mehr als 80 begutachteten Fachbeiträgen in internationalen Zeitschriften (u.a. in Nature, Global Change Biology, Journal of Geophysical Research) veröffentlicht. Ein Sonderband in der internationalen Fachzeitschrift „Plant and Soil“ zu den Arbeiten der Forschergruppe liegt inzwischen vor (Plant and Soil, Vol. 340, Special Issue „Steppe ecosystems and climate and land use changes – vulnerability, feedbacks and possibilities for adaptation). Die veröffentlichten Arbeiten, wie auch in Kurzdarstellung der vorliegende Abschlussbericht, zeigen, dass Beweidung eine Reihe von negativen Auswirkungen auf die Stabilität der untersuchten Steppenökosysteme in der Inneren Mongolei hat. Beispielhaft zu nennen wären hier u.a. verminderte Aggregierung des Bodensubstrats, verminderte Leitfähigkeit für Wasser und Luft, verminderte Infiltrationskapazität des Bodens für Wasser, erhöhte Lagerungsdichte und geringere Mengen an partikulärer organischer Substanz. Mit dieser Veränderung der physikalischen Eigenschaften der obersten Bodenschichten ging eine verminderte Wasserspeicherung und eine Limitierung des pflanzenverfügbaren Wassers einher, die auch teilweise die geringere Produktivität der beweideten Flächen erklärt, wobei insbesondere durch die Mehrjahresuntersuchungen die Abhängigkeit der Pflanzenproduktion von der Variabilität des Jahresniederschlages in diesen semi-ariden Gebieten deutlich zu Tage getreten ist. Diese Effekte der Beweidung auf Bodeneigenschaften sowie Produktivität fanden Berücksichtigung in der Entwicklung von verbesserten Managementkonzepten, die einer weiteren Verwüstung entgegenwirken sollen. Im Rahmen des durch MAGIM angelegten und betreuten gemeinschaftlichen Weideexperimentes konnte erstmals gezeigt werden, dass durch einen jährlichen Wechsel der Flächennutzung als Weide- bzw. Heufläche die Resilienz der Biomasseproduktion wesentlich erhöht werden kann. Daher bieten sich periodische Beweidungspausen oder eine alternierende Nutzung als Heu- oder Weidefläche als verbesserte Managementoptionen - die auch für den Bauern vor Ort durchführbar ist - an. Auch eine Düngung mit Stickstoff bei Düngungsgaben von nur ca. 20-30 kg N pro Hektar kann - zumindest bei günstigen Verlauf der Niederschläge im Frühjahr und Frühsommer - zu einem deutlich verbesserten Aufwachsen der Vegetation nach Beweidung führen, wobei allerdings negative Rückwirkung auf die pflanzliche Biodiversität zu berücksichtigen sind. Insgesamt hat sich MAGIM gerade durch hohe Interdisziplinarität in der Forschung ausgezeichnet. Die Zusammenarbeit mit den chinesischen Kooperationspartnern war äußerst erfolgreich, was sich u.a. in einer Vielzahl gemeinsamer Publikationen und der erfolgreichen Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses zeigt. Diese erfolgreiche Zusammenarbeit bildet auch die Basis für eine Reihe von Kooperationen und Projektvorhaben die weit über das MAGIM-Projekt hinausgehen.
Publications
- 2008. Effect of grazing on wind driven carbon and nitrogen ratios in the grasslands of Inner Mongolia. Catena 75, 182–190
Hoffmann C, Funk R, Li Y, Sommer M
- Grazing effects on soil chemical and physical properties in a semiarid steppe of Inner Mongolia (P.R. China). Geoderma, Vol. 143. 2008, Issues 1–2, pp. 63-72.
Steffens, M., Kölbl, A., Totsche, K.U., Kögel-Knabner, I.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2007.09.004) - Impact of grazing intensity on herbage intake, composition, and digestibility and on live weight gain of sheep on the Inner Mongolian steppe. Livestock Science, Vol. 124. 2009, Issues 1–3, pp. 142-147.
Glindemann, T., Wang, C., Tas, B.M., Schiborra, A., Gierus, M., Taube, F., Susenbeth, A.,
(See online at https://doi.org/10.1016/j.livsci.2009.01.007) - Surface characteristics of grasslands in Inner Mongolia as detected by micrometeorological measurements. International Journal of Biometeorology, Vol.52. 2008, pp. 563-574.
Ketzer, B., Bernhofer, C., Liu, H.
(See online at https://doi.org/10.1007/s00484-008-0148-5) - Land use and drought interactively affect interspecific competition and species diversity at the local scale in a semiarid steppe ecosystem. Ecological Research, Vol. 24. 2009, Issue 3, pp. 627–635.
Gao, Y.Z., Giese, M., Han, X.G., Wang, D.L., Zhou, Z.Y., Brueck, H., Lin, S., Taube, F.
(See online at https://doi.org/10.1007/s11284-008-0532-y) - Changes in the abundance of C3/C4 species in Inner Mongolian grassland: Evidence from carbon isotope composition of soil and vegetation. Global Change Biology, Vol. 16. 2010, Issue 2, pp. 605–616.
Wittmer, M.H.O.M., Auerswald, K., Bai, Y.F., Schäufele, R., Schnyder, H.
(See online at https://dx.doi.org/10.1111/j.1365-2486.2009.02033.x) - Grazing-induced reduction of natural nitrous oxide release from continental steppe. Nature, Vol. 464. 2010, pp. 881–884.
Wolf, B., Zheng, X.H., Brueggemann, N., Chen, W.W., Dannenmann, M., Han, X.G., Sutton, M.A., Wu, H.H., Yao, Z.S., Butterbach-Bahl., K.
(See online at https://dx.doi.org/10.1038/nature08931) - Grassland responses to grazing: Effects of grazing intensity and management system in an Inner Mongolia steppe ecosystem. Plant and Soil, Vol. 340. 2011, Issue 1–2, pp. 103–115.
Schönbach, P., Wan, H.W., Gierus, M., Bai, Y.F., Müller, K., Lin, L., Susenbeth, A., Taube, F.
(See online at https://doi.org/10.1007/s11104-010-0366-6) - Response of soil moisture and temperature to grazing intensity in a Leymus chinensis steppe, Inner Mongolia. Plant and Soil, Vol. 340. 2011, Issue 1–2, pp 89–102.
Zhao, Y., Peth, S., Reszkowska, A., Gan, L., Krümmelbein, J., Peng, X., Horn, R.
(See online at https://doi.org/10.1007/s11104-010-0460-9) - Spatial and temporal variation of soil moisture in dependence of multiple environmental parameters in semi-arid grasslands. Plant and Soil, Vol. 340. 2011, Issue 1–2, pp. 73–88.
Schneider, K., Leopold, U., Gerschlauer, F., Barthold, F., Giese, M., Steffens, M., Hoffmann, C., Frede, H.G., Breuer, L.
(See online at https://doi.org/10.1007/s11104-010-0692-8) - Steppe ecosystems and climate and land-use changes - vulnerability, feedbacks and possibilities for adaptation. Plant and Soil, Vol. 340. 2011, Issue 1–2, pp 1–6.
Butterbach-Bahl, K., Kogel-Knabner, I., Han, X.G.
(See online at https://doi.org/10.1007/s11104-010-0651-4)
