PI x JF = Terrestrisk Økologi

Transkript

1 PI x JF = Terrestrisk Økologi

2 Filosofi Samarbejde Kausale sammenhænge Hypotesetestende forskning Forskning basis for undervisning og rådgivning Forståelse af observationer via abiotiske faktorer og økosystemprocesser Kombinerer eksperiment, felt, (big)data, GIS, og modellering Kvantitative

3 Risikovurdering Effekt, sandsynlighed, respons, økotoksikologi Tungmetaller, GMO, kemikalier, nano, klima, pesticider Naturlige økosystemer Arktis, Heder, Garrique, marsk,. pleje, luftforurening, tålegrænser Biodiversitet Agerlands økosystemer Marken og dens randbiotoper, jordbund jordbehandling, Pesticider, Gødskning, planter, insekter jordfauna Tropiske økosystemer Biologisk udviklingsbistand Ørkendannelse, Biokontrol Biodiversitet Økosystem Interaktioner Community genetics bestøvning, biokontrol, jordbund Art Økofysiologi barcoding Klima, miljøfremmede stoffer, jordbund

4 Forskning Rådgivning - Undervisning Grundforskning Applied forskning EU forskning (H2020??) Betalt rådgivning MIM Betalt rådgivning FVM Undervisning 1. Statistik 2. Dyr i ekstreme miljøer 3. Arthropodernes økologi og diversitet 4. Zoologisk feltkursus 5. Biologisk bekæmpelse 6. Risikovurdering af miljøfarlige stoffer 7. Nutrient cycling 8. Jordbundsbiologi 9. Human Security -Agroecology, foodsystems and food security 10. Human Security - Methods Ca. 25 ph.d. studerende

5 EU finansieret forskning DANIDA Resultat kontrakt NAER og MIM rekvireret rådgivning via DCE og DCA Private fonde Statslige fonde EU rådgivning MIM konkurr enceuds at rådgivni ng MIM og NAER strategiske forskningsmidler Undervisning DCEforsknin gsmidler AUF F

6 DCA/ NAER MIM MST NST DCE AU Virksom heder DK - UNI U-lande Afrika Asien EU I-lande Australien Canada USA

7 Plante og Insektøkologi Morten Strandberg Christian Damgaard Knud Erik Nielsen Peter Sørensen Beate Strandberg Jesper Bak Gösta Kjellsson Marianne Bruus Helle Ravn Bodil Ehlers Yoko Dupont Jørgen Axelsen Joachim Offenberg Anne Mette Lykke Team af højt kvalificerede teknikere

8 Jordfauna & Økotoksikologi John Jensen Martin Holmstrup Paul Henning Krogh Janeck Scott Fordsmand

9 Økotoksikologi Forskningsaktiviteter (pesticider, nanomaterialer, restprodukter og gødning) Ren økotox >>>>> Økotox i økosystem kontekst National rådgivning om miljøfarlige stoffer i restprodukter, gødning, forurenede grunde EU rådgivning om pesticider, nanomaterialer og lægemidler Undervisning

10 Faglige præsentationer 1. Martin Holmstrup: Jordbundsdyrs økofysiologi 2. Paul Henning Krogh: Jordbundsøkologi 3. Christian Damgaard: Økoinformatik 4. Bodil Ehlers: Plante plante interaktion 5. Beate Strandberg: Floristiske respons 6. Marianne Bruus: Blomster og bier 7. Peter Borgen Sørensen: Dronedata 8. Anne Mette: Biologisk udviklingbistand

11 Martin Holmstrup

12 AARHUS UNIVERSITY DEPARTMENT OF BIOSCIENCE Jordbundsdyrs økofysiologi grundvidenskab og anvendt forskning Martin Holmstrup

13 Model organismer orme mikroarthropoder springhaler mider

14 Regnormes bioturbation Hvis: 1. Der findes 100 g frisk regnorme biomasse pr. m 2 2. Orme hver dag spiser lige så meget jord som de selv vejer 3. Orme er aktive 6 mdr. om året Så vil: 20 kg jord passere gennem regnormes tarm hvert år Eller: Et jordlag på 1 cm passerer gennem regnorme hvert år

15 Grundforskning Hvordan overlever jordbundsdyr tørke? Hvordan kan enchytræer tåle at være frosne 8 mdr. om året på Svalbard? Anvendt forskning Hvad vil global opvarmning betyde for jordbundsdyrs udbredelse og funktion? Hvad betyder forurening med miljøfremmede stoffer for jordbundsdyr? Kan jordbundsdyr gennem evolutionære processer adaptere til klimatiske ændringer lige så hurtigt som klimaændringerne sker? Multiple stressors: Er der synergi mellem effekter af naturlige og kemiske stressorer? Og hvorfor?

16 Grundvidenskabelige forskningsspørgsmål Finansiering Hvordan kan utætte springhaler overleve i ugevis i meget tør jord? Hvordan tåler dyr intern isdannelse? Villum Fonden FNU Carlsbergfondet PhD-projekter Specialeprojekter Hvilken rolle spiller membransammensætning for kuldetolerance? Hvor hurtigt kan lokal adaptation opstå gennem evolutionære processer? Undervisning: Dyr i extreme miljøer (10 ECTS)

17 Anvendt forskning: forskningsspørgsmål Hvad vil global opvarmning betyde for jordbundsdyrs udbredelse og funktion? Finansiering Villum Fonden (CLIMAITE)

18 Anvendt forskning: forskningsspørgsmål Hvad er mekanismen bag synergistiske interaktioner mellem naturlige stressorer og forurening? Finansiering FNU PhD projekter specialeprojekter

19 Anvendt forskning: forskningsspørgsmål Kan jordbundsdyr gennem evolutionære processer adaptere til klimatiske ændringer lige så hurtigt som klimaændringerne sker? Finansiering Villum Fonden (Evolutionary responses to climate change) FNU (Evolutionary responses of soil invertebrates to global warming)

20 Fremtiden Udfordringen er at holde fokus! Fortsat samarbejde omkring økofysiologi med Zoofysiologi og Genetik og Økologi Bringe vores kendskab til økofysiologi i spil i forhold til meget anvendt forskning (IPM) Centeransøgning eller mindre ansøgninger?

21 Paul Henning Krogh

22 Perspektiver for jordbundsbiologien P.H. Krogh

23 Status Jordbundsbiologien er fundament for en række af vore forskningstemaer Stressbiologi Økotoksikologi Biodiversitet Økofysiologi Agroøkologi Økosystemtjenester: fra organisme til Klimaforskning Arktis Undervisning i en række emner indenfor ovenstående

24 Status visioner Nye retninger i RKS Bioinformatik Biodiversitet Taksonomi v 2.0: NGS, 3 rd GS Transcriptomics Økosystem økologi Anvendt økologi: Bæredygtighed økologisk vurdering af landbrugsformer og andre forstyrrelser Økologiske markører Compound specific isotope analysis (CSIA) Økoinformatik Kortlægning og mekanistisk forståelse: biodiversitet, udbredelse, land use, soil science, biologiske interaktioner

25 Hvor skal Bioscience satse? Samarbejde om uddannelse med: Agroøkologi, ENVS og KU/Biologi Bioscience hidtil ikke åben for at videreføre temaet i undervisningen Internt tværgående samarbejde? Nedtonet pga. Opgivelse af faggrupperne Blokeret af fagdisciplinær indelukkethed? Vi har rigeligt med samarbejde intet akut behov Understøtte internationalt samarbejde Finansiering via samarbejde med eksterne partnere (ex AU) Understøtte tværgående AU samarbejde

26 Hvorfor skal vi have åbne databaser som SoilBioStore.AU.dk? Kvalitetssikring af data input/output Understøtte vort workflow: Biodiversitetsregistrering fra planlægning prøvetagning videnskabelig rapportering Opfylde internationale standarder for data-udveksling og deling Understøtte DCE/AU s miljømoniteringsforpligtelser med top-kvalitetsdata og metadata Sikre samarbejde og integration af biodiversitetsdata over landegrænser Samle vore egne historiske data til en baseline, overvågning og økoinformatisk analyse

27 Christian Damgaard

28 Økoinformatik Økologisk forskning og rådgivning vil i fremtiden blive mere og mere afhængig af økoinformatik Behov for kvantitative prognoser med kendt usikkerhed Anvende big data med variabel relevans for konkret problemstilling NOVANA data, N deposition, anden overvågning Data fra satellitter, fly og droner Citizen science

29 Fra økologiske mønstre til processer Vigtigt at udvikle metoder som gør det muligt at analysere lokal abundans (fx dækning, frekvens eller tæthed) i stedet for kun presence/absence data tage hensyn til den rumlige kovarians Anvende big data i sammenhæng med LTER data opskalering af effekter af klima, kvælstof og glyfosat Brandbjerg og Mols Kalø

30 Structural Equation Modeling (SEM) Ved hjælp af SEM prøver man at finde kausale sammenhænge i stedet for kun statistiske sammenhænge (betinget uafhængighed) SEM kan ofte anvendes som et samlende koncept for planlægning og dataanalyse af både forsknings- og rådgivningsprojekter God til at formidle komplicerede forskningsresultater

31 Eksempler på SEM Kvælstof og forsuring Klima

32 Klokkelyng på våde heder - brug af NOVANA data Kan manipuleres Estimeret usikkerhed

33 Bodil Ehlers

34 Fagligt indlæg til møde med ledelsesgruppen Aug Plante interaktioner og Community Genetics Community Genetics : Integration af Community Økologi med Evolutions Biologi Har genetiske variation og lokal tilpasninger nogen betydning for arters interaktioner og samfundenes artsrigdom/diversitet?

35 Community Genetics Fra 2003->: Stigende dokumentation for at genetisk variation indenfor især foundation-arter har stor betydning for samfundsstruktur & sameksistens ultimativt betydning for biodiversitet Lovende felt med potentiale for at give ny viden om interaktioner og sameksistens Udfordring: Genetisk variation er vagt, gen. var. for hvad?, hvor meget variation?, på hvilken rumlig skala er det vigtigt?

36 Model System: Aromatiske Thymus Meditterranean: Artsrigt!! & Domineret af aromatiske planter Timian: Genetisk polymorfi for monoterpen produktion Mosaik af mikro-miljøer enten påvirket eller ikke af timians olier Monoterpenernes funktion: Allelopatiske: - Forsvar mod herbivori/patogener - hæmmer spiring og vækst af andre planter - Påvirker vækst af jord bakterier og svampe (ændre på N tilgængelighed i jord) Der er en variation imellem monoterpenerne i deres effekt på andre arter Fordel: Genetisk variation (7 kemotyper) i en art for et kendt træk som vi ved påvirker interagerende arter

37 Experienced Total vegetative biomass (g) Naive Total vegetative biomass (g) Betydning af timians kemiske polymorfi for: Lokal tilpasning hos planter Samfundets Artsrigdom og Artssammensætning 8 300m 2 > 250 plante arter! Control Carvacrol Control Carvacrol G*E: Planter klarer sig bedre (spiring,biomasse) på deres home chemotype (Achillea, Agrostis, Plantago, Campanula, Bromus) Ehlers & Thompson, Oecologia 2004, Grøndahl & Ehlers. J. Ecology 2008 Jensen & Ehlers, Oecologia 2010 Ehlers Pone, Ehlers et al Ecol Evol Ehlers et al. J. Ecology 2014 Timian øger artsrigdommen lokalt og i samfundet: Flere arter i T kvadrater end NT kvadrater Artssammensætning i T og NT forskellig Effekt på artsrigdom og sammensætning varierer med chemotype!!

38 Hvordan kan en allelopatisk busk give større artsrigdom og hvorfor varierer det mellem chemotyper? Vi ved noget om: - Nogle kemotyper undertrykker flerårige (konkurrence stærke) græsser -> bedre forhold for konkurrence følsomme arter (mange en-få årige urter) (Hvor græsserne udviser lokal tilpasning til deres home-chemotype deres abundans større og artsrigdommen lavere) - G*G*E(kemotype) interaktioner for plante-plante interaktioner: Udfaldet af konkurrence mellem arter/genotyper kan skifte fra konkurrence til facilitering afhængig af om de vokser på T jord eller NT-jord! dominans forhold mellem arter ændres Vil gerne vide om: Timians nærmiljø giver et enemy free space som kan have betydning for artsrigdom og sameksistens? (monoterpener afskrækker/hæmmer herbivorer og patogener men effekten varierer med kemotype og herbivor/patogen arter)

39 PC2 PC2 PC2 PC2 Polymorfiens betydning for en kendt sommerfugle interaktion Jordtorpsåsen (N=6) 1 0,8 Ekelunda (N=22) 0,5 0-0,5-1 0,6 0,4 0,2 0 Gårdby Sandhed (N=20) 0-0,5-1 -1,5-2 -2,5 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Hallnäs Udde (N=7) = control = egg PC2 effect on egg status: Chi 2 = , p = Maculinea Arion (Sortplettet blåfugl) lægger sine æg på timian planter. Valget af æg plante Afhænger af timian oliernes kemiske sammensætning (Grøndahl et al. In prep)

40 Genetisk variation har betydning for at forstå samspil mellem arter!!! Påvirke andre arters økologi, evolution og sameksistens Udvikling af lokal tilpasninger til det biotiske miljø viser vigtigheden af at inddrage arters co-evolutionære historie (over kort og lang tid) for at forstå sameksistens Timian polymorfi kemisk mosaik Arters fitness, tilpasning, og processer mellem dem Lignende effekter i samfund i respons på anden kemi Brugen af pesticider? Forurenet jord? Invasive arter (kemi plus co-evolutionær historie)

41 Fremtidig målsætning (håb): Etablering af Thymus på BIOS som et Europæisk model system for Community Genetics (findes pt kun i N. Amerika) Interacting Herbivore/pollinator Interacting plant species Soil organisms Pathogens, N-cycling Fordel: - Nyt system, bringe mere præcision (kemisk polymorfi) til Community genetics. - Mulighed for at rykke vores viden om biotiske interaktioner og co-eksistens indenfor og på tværs af trofiske niveauer Udfordring: - Finde midler til at etablere et sådant model system på BIOS (basic science) - Vedligeholdelse af internationale (e.g. CEFE/CNRS) og nationale samarbejder

42 Timians kemotype polymorfi i Danmark T. pulegioides large thyme T. serpyllum breckland thyme 2. Bulbjerg 8. Lendrup 7. Uggerby Å 11. Mulbjerge Melsted Arnager 15. Dysbjerg Tågelund 21. Røjle Bushøj Klint 17. Almindkrog 18. Hestebakken 3. Ulbjerg Flyndersø Klosterhede n 22. Nymindegab 14. Ballumbjerg Havneby Høvbleget Jernhatten Strands 13. Korshage 16. Bjerghammer Grøndahl & Ehlers, Keefover-Ring unpubl

43 Beate Strandberg

44 Floristiske respons Beate Strandberg Møde med ledelsesgruppen I Bioscience 28. august 2014

45 Pesticider Miljøfremmede stoffer Tungmetaller og PAH Landbrugsdrift Gødskning Jordbehandling Slåning/høst Klima CO 2 Temperatur Floristiske respons Plantens vækst og reproduktion (blomstring og frøsætning) Traits Diversitet Funktionalitet Fødekæder Økosystem funktion Økosystem tjenester

46 Herbicider har effekt på blomstring af nontarget planter i marknære biotoper Dosis-respons forsøg Felteksperiment Monitering i marknære biotoper 1 planteart 1 herbicid i afdriftsrelevante doser Eksponering umiddelbart før blomstring Dataindsamling: 0-60 dage Ca. 30 plantearter 1 herbicid (glyfosat) + kvælstof Eksponering ultimo maj Dataindsamling: juni-november Mange plantearter Mange herbicider Eksponering via afdrift Dataindsamling: aprilseptember

47 Days after exposure Cumulative no of flowers Days after exposure Cumulative no of flowers Herbicidet fluroxypur påvirker blomstring Herbicidet reducer antallet af blomster pr. plante Herbicidet forsinker blomstringen a) 50 a 35 b) b C a a b c 15 3 c B d A A control Doses (g active ingredient pe hectare) A A B B control Doses (g active ingredient per hectare) Boutin, Strandberg et al. 2014

48 Glyphosat reducerer og forsinker blomstring af rejnfan

49 Glyphosat reducerer og forsinker blomstring af rejnfan Dupont, Strandberg & Damgaard (in prep.)

50 Blomstring i økologiske og konventionelle hegn Blomstrende arter pr. måned *** alle tokimbladede arter *** biplanter økobrug konventionel 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Blomstringsperiodens (måned) *** alle tokimbladede arter *** biplanter økobrug konventionel Boutin, Strandberg et al I hegn på øko-brug (fravær af pesticider) Flere plantearter blomstrer og blomstrer mere Tidligere og længere blomstringsperiode

51 Blomstring i hegn med og uden herbicidfri randzone 5 arter blomstrer kun med randzone 1/3 af øvrige arter blomstrer signifikant mere (P < ) med randzone Forøgelse af blomstring sker allerede det år randzonen etableres Strandberg et al m

52 Ensartet respons i alle undersøgelser Herbicider reducerer og forsinker blomstring i marknære habitater

53 Potentiale, perspektiver, visioner Resultaterne indgår i EFSA scientific opinion Indgår i forslag til ny godkendelsespraksis i EU, der inkluderer effekter på terrestriske non-target planter Udvikling af Blomstringsindikator for herbicidbelastning Yderligere forskning, nationalt og internationalt samarbejde (fx projektet PENTA) Væsentlig økologisk betydning (fx føderessourcer for bier)

54 Marianne Bruus

55 Bier og blomster Marianne Bruus Yoko Dupont Beate Strandberg Peter Borgen Sørensen

56 Baggrund Nedgang i antal og arter af bestøvere relateret til udvikling i landbruget kausalitet? Honningbien beskyttes via godkendelsesordning for pesticider Andre arter anden levevis Subletale og indirekte effekter også ukendte Efterspørges af bl.a. EFSA

57 Subletale effekter af pesticider på bier

58 Væsentlige resultater Eksponering for pesticider (mark + afdrift) Indikation af subletale effekter i felten Følsomhed for pesticider kan variere mellem arter Potentielt betydelige indirekte effekter, idet mange herbicider hæmmer blomstring ved små doser

59 Igangværende projekt Subletale effekter af en udvalgte pesticider på jordhumle (Bombus terrestris) Betydningen af interaktion med andre stressorer (sult og parasitter) Tests på forskellige trin, fra enkeltdyr og mikro-kolonier i laboratoriet til standardstader i felten

60 Laboratorietests

61 Semifelttests

62 Felttest

63 RFID-mærking

64 Udfordringer i fremtiden Andre arter og andre pesticider Betydningen af andre stressorer (landskab, ressourcer ) Hvad betyder konkurrencen fra honningbier? Finansiering: Projekter som ikke inkluderer pesticider Løn til fastansatte akademikere Opbygning af ekspertise vedr. andre arter Tekniske løsninger til indsamling af store mængder data

65 Peter Borgen Sørensen

66 Droner og terrestrisk økologi Forståelsen af plante og insekt økologi lider ofte under mangle på data, pga. stor rumlig og tidslig heterogenitet. Bedre og flere data er ofte afgørende for fremtidige gennembrud i forskningen.

67 Klassisk feltbiologi

68 Ny feltbiologi

69 Drone i forskellig klasser Styring i luften Dataindsamling avanceret drone Fuld automatisk robot Lidar scanner 6-bånds kamera Simpel drone Manuel kontrol Synligt lys (billeder)

70 Måling af blomstertæthed med simpel drone Digital billedbehandling sammenholdes i en generel lineær model med manuelt optalte cirkler til bestemmelse af blomstertæthed over hele blomsterstriben Manuel optælling af blomster

71 Drone-strategi tunge drone-ansøgninger med afslag Evaluering I PI gruppen satser vi på simple droner Aktiviteter: Egen køb af simpel drone, der bruges i projekter Bioscience workshop i oktober Etablering af stærkt internt netværk (Agro-sciencebioscience, ingeniør, (-jura)), hvor dronerelaterede projekter interagere. Ca 21 personer.

72 Anne Mette Lykke & Jørgen Axelsen &

73 Ulandsforskning i Vestafrika Anne Mette Lykke & Jørgen Aagaard Axelsen Institut for Bioscience, Aarhus Universitet TERI afdelingsmøde for sektion for terrestrisk økologi og jordfauna økologi 28/ AARHUS UNIVERSITY DEPARTMENT OF BIOSCIENCE

74 Baggrund: projekter over 24 år ( ) Anvendt forskning Kapacitetsopbygning Undervisning Vejledning (> 50 phd studerende) Rådgivning Praktisk anvendelse af forskningsresultater - fx træplantning, naturforvaltning og skadedyrskontrol 2014 AARHUS UNIVERSITY DEPARTMENT OF BIOSCIENCE Lykke AM & Axelsen JA, Ulandsforskning i Vestafrika 74

75 Projekter ENRECA I, II, III + IV Danida Kapacitetsopbygning i botanik og vegetation SEREIN I + SEREIN II Danida Tværfaglig ulandsforskning SUN EU INCO-dev Bæredygtig udnyttelse af naturlig vegetation PRELISS I + PRELISS II Danida Græshoppekontrol og fødevaresikkerhed UNDESERT EU FP7 Ørkenspredning og klimaændringer QUALITREE Danida Udnyttelse af lokale træer til olieproduktion Vævermyrer I + II Danida + STF Biologisk skadedyrskontrol i mango og cashew BSU I + BSU II Danida 2014 AARHUS UNIVERSITY DEPARTMENT OF BIOSCIENCE Lykke AM & Axelsen JA, Ulandsforskning i Vestafrika 75

76 Faglighed Biodiversitet og vegetation Etnobotanik Lokale træarter med potentiale Ørkenspredning og klimaændringer Carbon sequestrering og salg Biologisk bekæmpelse Beslutningsstøttesystemer 2014 AARHUS UNIVERSITY DEPARTMENT OF BIOSCIENCE Lykke AM & Axelsen JA, Ulandsforskning i Vestafrika 76

77 Problemer Vurderingskriterier på instituttet Anvendt forskning Fagligt niveau i Afrika Rådgivning og ulandsprojekter Ting tager lang tid Er der interesse for ulandsforskning? Finansiering ved forskellige rammevilkår Samme fonde som AU-lønnede forskere (1 mill ekstra pr år) Fonde har få eller ingen lønmidler Manglende koordinering på Bioscience Ulandsforskere spredt på fsk afdelinger Ingen overordnet koordinering 2014 AARHUS UNIVERSITY DEPARTMENT OF BIOSCIENCE Lykke AM & Axelsen JA, Ulandsforskning i Vestafrika 77

78 Perspektiver AU Center for tropisk økologi Opgaver for centret Overblik over ressourcepersoner og projekter Samarbejde ml. AU- og ikke-au-lønnede forskere Koordinere ansøgninger (Danida og EU) skabe overblik & sætte teams (fx BSU-Danida) på forkant med financieringmuligheder løbende kontakt til finansieringskilder Kan vi skaffe EU projekter som enkeltpersoner? Expertise i administration Fælles formidling Samspil med undervisning fx Human Security Master program 2014 AARHUS UNIVERSITY DEPARTMENT OF BIOSCIENCE Lykke AM & Axelsen JA, Ulandsforskning i Vestafrika 78