Vorlesungszyklus "Modellierung"

Räumlich-statistische Modellierung von Verbreitungsmustern von Pflanzen und funktionalen Gruppen

Dr. Ingolf Kühn

Department Biozönoseforschung
 
Modellierung.kühn.26.10.05
 

26. Oktober 2005, 14:30 Uhr, Saal 2 des Leipziger KUBUS

Ökologisch relevante Merkmale können als Surrogate für so genannte funktionale Merkmale angesehen werden (Weiher et al. 1999). Unterschiedliche Theorien verknüpfen solche Merkmale mit Umweltvariablen. Daneben gibt es eine Reihe von Analysen, die die Verbreitung von Pflanzenarten mit Hilfe von Umweltvariablen erklären können. Um jedoch ein verallgemeinertes Bild zu erhalten, ist es möglich und sinnvoll, die Artebene zu verlassen und die Verbreitung von (funktionalen) Merkmalen in ihren Umweltbedingungen zu modellieren (z. B. Wright et al. 2004). Dies kann wichtige Einblicke in Ökosystemfunktionen geben (z. B. Diaz & Cabido 2001; Diaz et al. 2004).

In unserer Arbeitsgruppe werden erstmals großräumig und flächendeckend Verbreitungsmuster von Pflanzen-Merkmalen in ihren Umweltbedingungen analysiert, um schlussendlich Erkenntnisse über ökosystemare Prozesse ableiten zu können. Beispielhaft werden Verbreitungsmuster von Bestäubungstypen und von Samengrößen in Deutschland vorgestellt. Beide Merkmale sind relevant, da sie der Vermehrung dienen und so dem Fortbestand und der Ausbreitung von Pflanzen.

Bei derartigen Analysen treten häufig methodische Probleme auf: Zum einen tritt bei Verbreitungsdaten (fast) immer das Problem der (positiven) räumlichen Autokorrelation auf, d. h. sich räumlich näher liegende Untersuchungsflächen sind sich auch in ihrer Artausstattung und ihren Umweltvariablen ähnlicher. Hierdurch bedingte statistische Probleme können z. B. durch räumlich autoregressive Modelle (z. B. Lichstein et al. 2002) umgangen werden. Ein weiteres Problem tritt bei Merkmalen mit mehreren Zuständen auf, die sich in ihrer Zusammensetzung auf 100% addieren (z.B. unterschiedliche Bestäubungstypen wie Insektenbestäubung, Windbestäubung, Selbstbestäubung). Auch hierfür wurden spezielle Verfahren entwickelt (Aitchison 1982; Billheimer et al. 1997; Billheimer et al. 2001), die in der ökologischen Analyse jedoch weitgehend unbekannt sind.

Im Rahmen des Vortrages sollen Probleme der Modellierung, Methoden zum Umgang mit diesen Problemen und natürlich die resultierenden Ergebnisse vorgestellt werden.

Literatur

  • Aitchison,J., (1982) The Statistical-Analysis of Compositional Data. Journal of the Royal Statistical Society Series B-Methodological 44: 139-177.
  • Billheimer,D., Cardoso,T., Freeman,E., Guttorp,P., Ko,H. & Silkey,M., (1997) Natural variability of benthic species in the Delaware Bay. Journal of environmental and ecological statistics 4: 95-115.
  • Billheimer,D., Guttorp,P. & Fagan,W.F., (2001) Statistical interpretation of species composition. Journal of the American Statistical Association 96: 1205-1214.
  • Diaz,S. & Cabido,M., (2001) Vive la difference: plant functional diversity matters to ecosystem processes. Trends in Ecology & Evolution 16: 646-655.
  • Diaz,S., Hodgson,J.G., Thompson,K., Cabido,M., Cornelissen,J.H.C., Jalili,A., Montserrat-Marti,G., Grime,J.P., Zarrinkamar,F., Asri,Y., Band,S.R., Basconcelo,S., Castro-Diez,P., Funes,G., Hamzehee,B., Khoshnevi,M., Perez-Harguindeguy,N., Perez-Rontome,M.C., Shirvany,F.A., Vendramini,F., Yazdani,S., bbas-Azimi,R., Bogaard,A., Boustani,S., Charles,M., Dehghan,M., de Torres-Espuny,L., Falczuk,V., Guerrero-Campo,J., Hynd,A., Jones,G., Kowsary,E., Kazemi-Saeed,F., Maestro-Martinez,M., Romo-Diez,A., Shaw,S., Siavash,B., Villar-Salvador, P. & Zak,M.R., (2004) The plant traits that drive ecosystems: Evidence from three continents. Journal of Vegetation Science 15: 295-304.
  • Lichstein,J.W., Simons,T.R., Shriner,S.A. & Franzreb,K.E., (2002) Spatial autocorrelation and autoregressive models in ecology. Ecological Monographs 72: 445-463.
  • Weiher,E., van der Werf,A., Thompson,K., Roderick,M., Garnier,E. & Eriksson,O., (1999) Challenging Theophrastus: A common core list of plant traits for functional ecology. Journal of Vegetation Science 10: 609-620.
  • Wright,I.J., Reich,P.B., Westoby,M., Ackerly,D.D., Baruch,Z., Bongers,F., Cavender-Bares,J., Chapin,T., Cornelissen,J.H.C., Diemer,M., Flexas,J., Garnier,E., Groom,P.K., Gulias,J., Hikosaka,K., Lamont,B.B., Lee,T., Lee,W., Lusk,C., Midgley,J.J., Navas,M.L., Niinemets,U., Oleksyn,J., Osada,N., Poorter,H., Poot,P., Prior,L., Pyankov,V.I., Roumet,C., Thomas,S.C., Tjoelker,M.G., Veneklaas,E.J. & Villar,R., (2004) The worldwide leaf economics spectrum. Nature 428: 821-827.

Anregungen, Fragen und Wünsche bitte an:
Dr. Vera Bissinger
vera.bissinger@ufz.de

Foto: M. Scholz/UFZ