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Patterns and drivers of epochal changes in grassland biodiversity in Switzerland: The Square Foot Project

English title Patterns and drivers of epochal changes in grassland biodiversity in Switzerland: The Square Foot Project
Applicant Dengler Jürgen
Number 197641
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Forschungsgruppe Vegetationsökologie Institut f. Umwelt und Natürliche Ressourcen ZHAW
Institution of higher education Zurich University of Applied Sciences - ZHAW
Main discipline Ecology
Start/End 01.01.2021 - 31.12.2024
Approved amount 632'000.00
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All Disciplines (5)

Discipline
Ecology
Agricultural and Forestry Sciences
Other disciplines of Environmental Sciences
Environmental Research
Botany

Keywords (12)

Macroecology; Biodiversity; Land use change; Biotic invasion; Conservation; Eutrophication; Vegetation plot; Resurvey; Landscape structure; Scale dependence; Grassland; Global change

Lay Summary (German)

Lead
Die Grasländer Mitteleuropas sind von grosser ökologischer und ökonomischer Bedeutung. Ihre Artenvielfalt hat sich unter dem Einfluss des Menschen verändert und ist drastisch zurückgegangen. Mit einem weltweit einmaligen Datensatz historischer Vegetationsaufnahmen zielt das Projekt darauf, diesen Wandel über mehr als ein Jahrhundert zu quantifizieren und die wichtigsten Ursachen zu identifizieren.
Lay summary

Während der letzten 100–150 Jahre ist die Biodiversität der Erde so dramatisch zurückgegangen, dass inzwischen vom sechsten Massenaussterbeereignis der Erdgeschichte gesprochen wird. Während die Tatsache des Rückgangs an sich unbestritten ist, ist es unklar, welche Facetten von Biodiversität wie betroffen sind. Auch die relative Bedeutung verschiedener Ursachen (Landnutzungswandel, Klimawandel, Standortveränderung/-verlust, Nährstoffanreicherung, Vereinfachung der Landschaft, nichtheimische Arten) ist nicht genau bekannt.

Unlängst wurde ein historischer Datenbestand von etwa 600 präzisen Vegetationsaufnahmen von einem Quadratfuss Fläche (0.3 m x 0.3 m) aus dem Zeitraum 1870–1930 gefunden, welcher sehr genau abbildet, wie der Artenreichtum und die Artenzusammensetzung der Grasländer (Wiesen und Weiden) der Schweiz damals aussah. Im Projekt sollen diese alten Untersuchungen an ungefähr den gleichen Stellen wiederholt werden. Dadurch lässt sich genau quantifizieren, wie stark der Artenreichtum zurückgegangen ist und ob unterschiedliche Grünlandtypen oder Artengruppen unterschiedlich betroffen sind. Da die historischen Beschreibungen aus der ganzen Schweiz stammen, aber die möglichen Ursachen des Biodiversitätswandels regional unterschiedlich stark waren, lässt sich in einem zweiten Schritt auch feststellen, welchen Stellenwert etwa Klimawandel, Nährstoffeintrag und Entwässerung hatten.

 

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts

Das Verständnis für das Ausmass und die Ursachen des Artenverlustes sind sowohl für die Grundlagenforschung wie für die angewandte Praxis relevant. In einem Teilprojekt wird es entsprechend darum gehen, zu analysieren, ob und wie unter heutigen Rahmenbedingungen artenreiches Grünland erhalten werden kann.

Direct link to Lay Summary Last update: 06.10.2020

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Project partner

Abstract

Over the last century, biodiversity on Earth has declined dramatically across taxa, ecosystems and regions, which has prompted various scientists to coin it the sixth mass extinction. While the fact as such is beyond doubt, it is unclear which facets of biodiversity (e.g. fine vs. coarse scale; alpha/beta/gamma; taxonomic/phylogenetic/functional) are affected and how, and which drivers (e.g. land use change, climate change, habitat change/loss, eutrophication, landscape simplification, biotic invasions) are the most relevant ones. As most quantitative studies on biodiversity change are local to regional, cover a few decades at best and address only one or a few drivers, it is not surprising that their results are idiosyncratic and often contradictory. The understanding of patterns and processes of anthropogenic biodiversity change/loss is strongly impeded by the lack of long-term monitoring datasets of species assemblages that have been sampled in a consistent way across larger geographic and ecological extent. For natural and semi-natural grasslands, which host a big part of Europe’s biodiversity and are among the most threatened habitat types, such a dataset has recently been discovered: Between 1883 and 1931, three botanists have sampled 590 vegetation plots of grasslands of any type across the whole of Switzerland with a highly standardised and precise method - they determined all vascular plant species on areas of 0.3 m × 0.3 m (“square foot”) and measured the above-ground dry weight of each species. With the Square Foot Project, we aim to resurvey the plots of this globally unique dataset and combine it with the wealth of spatially resolved historical and current environmental and land use data that are available in Switzerland to address the following objectives:Objective 1: Diversity change across Switzerland. Quantify the multiple facets of biodiversity change of grassland vegetation over more than a century at the national extent of Switzerland and attribute it to the wide set of drivers under discussion.Objective 2: Compositional change across Switzerland. Partition the observed biodiversity change of grassland biodiversity into responses of individual species to drivers and how they translate into changes in community assembly.Objective 3: In-depth comprehension of mechanisms of change. Relate the grassland diversity and composition change to aspects of land use, fertilisation, climate change and other drivers, account for potential indirect effects such as via increases in mean plant size or altered type of nutrient limitation.Objective 4: Applications and scenarios. Project drivers into the future and infer on the expected impact on grassland composition as well as promising conservation strategies.Our approach will allow us to quantify how different facets of plant biodiversity changed over such a long period, how this change varied geographically and how these patterns aggregate at larger grain sizes. Moreover, given the size of the dataset, the availability of data on environmental drivers and their significant variation across Switzerland, to our knowledge, this will be the first data-based, comprehensive evaluation of the effects of all commonly discussed drivers and their interactions. This will allow quantifying their relative importance. In-depth comparisons of the current average with the historic average and the currently most biodiverse grasslands in Switzerland will further allow us to develop scenarios for the future and identify key measures for maintaining grassland plant biodiversity.
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