Die Vielfalt des Lebens stellt vielleicht den größten Schatz des Planten Erde dar und ist Lebensgrundlage der Menschheit. Der beispiellose weltweite Rückgang von Biodiversität ist daher eines der drängendsten Probleme unserer Zeit. In Europa sind der großflächige Verlust nährstoffarmer artenreicher Grasland- und Moorökosysteme im Zuge der Industrialisierung der Landwirtschaft und in zunehmendem Maße der Klimawandel Haupttreiber des dramatischen Rückgangs von Biodiversität. Die schnellen und umgreifenden Prozesse des globalen Wandels erfordern eine zügige Verbesserung des wissenschaftlichen Kenntnisstandes zu den interagierenden Auswirkungen von Landnutzungs- und Klimawandel um die dringend erforderlichen Maßnahmen zum Schutz der Biodiversität gewachsener Kulturlandschaften möglichst effektiv gestalten zu können. Im vorliegenden Promotionsvorhaben werden Zusammenhänge zwischen Biodiversitätsmustern auf der einen sowie Landnutzung und Klima auf der anderen Seite in einem nationalen Biodiversitätshotspot untersucht. Das Untersuchungsgebiet, der Südschwarzwald, ist ein typisches Mittelgebirge welches sich durch einen hohen Anteil artenreichen Magergrünlands sowie durch ein bedeutsames Netz von verschieden ausgeprägten Mooren auszeichnet. Von herausragender Bedeutung für das Vorkommen einer Vielzahl gefährdeter Arten sind die dort reliktisch erhaltenen Allmendweidesysteme. Die Arbeit verfolgt einen breiten biozönotischen Ansatz, der die Erfassung von drei taxonomischen Gruppen (Vögel, Tagfalter und Heuschrecken) umfasst. Alle drei Gruppen gelten als exzellente Bioindikatoren. Montane Ökosysteme zeichnen sich durch eine außergewöhnliche Artenvielfalt und das Vorkommen kälteliebenden Arten aus und spielen in Bezug auf den Erhalt der biologischen Vielfalt eine herausragende Rolle. Allerdings sind montane Regionen gegenwärtig in besonderem Maße von Nutzungsintensivierung sowie den Folgen fortschreitender Sukzession nach Nutzungsaufgabe betroffen und erfahren im Zuge des Klimawandels eine überproportionale Erwärmung. In diesem Promotionsvorhaben werden vor diesem Hintergrund Änderungen in der Verbreitung von Heuschrecken sowie einer montanen Vogelart, der Ringdrossel, über einen Zeitraum von drei beziehungsweise zwei Jahrzehnten anhand historischer Referenzdaten beleuchtet und zur Habitatqualität sowie zu Klimadaten in Bezug gesetzt. Weiterhin wird das Vorkommen von Heuschrecken und gefährdeten Tagfaltern in Zusammenhang mit der Landnutzungsintensität über einen weiten Feuchtegradienten analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass sich der Klimawandel bereits negativ auf das Vorkommen montan verbreiteter Arten auswirkt. Der Verlust von Schlüsselressourcen, zum Beispiel bis weit in den Frühsommer ausapernde Schneefelder, spielt hierbei eine entscheidende Rolle. Große Extensivweiden waren kaum von Biodiversitätsverlusten betroffen. Dies wird mit der Strukturvielfalt dieser Weiden begründet, welche einerseits die Koexistenz von spezialisierten Arten mit unterschiedlichen Habitatansprüchen ermöglicht und andererseits ein breites mikroklimatisches Spektrum bedingt, welches lokale Anpassungen an veränderte Klimabedingungen ermöglicht. Die Untersuchungen konnten außerdem belegen, dass die Landnutzungsintensität die strukturelle Ausstattung von Habitaten und damit das Vorkommen von Arten über einen weiten hydrologischen Gradienten entscheidend beeinflusst. Sowohl ausbleibende als auch intensive Nutzung führen zu strukturell vereinheitlichten, artenarmen Habitaten. Eine kontinuierliche, extensive Nutzung hingegen fördert heterogene Habitatstrukturen mit vormals charakteristischen Landschaftselementen (z.B. kurzrasige und lückige Vegetationsstrukturen mit hohen Offenbodenanteilen) und die damit assoziierten, artenreichen und anspruchsvollen Artengemeinschaften. In gewachsenen Kulturlandschaften, wie sie den überwiegenden Teil Europas einnehmen, sollten Maßnahmen zum Erhalt von Biodiversität in Grasland- und Moorökosystemen folglich extensive Nutzungsformen fördern. Eine konsequente, großflächige Umsetzung dieser Strategie könnte den Rückgang von heterogenen Habitatstrukturen und der daran gebundenen Arten aufhalten und umkehren. Hierbei kommt großflächigen Standweiden mit selbstorganisierten Rinderherden, idealerweise unter Nutzung lokaltypischer, robuster Rinderrassen, eine besondere Bedeutung zu. Nachgeordnet ist auch eine ein- oder zweischürige Mahd in räumlich-zeitlichen Mosaikmustern und mit rotierenden Altgrasstreifen zu empfehlen. In Anpassung an den Klimawandel sollten sich Maßnahmen in montanen Regionen vermehrt auf mikroklimatisch kühlere Bereiche konzentrieren.

In north-western Germany, inland dunes and natural floodplains were widespread in the past. Due to the regulation of the natural course, large rivers have experienced serious anthropogenic influences resulting in a decline of adjacent natural floodplains. The realization of a restoration project in north-western Germany had the aim to restore a floodplain composed of inland dunes and seasonally flooded grasslands. Within this project, the response of wild bee communities to such restoration measures was evaluated. Therefore, an analysis of the succession and distribution patterns of wild bee communities in restored and target habitats was conducted. In chapter 1 and 2 the success of the restoration measures was evaluated by a comparative analysis of wild bee communities at restoration and target sites. The results show a rapid colonization of a species-rich wild bee community reflecting a community composition which is composed of generalists, specialists and parasitic species. The quantity of entomophilous plant species and the proportion of bare ground had a strong influence on wild bee species composition. To gain insight into the connectivity of wild bee populations, the population genetic structure of two wild bee species, Andrena vaga and Andrena fuscipes was analysed in chapter 3 and 4. Additionally, general intrinsic factors that maintain the genetic diversity and influence the degree of inbreeding were evaluated in chapter 5 on the basis of an extensive literature survey. These results reflect a high dispersal ability and inter-population movement of wild bees. For both species a high genetic diversity within populations and a low genetic differentiation among populations was found. In conclusion, wild bees proved to be useful indicators for monitoring the effects of restoration projects. The combination of population genetic analyses and community monitoring provides the opportunity to evaluate different aspects of restoration success.

Terrestrial environments are highly complex and dynamic. It consists of various types of soils which are constantly exposed to fluctuating conditions affecting their physical and biological properties. Moreover, soils are delivering several ecosystem services with high relevance for the human well-being such as water purification, nutrient cycling, or biodegradation. For many of those ecosystem services, microorganisms are the main drivers. In consequence, it is important to understand the functional response of microbial ecosystems to disturbances. Thus, identifying key factors for the functional stability of microbial ecosystems in terrestrial environments is of high interest. A powerful tool for analysing dynamics and underlying mechanisms of ecosystems are computational simulation models. Within this doctoral thesis, a spatiotemporally explicit bacterial simulation model was developed for assessing dynamics of biodegradation as a typical microbial ecosystem function under the influence of disturbances. Disturbances were introduced as lethal events for the bacteria within a certain, randomly picked disturbance area. The disturbance characteristics vary in the spatial configuration and frequency of the disturbance events. Functional stability was analysed in terms of the ability to recover the function after a single disturbance event, i.e. functional resilience, and the ability to maintain the function during recurrent disturbance events, i.e. functional resistance. Key factors for functional stability were assessed by systematically varying properties and processes of the microbial ecosystem and characteristics of the disturbance regime. Simulation results show a high influence of the disturbance characteristics, especially its spatial distribution pattern, on the stability of biodegradation. Functional resistance and resilience increase with fragmentation of the spatial pattern of the disturbances. The frequency of recurrent disturbance events proved also essential for the functional resistance: if the disturbances occur too often, the emergence of a functional collapse may not be preventable. However, if the fragmentation of the applied disturbance patterns increases, the function is also maintained under more frequent disturbances without a functional collapse. Ecological processes such as bacterial dispersal and growth are shown to enhance the biodegradation performance, but only under specific disturbance regimes, again depending on frequency and fragmentation of the disturbances. Dispersal networks are shown to increase the functional stability in many scenarios and, thus, may serve as a buffer mechanism against disturbances. Therefore, strategies facilitating these ecological processes, for instance stimulating fungi that act as dispersal networks for bacteria, or modulating the physical soil structure to alter the spatial configuration of disturbances are proposed to increase the functional stability of microbial ecosystems.

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The objective of the thesis is the model-based analysis of spatial patterns of decomposition properties on the forested slopes of the montane level (ca. 1200-2200 m a.s.l.) in a study area in the Italian Alps (Val di Sole / Val di Rabbi, Autonomous Province of Trento). The analysis includes humus forms and enchytraeid assemblages as well as pH values, activities of extracellular enzymes and C/N ratios of the topsoil. The first aim is to develop, test and apply data-based techniques for spatial modelling of soil ecological parameters. This methodological approach is based on the concept of digital soil mapping. The second aim is to reveal the relationships between humus forms, soil organisms and soil microbiological parameters in the study area. The third aim is to analyze if the spatial patterns of indicators of decomposition differ between the landscape scale and the slope scale. At the landscape scale, sample data from six sites are used, covering three elevation levels at both north- and south-facing slopes. A knowledge-based approach that combines a decision tree analysis with the construction of fuzzy membership functions is introduced for spatial modelling. According to the sampling design, elevation and slope exposure are the explanatory variables. The investigations at the slope scale refer to one north-facing and one south-facing slope, with 30 sites occurring on each slope. These sites have been derived using conditioned Latin Hypercube Sampling, and thus reasonably represent the environmental conditions within the study area. Predictive maps have been produced in a purely data-based approach with random forests. At both scales, the models indicate a high variability of spatial decomposition patterns depending on the elevation and the slope exposure. In general, sites at high elevation on north-facing slopes almost exclusively exhibit the humus forms Moder and Mor. Sites on south-facing slopes and at low elevation exhibit also Mull and Amphimull. The predictions of those enchytraeid species characterized as Mull and Moder indicators match the occurrence of the corresponding humus forms well. Furthermore, referencing the mineral topsoil, the predictive models show increasing pH values, an increasing leucine-aminopeptidase activity, an increasing ratio alkaline/acid phosphomonoesterase activity and a decreasing C/N ratio from north-facing to south-facing slopes and from high to low elevation. The predicted spatial patterns of indicators of decomposition are basically similar at both scales. However, the patterns are predicted in more detail at the slope scale because of a larger data basis and a higher spatial precision of the environmental covariates. These factors enable the observation of additional correlations between the spatial patterns of indicators of decomposition and environmental influences, for example slope angle and curvature. Both the corresponding results and broad model evaluations have shown that the applied methods are generally suitable for modelling spatial patterns of indicators of decomposition in a heterogeneous high mountain environment. The overall results suggest that the humus form can be used as indicator of organic matter decomposition processes in the investigated high mountain area.

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Wir befinden uns inmitten einer globalen Biodiversitätskrise mit steigender Aussterberate, die die natürliche Hintergrundrate bereits jetzt um das Tausendfache überschreitet. In terrestri-schen Lebensräumen geht vom Landnutzungswandel die größte Gefahr für die Biodiversität aus. Besonders die ursprünglich hohe Vielfalt im mitteleuropäischen Grünland ist seit der In-dustrialisierung durch Nutzungsintensivierung und -aufgabe stark zurück gegangen. Traditionell genutztes, beweidetes Grünland ist in Mitteleuropa selten geworden. Dennoch deuten einige aktuelle Studien auf seine große Bedeutung für den Erhalt der Biodiversität in der Agrarland-schaft hin. Allerdings fehlen umfassende, systematische Untersuchungen für viele traditionelle Grünlandsysteme. Um diese Wissenslücke zu verringern, untersuchte ich in meiner Dissertation die Relevanz voralpiner, traditionell bewirtschafteter Allmendweiden als Refugium für bedrohte Zielarten (Baumpieper [Anthus trivialis], Blaukernauge [Minois dryas]) sowie für arten- und individuenreiche Zoozönosen (Heuschrecken [Orthoptera]) der mitteleuropäischen Agrarlandschaft. Gepaarte Vergleiche von Allmendweiden und angrenzenden Flächen mit identischen Standortbedingun-gen (Referenzflächen) ermöglichten den Vergleich der Arten bzw. -gruppe anhand von Umwelt-parametern in den Vegetationstypen Grünland auf Mineralboden und offenen Mooren. Der Un-tersuchungsraum in Südbayern stellt den Verbreitungsschwerpunkt für Allmendweiden und intakte bis naturnahe Moorökosysteme in Deutschland dar. Meine Analysen zeigen, dass sich der Landnutzungswandel drastisch auf die Referenzflä-chen, die früher überwiegend Teil der Allmendweiden waren, auswirkte: Im Vergleich zu den Weiden weisen sie (i) homogene Strukturen auf Landschafts- und Habitatebene, (ii) geringe Anteile nährstoffarmer Habitate und (iii) eine geringe Besiedlung von Vögeln und Insekten auf. Somit sind sie weitgehend ungeeignet für den Erhalt der Biodiversität. Die einzige Ausnahme innerhalb der Referenzflächen bilden traditionell genutzte Heu- und Streuwiesen. In den Allmendweiden sorgt die traditionelle Beweidung (0.5–2.0 Großvieheinheiten/ha von Mai–Oktober) für eine hohe strukturelle Vielfalt mit nährstoffarmen Habitaten und fließende Übergänge zwischen Wald und Offenland. So können saisonal bzw. innerhalb des Lebenszyklus wechselnde Ansprüche vieler typischer Agrarlandschaftsarten im eng verzahnten Mosaik wert-voller Habitate erfüllt werden. Der Erhalt der Allmendweiden ist für das Überleben von Agrar-landschaftsarten im Untersuchungsgebiet essenziell. Eine Ausdehnung der Allmendweiden-Nutzung auf angrenzende Flächen ist unbedingt zu empfehlen.