Numerical experiments assuming land-use distributions of different heterogeneity of wet and dry surfaces were performed on a cloudy day in spring with a calm wind to examine their influences on the domain-averaged fluxes as well as on the distribution of the fluxes within the domain. The results substantiate that, for ]arge heterogeneity, i.e., small patches, the distribution of the patches plays no role in the magnitude of the atmospheric fluxes. For !arger patches, however, the domain-averaged latent heat-fluxes depend appreciably on both the heterogeneity as well as on the fractional coverage by the land-use types. On the average, for heterogeneous conditions, the prevailing land-use type governs the fluxes. Nevertheless, no exact linearity between the fractionally coverage of the two land-use types and the resulting fluxes exists. Discontinuities in the fluxes which lead to the non-linear behaviour of the domain-averaged fluxes occur at the border between two !arger areas of extremely different characteristics, namely, grass (wet, cool) and sand (dry, warm). Three different patterns of behaviour are found for the temporal development of the differences in the domain-averaged fluxes which depend on both the heterogeneity and the pattern of the land use. / Numerische Experimente, bei denen unterschiedlich heterogene Landnutzungsverteilungen trockener und feuchte Flächen angenommen werden, wurden für einen wolkigen Schwachwindtag im Frühjahr durchgeführt. Die Ergebnisse belegen, daß bei großer Heterogenität, d.h. kleinen Flächen, deren Anordnung keine Rolle spielt. Bei großen Flächen jedoch hängen die Gebietsmittelwerte der latenten Wärmeflüsse merklich sowohl von der Heterogenität als auch von dem Flächenanteil der Landnutzung ab. Im Mittel beherrscht der vorherrschende Landnutzungstyp die Flüsse. Dennoch ist kein exaktes lineares Verhalten zwischen dem Flächenanteil der Landnutzung und den resultierenden Flüssen vorhanden. Diskontinuitäten in der Verteilung der Flüsse, die letztendlich zu der Nichtlinearität der Gebietsmittelwerte der Flüsse führen, treten an den Grenzen der größeren Flächen unterschiedlicher Oberflächencharakteristika auf, in dieser Studie Gras (feucht, kühl) und Sand (trocken, warm). Drei unterschiedliche Verhaltensweisen im zeitlichen Verlauf der Differenzen der Gebietsmittelwerte der Flüsse wurden gefunden, die vom Muster und der Heterogenität der Landnutzung abhängen.

The influence of the concurrent land-use changes that took place in East-Germany from the Thirties to Eighties on micrometeorological conditions is examined. These land-use changes lead to a slightly warmer and drier atmospheric boundary layer (ABL). Moreover, they may significantly modify the partitioning of incoming energy between sensible and latent heat as well as partitioning of cloud-microphysical processes between the warm and cold path of precipitation formation. The atmospheric response to concurrent land-use changes deviates from superposition ( of the responses to simple land-use changes) also in areas of nonsignificant changes. / Der Einfluss der akkumulierten Landnutzungsänderungen, die zwischen den 30-er und 80-er Jahren in Ostdeutschland stattfanden, auf das Mikroklima wird untersucht. Diese Landnutzungsänderungen führen zu einer geringfügig wärmeren und trockeneren atmosphärischen Grenzschicht. Die Aufteilung der einfallendenden Energie in Flüsse fühlbarer und latenter Wärme sowie der wolkenmikrophysikalischen Prozesse in den warmen und kalten Pfad der Niederschlagsbildung ändern sich signifikant. Die atmosphärische Response auf die akkumulierten Landnutzungsänderungen weicht auch in Gebieten ohne signifikante Änderungen von der Superposition der Auswirkungen einfacher Landnutzungsänderungen ab.

The accomplished case studies focus on the influence of land-use on the distributions of latent heat-fluxes and cloud-water. The numerical case studies were performed with the threedimensional non-hydrostatic Mesoscale-Model GESIMA for different land-use distributions applying always the same initial conditions of a cloudy day in spring with a geostrophic wind of 8 m/s from the west. The cloud-water distributions at different times and at different levels, their temporal development, the daily sums of the domain-averaged latent heat-fluxes and cloud-water mixing ratios were investigated. Even simple initial conditions (no orography, stable atmosphere) and simple pattern in the land-use distributions emphasize that the influence of surface heterogeneity on meteorological processes cannot be neglected. As shown in this case study, land-use distribution influences the distribution and the amount of cloud-water as weil as the latent heat-flux. On the whole, all these processes are very complex and non-linear. / Die durchgeführten Sensitivitätsstudien konzentrieren sich auf den Einfluß der Landnutzungsverteilung auf die Flüsse latenter Wärme und das Wolkenwasser. Die numerischen Untersuchungen wurden mit dem dreidimensionalen nicht-hydrostatischen Mesoskalen-Modell GESIMA für verschiedene Landnutzungsmuster unter immer den gleichen meteorologischen Anfangsbedingungen für einen bewölkten Frühlingstag mit einem geostrophischen Wind von 8 m/s durchgeführt. Die Wolkenwasserverteilung zu bestimmten Zeiten und in bestimmten Niveaus, die zeitliche Entwicklung der Wolkenwasserverteilung, die Tagessummen der Gebietsmittelwerte der Flüsse latenter Wärme und des Wolkenwassers werden untersucht. Auch einfache Randbedingungen (keine Orographie, stabile, atmosphärische Bedingungen) und einfache Landnutzungsverteilungsmuster machen deutlich, daß der Einfluß der Heterogenität der Unterlage auf meteorologische Prozesse nicht zu vernachlässigen ist. Sie kann entscheidend die Verteilungen der Flüsse latenter Wärme und des Wolkenwassers beeinflussen. Die damit verbundenen Prozesse sind äußerst komplex und nicht linear.

Die Heterogenität unserer heutigen Landschaften und Habitate ist geprägt und von jahrzehntelanger Landnutzungsintensivierung. Die daraus hervorgegangene Verarmung von weiträumigen Arealen führte zu einer zeitlich und räumlich stark eingeschränkten Verfügbarkeit von Nistmöglichkeiten und Nahrungsressourcen für Wildbienen und Wespen. Die Folgen sich verändernder Ressourcenverfügbarkeit für Wildbienen und Wespen war und ist eine Gefährdung der Artenvielfalt und der Ökosystemprozesse, die diese Arten in Gang halten. Konsequenzen für diese wichtigen Bestäuber und Prädatoren sind kaum erforscht, genauso wenig wie für ihre Gegenspieler als natürliche Top-Down-Regulatoren. Nisthilfen für Wildbienen, Wespen und ihre natürlichen Gegenspieler eignen sich hervorragend um diese Wissenslücken zu füllen, da sie wertvolle Einblicke gewähren in ansonsten verborgene trophische Interaktionen, wie Parasitierung und Prädation, aber auch in Ökosystemprozesse wie Bestäubung und Reproduktion. Somit stellten wir uns in Kapitel II zunächst die Frage, wie die Abundanz von stängelnistenden Bienen und Wespen im Grünland von dessen Bewirtschaftung abhängt. Außerdem untersuchten wir, wie Landnutzung die Effektivität der Top-Down-Regulation von Wildbienen und Wespen durch zwei verschiedene Gruppen von Gegenspielern beeinflusst. Dazu haben wir einer der beiden Gruppen, den bodenlebenden Gegenspielern, den Zugang zu den Nisthilfen vorenthalten. In einer großangelegten Feldstudie, die sich über drei verschiedene Regionen Deutschlands erstreckte, installierten wir 760 Nisthilfen auf 95 Grünlandflächen. Der Versuchsplan beinhaltete gemähte und nicht gemähte Versuchsplots, sowie Plots mit und ohne Ausschluss von Bodenprädatoren. Wildbienen und Wespen besiedelten die Nisthilfen unabhängig davon, ob Bodenprädatoren nun Zugang zu den Nisthilfen hatten oder nicht. Allerdings erhöhte sich die Rate der von fliegenden Gegenspielern gefressenen und parasitierten Brutzellen (Fressrate) sobald bodenlebende Gegenspieler ausgeschlossen wurden. Diese Fressrate war vom experimentellen Mähen unabhängig. Jedoch wiesen ungemähte Versuchsplots marginal signifikant mehr Brutzellen von Wespen auf. Beide Manipulationen, das Mähen und der Prädatorausschluss, interagierten signifikant. So wurden auf gemähten Plots, auf denen Bodenprädatoren ausgeschlossen waren, höhere Fressraten der fliegenden Gegenspieler beobachtet, während dieser Effekt auf der ungemähten Plots ausblieb. Das Thema in Kapitel III ist der relative Einfluss lokaler Grünlandnutzung, Landschaftsdiversität und Landschaftsstruktur auf Artenvielfalt und –abundanz von Wildbienen, Wespen und ihrer fliegenden Gegenspieler. Dazu kartierten wir Landnutzungstypen innerhalb konzentrischer Kreise um die Versuchsplots. Mithilfe der digitalisierten Landschaftsdaten berechneten wir Indices als Maße für Landschaftsdiversität und –struktur für acht Radien bis 2000 m. Der negative Effekt lokaler Landnutzung auf die Wirtsabundanz war nur marginal signifikant. Jedoch stellten wir einen positiven Effekt der Landschaftsdiversität innerhalb kleiner Radien auf die Artenvielfalt und –abundanz der Wirte fest. Die fliegenden Gegenspieler allerdings profitierten von einer komplexen Landschaftsstruktur innerhalb großer Radien. Die letzte Studie, vorgestellt in Kapitel IV, behandelt die Bedeutung von Ressourcenverfügbarkeit für die Dauer von Fouragierflügen und die sich daraus ergebenen Konsequenzen für den Reproduktionserfolg der Roten Mauerbiene. Dazu beobachteten wir nistenden Bienen auf 18 Grünlandflächen in zwei der Untersuchungsregionen in Deuschland. Wir ermittelten die lokale Landnutzungsintensität, lokale Blütendeckung sowie Landschaftsdiversität und –struktur als wichtige potentielle Einflussfaktoren. Jede Grünlandfläche wurde mit acht Nisthilfen und 50 weiblichen Bienen ausgestattet. Verschiedene Nestbau-Aktivitäten, wie Fouragierflüge für Pollen und Nektar, wurden aufgenommen. Wir stellten fest, dass Fouragierflüge für Pollen und Nektar in komplexen, strukturreichen Landschaften signifikant kürzer waren, dass jedoch weder lokale Faktoren, noch Landschaftsdiversität eine Rolle spielten. Wir konnten keinen Zusammenhang zwischen der Dauer von Fouragierflügen und Reproduktionserfolg feststellen. Um eine räumlich und zeitlich konstante Versorgung von Nahrungs- und Nistressourcen zu gewährleisten und damit biotische Interaktionen, Diversität und Besiedlungserfolg von Wildbienen, Wespen und ihrer Gegenspieler zu unterstützen, empfehlen wir Maßnahmen, die sowohl die lokale Landnutzung als auch unterschiedliche Landschaftsfaktoren berücksichtigen. / Within the last decades, land use intensification reduced the heterogeneity of habitats and landscapes. The resulting pauperization led to habitats and landscapes that are spatially or temporally limited in food and nesting resources for solitary bees and wasps. Hence, biodiversity and ecosystem processes are seriously threatened. The impacts of changing resource conditions for valuable pollinators and (pest) predators remain poorly studied as well as their top-down regulation by natural enemies. Further, the reproductive success of solitary bees as response to changed resource distribution within foraging ranges is rarely examined. We considered trap-nesting bees, wasps and their antagonists as suitable model organisms to fill these gaps of knowledge, since trap nests provide insight into otherwise hidden trophic interactions, like parasitism and predation, as well as ecological processes, like pollination and reproduction. Moreover, trap-nesting species are established as essential biodiversity indicator taxa. Thus, we first asked in Chapter II how the reproduction of cavity-nesting bees and wasps in grasslands depends on local management Moreover, we tested land use effects on the effectiveness of two groups of antagonists in regulating bee and wasp populations by excluding ground-dwelling antagonists. We characterized nest closure type to determine their protective function against antagonist attacks. In a highly replicated, large-scaled study, we provided 95 grassland sites in three geographic regions in Germany with 760 trap-nests. The full factorial design comprised mown and unmown plots as well as plots with and without access of ground-dwelling predators to the trap nests. The colonization of bees and wasps was unaffected by ground-dwelling antagonists. However, excluding ground-dwellers enhanced the attack rate of flying antagonists. Experimental mowing marginally affected the colonization of wasps but not attack rates. Nevertheless, both treatments – mowing and predator exclusion – significantly interacted. The exclusion of ground-dwellers on mown plots resulted in higher attack rates of flying antagonists, whereas on unmown plots this effect of ground-dweller-exclusion on the attack rate of flying antagonists was not visible. Further, attack rates were determined by nest closure material, local abundance of different nest closure types as well as closure-associated antagonist species. In Chapter III, we studied the relative impact of local land use intensity, landscape composition and configuration on the species richness and abundance of bees, wasps and their antagonists. We analysed abundances and species numbers of hosts and their antagonists as well as parasitism rate and conducted a comprehensive landscape mapping. The digitized landscape data were the basis for further calculations of landscape metrics, like landscape composition and configuration within eight spatial scales ranging from 250 to 2,000 m radii. We used a compound, additive index of local land use intensity. Host abundance was only marginally negatively affected by local land use intensity. However, landscape composition at small spatial scales enhanced the species richness and abundance of hosts, while species richness and abundance of antagonists was positively related to landscape configuration at larger spatial scales. In the last study, presented in Chapter IV, we observed nesting bees on a selection of 18 grassland sites in two of the three research regions. We estimated the importance of resource distribution for pollen-nectar trips and consequences for the reproductive success of the solitary Red Mason Bee (Osmia bicornis). Local land use intensity, local flower cover as well as landscape composition and configuration were considered as critical factors of influence. We equipped each grassland site with eight trap nests and 50 female bees. Different nest building activities, like foraging trips for pollen and nectar, were measured. After the nesting season, we calculated measures of reproductive success. Foraging trips for pollen and nectar were significantly shorter in spatially complex landscapes but were neither affected by local metrics nor landscape composition. We found no evidence that the duration of pollen-nectar trips determines the reproductive success. Thus, to maintain trophic interactions and biodiversity, local land use as well as landscape diversity and spatial complexity should be accounted for to create spatial and temporal stability of food and nesting resources within small spatial scales. Concrete steps to support pollinator populations include hedges, sown field margins or other linear elements. These measures that enhance the connectivity of landscapes can also support flying antagonists.

Zugl.: Marburg, Universiẗat, Diss., 2005. / Zsfassungen in engl. Sprache.

München, Techn. Universiẗat, Diss., 2007.

Zugl.: Bern, University, Diss., 2005.

Zugl.: Freiburg (Breisgau), Univ., Diss., 2006

Zugl.: Berlin, Humboldt-University, Diss., 2007.

Techn. Univ., Habil.-Schr.--Braunschweig, 2003. / Literaturverz. S. 259 - 277.