Plant - Invertebrate Interactions in Agriculturally Managed Grasslands Under Functional Group Manipulation

Die Nachfrage nach Agrarprodukten ist im Laufe der letzten Jahrhunderte durch die wachsende Weltbevölkerung in Kombination mit einem zunehmenden Pro-Kopf- Bedarf stark gestiegen. Weltweit steigt der Druck auf Ökosysteme durch Ausweitung und Nutzungsintensivierung landwirtschaftlich genutzter Flächen Auf intensiv genutzten Grasflächen führt der hohe Einsatz von Düngemitteln und häufiger Mahd zu einem Verlust der Pflanzendiversität. Dies bedingt eine geringere Stabilität des Ökosystems gegenüber Wetterextremen wie Trockenheit oder massiven Regenfällen, was wiederum eine Gefahr für die biologische Vielfalt auf höheren trophischen Ebenen (u.a. invertebrate Herbivore) und wichtige Ökosystem-Prozesse darstellt. In dieser Arbeit werden die direkten und indirekten Auswirkungen verschiedenen Bewirtschaftungsintensitäten in Kombination mit manipulierter Vegetationszusammensetzung innerhalb eines Grasland Management Experimentes (GrassMan) in der Nähe der Norddeutschen Städte Neuhaus und Silberborn im Solling untersucht. Zwei Mahdfrequenzen (1x; 3x), zwei Düngungsintensitäten (keine Düngung; NPK Düngung) und drei unterschiedlich manipulierte Grasnarben (Gräser reduziert, Kräuter reduziert & nicht manipuliert) ergaben zwölf verschiedene Behandlungskombinationen, welche jeweils sechs Mal repliziert wurden. Auf den daraus resultierenden 72 Parzellen (jeweils 15 m mal 15 m) wurden die Auswirkungen von Pflanzendiversität, Mahdhäufigkeit und Düngung auf die Produktivität, den Stickstoffhaushalt, trophische Interaktionen und deren Wechselwirkungen im Grasland untersucht. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt darauf, die Auswirkungen landwirtschaftlicher Intensivierung, reduzierter Artenvielfalt sowie Verschiebungen in der Zusammensetzung der Grasnarbe auf Pflanze-Insekt- Interaktionen zu untersuchen. Im zweiten Kapitel wird gezeigt, dass über den Versuchszeitraum die Pflanzenbiodiversität keinen signifikanten Einfluss auf die oberirdische Biomasse- Produktion hatte. Die Grasnarbenzusammensetzung hatte lediglich große Auswirkungen auf die oberirdische Biomasse-Produktion, wenn in einem Jahr noch vor dem Erreichen der maximalen oberirdischen Biomasse extrem trockene Witterung auftrat. In solchen Jahren produzierten Parzellen mit natürlicher Artenzusammensetzung größere Erträge als manipulierte Flächen. Während eine höhere Bewirtschaftungsintensität zu einem Anstieg der oberirdischen Biomasse führte, war keine signifikante Veränderung der Pflanzenartenzahl über den Untersuchungszeitraum zu verzeichnen. Höhere Mahdfrequenz führte dagegen zu einer erhöhten Pflanzenartenanzahl im Vergleich zu der am Beginn der Experimente. Die bestehende Artenzusammensetzung in dem naturnahen Grünland (ohne Manipulation), war sehr robust und vier Jahre nach dem Manipulieren zeigten die verschiedenen Grasnarben fast keine Unterschiede mehr in der Zusammensetzung von Gräsern, Kräutern und Leguminosen. Ein größerer Anteil von Gräsern war typisch für gedüngte Parzellen und größere Anteile von Kräutern waren eine typische Folge von häufigerem Mähen. Durch Düngung wurde der Anteil von Leguminosen reduziert, allerdings wurden auch zum Ende des Experimentes noch in fast allen Parzellen Leguminosen gefunden. In Kapitel drei werden die starken Auswirkungen der landwirtschaftlichen Intensivierung sowie Pflanzendiversität und Artenzusammensetzung auf die Abundanz von Nacktschnecken gezeigt. Die Schneckenabundanz war höher auf den Parzellen mit einer niedrigen Mahdhäufigkeit und hoher Verfügbarkeit von bevorzugten Nahrungsressourcen. Die Abnahme der Schneckenabundanz durch eine höhere Mahdfrequenz war in den Parzellen mit natürlicher Vegetation am geringsten. Dies könnte ein Beleg dafür sein, dass sich Störungen auf Invertebrate (z. B. durch Mahd oder Beweidung) in natürlicherer Vegetation weniger stark auswirken. In Kapitel vier werden die Einflüsse von Pflanzenbiodiversität, Zusammensetzung der funktionellen Gruppen und der Nutzungsintensität auf Zikaden untersucht. Eine häufigere Mahd bedingte eine niedrigere Artenzahl an Zikaden. Düngung hatte nur indirekt - aufgrund von gegenläufigen Effekten auf die oberirdische Biomasse, Diversität und Zusammensetzung der Vegetation - einen marginal negativen Effekt auf die Zikadendiversität. Zikadendiversität profitierte von einer von Gras dominierten Vegetation, sowie von einer höheren Pflanzendiversität, welche ihrerseits durch Manipulation der Grasnarbe und das Grasland-Management beeinflusst wurde. In Kapitel fünf wird gezeigt, dass erhöhter Herbivoriedruck mit den anderen experimentellen Behandlungen (Mahdhäufigkeit, Düngung und Manipulation der funktionellen Gruppen) interagiert und mehrere Vegetationsparameter und einige Komponenten des Stickstoffkreislaufs beeinflusst. Es stellte sich heraus, dass sowohl Grasland-Management als auch invertebrate Herbivoren die Produktivität und den Stickstoffhaushalt beeinflussen und einen stärkeren Einfluss haben als die Vegetationszusammensetzung. Insgesamt wird mit dieser Versuchsreihe deutlich gemacht, dass Grasland- Management, Manipulation der Vegetationszusammensetzung und experimentell erhöhte Herbivorie einen direkten und indirekten Einfluss auf Produktivität, Zusammensetzung und Biodiversität der Vegetation sowie den Stickstoffhaushalt haben. Die Interaktionen zwischen Vegetation, Herbivoren und dem Stickstoffkreislauf werden mit zunehmender Anzahl wechselwirkender Faktoren zunehmend komplexer. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine Erhöhung der Produktivität ohne Pflanzenartenverlust durch eine ausgereifte Management- Strategie ermöglicht wird. Schlussfolgerung Zusammenfassend wird in dieser Arbeit gezeigt, dass die Manipulation zu Gunsten krautiger Pflanzen einen positiven Effekt auf die gesamte Pflanzendiversität sowie auf die Abundanz von Schnecken hat. Außerdem kann nicht nur eine höhere Pflanzendiversität, sondern auch natürlichere Pflanzengesellschaften zu höheren Populationen von Invertebraten führen. Zikadendiversität profitiert von verschiedenen Faktoren – zum Einen indirekt von einer höheren Pflanzendiversität auf nährstoffarmen, krautdominierten Flächen, da diese eine größere Vielfalt and Nahrungsressourcen für spezialisierte Arten bieten. Ebenso war die Zikadendiversität positiv von einem höheren Grasanteil an der Vegetation auf gedüngten Flächen mit niedrigerer Pflanzenbiodiversität beeinflusst, da Gräser die bevorzugte Nahrungsquelle für viele der gefundenen Zikadenarten mit einem eher generalistischen Nahrungsspektrum waren. Grasland-Management und Herbivorie haben insgesamt einen wesentlich stärkeren Einfluss auf den Stickstoffhaushalt als die Manipulation der Vegetationszusammensetzung, wobei Düngung der stärkste Faktor ist. Herbivore können den Stickstoffkreislauf durch einen höheren Eintrag von totem Pflanzenmaterial, Wurzelexsudaten und durch Ausscheidungen beschleunigen. Dieser Eintrag von Nährstoffen hat folglich positiven Einfluss auf den Bodenstickstoffgehalt (NH4 , NO3 ) und auf Stickstoffflussraten (Mineralisierung, Nitrifikation, N2O). Neben dem starken Einfluss von Düngung auf den Stickstoffkreislauf können die Emissionen von N2O, einem wichtigen Treibhausgas, auch innerhalb eines kurzen Zeitraums durch starke Herbivorie zunehmen. Somit könnte ein steigender Nährstoffeintrag durch Düngung in Kombination mit erhöhter Herbivorie zu einer Erhöhung von N 2 O-Emissionen im Grasland führen. Dieser additive Effekt könnte dann zur globalen Erwärmung beitragen

Disentangling direct and indirect effects of experimental grassland management and plant functional-group manipulation on plant and leafhopper diversity

BACKGROUND: Plant biodiversity can affect trophic interactions in many ways, including direct bottom-up effects on insects, but is negatively affected by agricultural intensification. Grassland intensification promotes plant productivity, resulting in changes in plant community composition, and impacts on higher trophic levels. Here, we use a novel grassland management experiment combining manipulations of cutting and fertilization with experimental changes in plant functional group composition (independent of management effects) to disentangle the direct and indirect effects of agricultural management on insect herbivore diversity and abundance. We used leafhoppers as model organisms as they are a key insect taxon in grasslands and react rapidly to management changes. Leafhoppers were sampled between May and September 2010 using standardized sweep netting and pan traps. RESULTS: Plant diversity, functional group composition and management regime in grasslands affected leafhopper species richness and abundance. Higher cutting frequencies directly led to decreasing leafhopper species richness, presumably due to the higher disturbance frequency and the reduction in food-resource heterogeneity. In contrast, fertilizer application had only a small indirect negative effect via enhanced aboveground plant biomass, reduced plant diversity and changes in functional group composition. The manipulated increase in grass cover had contrasting direct and indirect effects on leafhopper species richness: grass cover directly increased leafhopper species richness, but negatively affected plant diversity, which in turn was positively related to leafhopper species richness. In conclusion, insect diversity is driven in complex direct and indirect ways by grassland management, including changes in functional group composition. CONCLUSIONS: The availability of preferred food sources and the frequency of disturbance are important direct and indirect drivers of leafhopper species richness, interacting in complex ways with plant diversity and food resource heterogeneity

Exploring the interface of skin‐layered titanium fibers for electrochemical water splitting

Water electrolysis is the key to a decarbonized energy system, as it enables the conversion and storage of renewably generated intermittent electricity in the form of hydrogen. However, reliability challenges arising from titanium‐based porous transport layers (PTLs) have hitherto restricted the deployment of next‐generation water‐splitting devices. Here, it is shown for the first time how PTLs can be adapted so that their interface remains well protected and resistant to corrosion across ≈4000 h under real electrolysis conditions. It is also demonstrated that the malfunctioning of unprotected PTLs is a result triggered by additional fatal degradation mechanisms over the anodic catalyst layer beyond the impacts expected from iridium oxide stability. Now, superior durability and efficiency in water electrolyzers can be achieved over extended periods of operation with less‐expensive PTLs with proper protection, which can be explained by the detailed reconstruction of the interface between the different elements, materials, layers, and components presented in this work.China Scholarship CouncilU.S. Department of Energy’s Office of Energy Efficiency and Renewable Energy, Hydrogen and Fuel Cell Technologies Office (HFTO)Projekt DEA

On-Chip Continuous Flow Interaction Studies Of DNA and Protein Complexed DNA

Everwand M, Anselmetti D, Regtmeier J. On-Chip Continuous Flow Interaction Studies Of DNA and Protein Complexed DNA. In: Proceedings of Fourteenth International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (µTAS 2010). Groningen, The Netherlands: The Chemical and Biological Microsystems Society (CBMS); 2010: 19-21

Experimentierfeld zur digitalen Transformation im landwirtschaftlichen Pflanzenbau (Agro-Nordwest)

Im Rahmen der Ausschreibung „Experimentierfelder in der Landwirtschaft“ des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) wurde das „Experimentierfeld zur digitalen Transformation im landwirtschaftlichen Pflanzenbau (Agro-Nordwest)“ bewilligt und im Oktober 2019 gestartet. Der Beitrag enthält eine Zusammenfassung des Vorhabens und eine Beschreibung der Arbeitsziele

Slug responses to grassland cutting and fertilizer application under plant functional group removal

Current studies on trophic interactions in biodiversity experiments have largely relied on artificially sown gradients in plant diversity, but removal experiments with their more natural plant community composition are more realistic. Slugs are a major part of the invertebrate herbivore community, with some species being common pests in agriculture. We therefore investigated how strongly slugs are influenced by grassland management, plant biodiversity and composition. Here we analysed the effects of cutting frequency, fertilizer application and plant functional group composition on slug densities and their contribution to herbivory on Rumex acetosa in a removal experiment within a >100-year old grassland in Northern Germany. The experiment was laid out as a Latin rectangle with full factorial combinations of (i) plant functional group removal (3 levels) using herbicides, (ii) fertilizer application (2 levels) and (iii) cutting frequency (2 levels). The resulting 12 treatment combinations were replicated 6 times, resulting in 72 plots. We collected a total of 1020 individuals belonging to three species Arion distinctus (60.4% of individuals), Deroceras reticulatum (34.7%) and Arion lusitanicus (4.9%) using a cover board technique and additionally measured herbivore damage to R. acetosa. We found the highest slug abundance on plots with a low cutting frequency and high food resource availability (increased cover of forbs and taller vegetation). Fertilizer application had no significant effect on slug abundance, but caused higher herbivore damage to on R. acetosa, possibly as a result of increased tissue quality. The negative effect of higher cutting frequency on slug abundance was lowest in control plots with their naturally developed graminoid-forb communities (cutting reduced slug density by 6% in the control vs. 29% in herbicide plots). Our experiments therefore support the idea that more natural plant species compositions reduce the impact of disturbances (e.g. through cutting or grazing) on invertebrates

From commodity to customer value : the transition from a production-oriented to a market-oriented European dairy industry

The European food industry has been regulated for a long time. Since the 1960s, the European market has been protected from imports by relatively high taxes. Companies in Europe therefore never had to fear real competition from outside the Union in their domestic markets. This changed, when, due to WTO negotiations, markets had to be more deregulated. Facing international competition, within the European food industry the concentration increased, leading to unified, oligopolistic markets. Trying to realise scale and scope effects, companies adopted growth strategies both within their national and international markets. Although scale and scope effects are still important, the focus to increase profitability and secure company survival is differentiation, or the creation of customer value in products and brands. Using such terms as 'demand-driven chains and networks', 'turning around chains', 'consumer orientation', 'customer orientation' or 'market orientation', a transition seems to take place from production-oriented to market-oriented firms and systems in agribusiness. The objective of this report is to increase our insights in the transition to marketoriented agribusiness. We develop this model from a theoretical perspective, building on industry evolution and punctuated equilibrium theory, as well as Tedlow's development model for marketing. We test this model and improve it by conducting a multiple, holistic case study in the dairy industry. The transition from production-oriented to market-oriented happened relatively recent in dairy, and its impact has been relatively dramatic. Within the European dairy industry, we compare two cases, i.e. Friesland Foods and Nordmilch. Overall, our cases provide support for the model. Both companies moved from a more fragmented industry structure, to a phase in which they increased scale and scope, and subsequently recognised the creation of customer value as a new key success factor (although Friesland was more able to respond to that than Nordmilch). An important exception is that our results also show that Friesland has throughout its history been an international company. The fact that Friesland (and some other European dairy firms) have operated in an international environment throughout its history and thereby learning from multinationals like Unilever and Nestlé that were encountered in the market, has influenced its mode of learning, development of marketing capabilities and brands, and contributes to the industry transition from production-oriented to market-oriented as a whole. To arrive at where it is now, Friesland adopted a pattern of continuous change early in its existence. Its brands, market positions abroad and marketing capabilities were gradually developed in a step-by-step manner. This contrasts strongly with the pattern of change we found at Nordmilch: for a long time it was successful with the strategy it had, due to its large domestic market and defining itself as a German rather than a European dairy firm, it could continue this strategy without being too much bothered by the changing environment of the European dairy industry. Once it received signals that the strategy was no longer feasible in the business environment (like a historically low milk price and the 10 entrance of a new competitor, Campina), it went through a transformation in which leadership, power structure, organisational structure, business unit strategy and core values and beliefs changed. These findings suggest that in order to become a company at the forefront of the industry, continuous change is a requirement rather than an advantage. Punctuated change leaves companies with the remaining strategic options in the industry, whereas companies that are also changing in a punctuated fashion but respond relatively late, are the ones that are absorbed by the others searching for scale advantages. On the basis of these results, implications are drawn for the dairy industry and extensions are drawn for other industries