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Los bosques del Sur del Ecuador tienen un alto valor para la conservación puesto que están muy amenazados pero también poseen altos niveles de biodiversidad y endemismo. Sin embargo, como el proceso de conservación es inherentemente espacial, la baja disponibilidad de información espacial acerca de los factores que promueven la vulnerabilidad de estos bosques y acerca de la distribución espacial de los objetivos de conservación ha provocado varios obstáculos para la conservación de los mismos. El objetivo principal de esta tesis fue generar información espacial acerca de las amenazas y los valores biológicos que ocurren en esta región para priorizar áreas de conservación. El segundo capítulo analizó los patrones de deforestación y fragmentación en la región desde 1976 usando fotografías aéreas e imágenes satelitales para identificar las áreas de bosque remanente, los frentes de deforestación, las tasas anuales de deforestación y las dinámicas de la composición y configuración del paisaje del Sur del Ecuador. Se registraron tasas anuales de deforestación de 0.75% (1976 – 1989) y 2.86% para dos periodos consecutivos. Se encontró también que el Sur del Ecuador está bajo un creciente proceso de fragmentación debido al incremento en el número de parches, el decremento en el tamaño promedio de los parches y el incremento en el aislamiento de los parches. Este estudió también contribuyó al mejor entendimiento de las dinámicas de cambio de los bosques tropicales. Se registró que la mayor superficie de bosque natural fue degradado o convertido a pastizales y que los principales frentes de deforestación están localizados en las zonas de bajas altitudes en los bosques siempreverdes premontanos. El tercer capítulo describe los patrones espaciales y temporales de la presión humana, debido a que este es uno de los principales factores que influencian la efectividad de las estrategias de conservación. Para esto se adaptó el Índice de Impacto Humano (HF) generado por Sanderson et al. (2002) y así evaluar los cambios espaciales en el HF durante 26 años a nivel de paisaje y de ecosistema. Esta información permitió identificar algunos “hotspots de cambio” y las áreas con menor influencia para de esta forma evaluar como los diferentes factores humanos contribuyen al HF y demostrar cuan efectiva ha sido el área protegida más importante de la región para reducir la presión humana al interior y exterior de sus límites. Los resultados muestran un notable incremento en los niveles de presión humana en el Sur del Ecuador y un decremento en el número de áreas sin influencia. Se identificó también que uno de los más importantes “hotspots de cambio” está localizado en la región occidental del área de estudio y en la cuenca baja del Río Zamora. Los tipos de vegetación con mayor influencia humana fueron los bosques secos estacionales y los matorrales en donde la densidad de la población fue el principal factor humano que contribuyó a los niveles de presión humana observados. Finalmente, se encontró que el Parque Nacional Podocarpus ha sido parcialmente efectivo para reducir la presión humana en su interior y exterior, puesto que los niveles de HF se incrementaron al interior del área protegida y en el área buffer pero fueron menores a los observados en las áreas circundantes. El cuarto capítulo analizó los patrones de diversidad alfa y beta de plantas endémicas para evaluar la congruencia entre ambos patrones e identificar áreas con prioridad para ser conservadas. Se encontró que el “hotspot” de diversidad alfa para las plantas endémicas está localizado en los Andes y que es poco congruente con las zonas que muestran los más altos niveles de diversidad beta, los cuales están concentrados mayormente en las estribaciones orientales y occidentales de los Andes y en las cordilleras costeras y amazónicas. También se encontró que aproximadamente 40% de la superficie con altos niveles de diversidad alfa y beta ha desaparecido debido a la deforestación y que solo el 30% remanente está bajo alguna categoría de conservación. De esta forma se proponen 12 áreas potenciales con alta prioridad para la conservación, las cuales mayormente esta localizadas en el Sur del Ecuador, para de esta forma mejorar la representatividad y complementariedad de la actual red de reservas. Finalmente, el quinto capítulo analiza los principales hallazgos de esta investigación remarcando las implicaciones para la conservación y sugiriendo áreas potenciales para ser conservadas con base a los niveles de presión humana, vegetación remanente y patrones de diversidad alfa y beta de plantas endémicas en la región Sur del Ecuador.

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Die Beziehung zwischen Genen und Verhalten ist in der Evolutionsbiologie von besonderem Interesse. Bestimmte Verhaltensweisen können die genetische Struktur natürlicher Populationen gestalten, dadurch deren genetische Diversität verändern und so ihr evolutives Schicksal beeinflussen. Abwanderung aus der Geburtsgruppe ist eine dieser Verhaltensweisen. Sie beeinflusst Genfluss, dessen Ausmaß die genetische Struktur von Populationen bestimmt. Paviane (Gattung Papio) sind ein besonders interessantes Forschungssystem um die Beziehung zwischen Verhalten und populationsgenetischer Struktur zu untersuchen. Die Evolution der Paviane wurde sowohl von historischem als auch gegenwärtigem Genfluss geprägt. Innerhalb dieser Gattung treten sowohl die überwiegende Abwanderung von Männchen als auch die überwiegende Abwanderung von Weibchen auf. Zudem wurde ihre gegenwärtige Verbreitung maßgeblich von Populationsausbreitung und –rückzug beeinflusst und es tritt häufig Genfluss zwischen verschiedenen Arten auf. In meiner Doktorarbeit untersuchte ich, wie verschiedene Abwanderungsmuster den Genfluss bei Pavianen beeinflussen. Damit hoffe ich zu einem besseren Ver-ständnis der Wechselbeziehung zwischen Verhaltensökologie und Genetik in natürlichen Populationen beizutragen. Ich fokussierte mich darauf, wie Unterschiede in den Sozialsystemen unterschiedlicher Pavianarten deren genetische Struktur beeinflussen. Die beobachteten Muster nutzte ich, um auf das geschlechtsspezifische Abwanderungsmuster bei Guineapavianen zu schließen, eine der am wenigsten untersuchten Pavianarten. Zudem untersuchte ich, wie sowohl historischer als auch gegenwärtiger Genfluss die genetische Struktur der Guineapaviane formten und ob es möglich ist von der Populationsausbreitung der Paviane Rückschlüsse auf die menschliche Evolutionsgeschichte zu ziehen. Um diese Fragen zu beantworten nutzte ich einen populationsgenetischen Ansatz, basierend auf im gesamten Verbreitungsgebiet gesammelten Kotproben, deren exakter geographischer Ursprung bekannt war. Ich analysierte sowohl autosomale Mikrosatelliten als auch Sequenzen der mitochondrialen Hypervariablen Region I. Meine Ergebnisse zeigen, dass die genetische Struktur der Guineapaviane am besten durch die überwiegende Abwanderung von Weibchen erklärt werden kann, sowohl in einem lokalen als auch im globalen Kontext. Weiblicher Genfluss führt zu einer hohen Diversität innerhalb von Populationen sowie einem Fehlen von genetisch-geographischer Struktur in mitochondrialer DNA. Nukleäre DNA hingegen zeigt eine starke globale geographische Struktur und Männchen sind im Vergleich zu Weibchen durch eine stärkere lokale Struktur gekennzeichnet. Dies entspricht den Vorhersagen für ein System, in welchem hauptsächlich Weibchen abwandern und Männchen in ihrer Geburtsgruppe verbleiben. Insgesamt scheint lokal begrenzte Abwanderung den wirksamen Genfluss auf eine Distanz unter 200 km zu beschränken, was zu einem starken Isolation-durch-Distanz Effekt und genetisch differenzierten Populationen führt. Anzeichen für Populationsausbreitung, die graduelle Struktur genetischer Variation, und mögliche Hinweise auf das “Allele-surfing” Phänomen, deuten auf eine historische westwärts gerichtete Ausbreitung von Guineapavianen hin. Introgressive Hybridisierung mit benachbarten Anubispavianen könnte genetische Muster im Bereich der Kontaktzone erklären, muss aber im Detail noch untersucht werden. Zusätzlich konnte ich zeigen, dass Mantelpaviane vermutlich im gleichen Zeitraum des Späten Pleistozäns von Afrika nach Arabien wanderten, wie Hypothesen für den modernen Menschen vorschlagen. Meine Studie ist die erste umfassende Analyse der genetischen Populationsstruktur der Guineapaviane und liefert Belege für die überwiegende Abwanderung von Weibchen in dieser Art. Dies untersützt die Ansicht, dass das Sozialsystem der Guineapaviane einige vergleichbare Merkmale zum System der Mantelpaviane aufweist und deutet somit darauf hin, dass während der Evolution dieser beiden Arten besondere evolutionäre Drücke gewirkt haben, die sie von allen anderen Pavianarten abgrenzen. In Kombination mit dem starken Einfluss von Populationsausbreitungen auf ihre Verbreitung und genetische Diversität, bekräftigt meine Arbeit Paviane als interssanten analogen Modellorganismus, der helfen kann, die Prozesse die während der Evolution des Menschen maßgeblich waren, aufzuklären.

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Grünland spielt eine große Rolle in der Landnutzung und nimmt ein Drittel der landwirtschaftlich genutzten Fläche von Europa ein. Als Konsequenz der Intensivierung landwirtschaftlicher Bewirtschaftungsmaßnahmen der letzten 60 Jahre nahm die Produktivität des Grünlands zu während die Diversität dieser Systeme abnahm. In Grünland-Ökosystemen spielt Stickstoff (N) eine Schlüsselrolle – N bedingt die Primärproduktion und beeinflusst die Biodiversität. Zudem kann eine steigende N-Verfügbarkeit gasförmige Emissionen, wie z.B. Distickstoffoxid (N2O) und Stickstoffmonoxid (NO) fördern, die eine große Rolle in der Atmosphäre spielen und zur globalen Erwärmung beitragen. Eine höhere Nitratauswaschung (NO3-) aus Böden kann eine Gefahr für die Grundwasserqualität sein. N-Verluste durch Ausgasung von N2O und NO sowie NO3--Auswaschung sind dabei die Folgen der mikrobiellen Prozesse Denitrifikation und Nitrifikation. In dieser Studie haben wir den Effekt von unterschiedlichen Bewirtschaftungsintensitäten und funktioneller Pflanzendiversität auf die N-Verluste und Ökosystemfunktionen untersucht. Die Studie ist Teil des Excellenzclusters „Funktionelle Biodiversitätsforschung“ der Georg-August-Universität Göttingen und wurde durch das Niedersächsische Ministerium für Wissenschaft und Kultur finanziert. Die Studie wurde im Rahmen von zwei interdisziplinären Projekten (BIOMIX & GRASSMAN) von 2008 bis 2010 im Solling, Niedersachsen, Deutschland durchgeführt. Wir untersuchten von Rindern und Schafen beweidetes Grünland (BIOMIX) und gemähtes Grünland mit unterschiedlichen Bewirtschaftungsintensitäten (GRASSMAN). In beiden Projekten wurde die funktionelle Pflanzendiversität durch Herbizide eingestellt. Der Fokus unserer Arbeit lag auf den N-Verlusten (N2O and NO Emissionen, NO3--Auswaschung) und der N Dynamik (Netto und Brutto Mineralisation). In GRASSMAN berechneten wir zusätzlich die N-Nutzungseffizienz und die N-Rückhalteeffizienz auf Ökosystemebene. Dabei ist die N-Nutzungseffizienz das Produkt der Aufnahmeeffizienz (definiert als N-Aufnahme der Pflanze pro verfügbares N) und der N-Nutzungseffizienz auf Pflanzenebene (definiert als Produktivität pro N-Aufnahme der Pflanze). Darüber hinaus berechnen wir N-Rückhalteeffizienz in Böden als einen Index, der das Verhältnis von N-Verlusten zu dem im Grünland verbleibenden N beschreibt. In BIOMIX haben wir die Auswirkung von Beweidung und Pflanzenarten-zusammensetzung auf N2O and NO Emissionen untersucht. Die mit einem Herbizid gegen Dikotyle vorbehandelten Weiden wurden mit Rindern oder Schafen Rotationsweise beweidet. Mittlere N2O Emissionen lagen bei 38.7 µg N2O-N m-2 h-1, mittlere NO Emissionen betrugen 2.4 µg NO-N m-2 h-1. Kumulative NO-N Emissionen waren höher auf den von Schafen beweideten Flächen als auf den von Rindern beweideten Flächen. In einem kontrollierten Applikations-Experiment führte die Behandlung mit Rinderurin zu höheren N2O Emissionen als die Behandlung mit Schafurin. Die Emissionshöchstwerte von 1921 µg N2O-N m-2 h-1 bei Behandlung mit Rinderurin im Vergleich zu 556 µg N2O-N m-2 h-1 bei Schafurin standen im Zusammenhang mit unterschiedlichen N-Einträgen pro Ausscheidung der Tiere. Die Emissionshöchstwerte der mit Dung behandelten Flächen waren im Vergleich mit den jeweiligen Urinbehandlungen viel geringer. Die N2O Emissionsfaktoren betrugen 0.4% für Rinderurin, 0.5% für Schafurin, 0.05% für Rinderdung und 0.09% für Schafdung. Sowohl das Beweidungs-Experiment, als auch das kontrollierte Applikations-Experiment zeigten, dass die Pflanzenartenzusammensetzung auf N-Emissionen im Vergleich zum Einfluss der Weidetierart auf N-Emissionen unbedeutend war. Trotz höherer N-Einträge auf Rinderweiden waren die N-Emissionen aus der Schafbeweidung höher. Wir führten dies auf die gleichmäßigere Verteilung von Schafs-Exkrementen im Vergleich zu Rindern-Exkrementen zurück. In GRASSMAN untersuchten wir die Auswirkungen von unterschiedlichen Bewirtschaftungsregimen (Düngung und Schnittintensität) und Pflanzenarten-zusammensetzung auf die N-Verluste (N2O Emissionen, NO3- Auswaschung) und die N-Dynamik (Netto und Brutto Mineralisation) und kalkulierten die N-Nutzungseffizienz und die N-Rückhalteeffizienz. Ein dreifaktorielles Design mit folgenden Faktoren wurde über einen Zeitraum von zwei Jahren etabliert: Düngung (180 – 30 – 100 kg NPK ha-1 yr-1 und keine Düngung), Schnittintensität (ein- und dreimal pro Jahr) und Pflanzenartenzusammensetzung (eine unbehandelte Kontrolle, eine Dikotyl-erhöhte und eine Monokotyl-erhöhte Grasnarbe). In 2009 wurden die N2O Emissionen erheblich von beiden Bewirtschaftungsfaktoren (Düngung und Schnittintensität) beeinflusst, während in 2010 nur die Düngung die N2O Emissionen beeinflusste. In 2009 wurden NO3- Auswaschungsverluste durch Düngung und in 2010 von beiden Bewirtschaftungsfaktoren (Düngung und Schnittintensität) beeinflusst. Die Netto N-Mineralisation Raten wurden in 2009 nur von der Düngung beeinflusst. In 2010, zeigte nicht nur die Düngung, sondern auch die Schnittintensität einen Einfluss auf die Netto N-Mineralisation Raten. Weder die Bewirtschaftung (Düngung) noch die Pflanzenartenzusammensetzung hatte einen Einfluss auf die Brutto N-Mineralisation. Die N-Nutzungseffizienz wurde vor allem durch die Düngung und als weiterer Faktor durch die Schnittintensität in 2009 beeinflusst, welche 41% bzw. 3% der Varianz erklärten. In 2010 hatte die Düngung mit 24% der erklärten Varianz einen geringeren Effekt auf die N-Nutzungseffizienz, während die Auswirkungen der Schnittintensität (12%) und die Pflanzenartenzusammensetzung (6%) stärker ausgeprägt waren. Die N-Nutzungseffizienz war auf ungedüngten Flächen größer als auf gedüngten, in den dreimal geschnittenen Flächen höher als in den einmal geschnittenen, und in der unbehandelten Kontrolle höher als in der Monokotyl-erhöhte oder Dikotyl-erhöhte Grasnarbe. Düngung verringert die N-Nutzungseffizienz durch die Abnahme in der N-Aufnahmeeffizienz und der N-Nutzungseffizienz auf Pflanzenebene, während die Schnittintensität und die Pflanzenartenzusammensetzung nur durch die N-Aufnahmeeffizienz beeinflusst werden. Die N-Rückhalteeffizienz wurde nur für 2010 berechnet und wurde durch die Düngung und die Pflanzenartenzusammensetzung mit 22% und 17% der erklärten Varianz beeinflusst. N-Rückhalteeffizienz nahm in der Reihenfolge unbehandelte Kontrolle > Dikotyl-erhöhte > Monokotyl-erhöhte Grasnarbe mit einem signifikanten Unterschied zwischen der unbehandelten Kontrolle und der Monokotyl-erhöhten Grasnarbe ab. Die N-Rückhalteeffizienz ist mit dem mikrobiellen Ammonium (NH4+) und der mikrobiellen Biomasse hoch und mit der N-Aufnahme der Pflanzen nur gering korreliert, was die Bedeutung der mikrobiellen N Retention im System Boden-Pflanze unterstreicht. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Bewirtschaftung der wichtigste und bestimmende Faktor der Ökosystemfunktionen eines Grünlands ist. Düngung, Schnittintensität und Beweidung beeinflussen die N-Nutzungseffizienz, die N-Rückhalteeffizienz und die N-Verluste. Die Zusammensetzung der botanischen Grasnarbe hat einen geringen Einfluss auf den N Kreislauf oder die N-Nutzungs- und die N-Rückhalteeffizienz. Wobei die Pflanzenartenzusammensetzung der unbehandelten Kontrolle (~70% Monokotyle und ~30% Dikotyle), die sich unter der extensiven Langzeit-Bewirtschaftung eingestellt hatte, die höchsten Effizienzen zeigte - sowohl eine Erhöhung der Monokotyledonen als auch eine Erhöhung der Dikotyledonen führte zu einer Verringerung der Effizienzen. Darüber hinaus sind N-Nutzungs- und N-Rückhalteeffizienz geeignete Werkzeuge, die sich zur Evaluierung ökologischer Nachhaltigkeit von Pflanzenartenzusammensetzungen und Management-Praktiken im Grünland eignen.

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