TY - JOUR A1 - Heim, Wieland A1 - Eccard, Jana A1 - Bairlein, Franz T1 - Migration phenology determines niche use of East Asian buntings (Emberizidae) during stopover JF - Current zoology N2 - Stopover niche utilization of birds during migration has not gained much attention so far, since the majority of the studies focuses on breeding or wintering areas. However, stopover sites are crucial for migratory birds. They are often used by a multitude of species, which could lead to increased competition. In this work, we investigated niche use of 8 migratory and closely related Emberiza bunting species at a stopover site in Far East Russia, situated on the poorly studied East Asian fly-way. We used bird ringing data to evaluate morphological similarity as well as niche overlap on the trophic, spatial, and temporal dimension. Bill morphology was used as a proxy for their trophic niche. We were able to prove that a majority of the species occupies well-defined stopover niches on at least one of the dimensions. Niche breadth and niche overlap differ between spring and autumn season with higher overlap found during spring. Morphological differences are mostly related to overall size and wing pointedness. The temporal dimension is most important for segregation among the studied species. Furthermore, all species seem to exhibit a rather strict and consistent phenological pattern. Their occurrence at the study site is highly correlated with their geographic origin and the length of their migration route. We assume that buntings are able to use available resources opportunistically during stopover, while trying to follow a precise schedule in order to avoid competition and to ensure individual fitness. KW - bird migration KW - Emberiza KW - habitat use KW - non-breeding KW - phenology KW - stopover Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1093/cz/zoy016 SN - 1674-5507 SN - 2396-9814 VL - 64 IS - 6 SP - 681 EP - 692 PB - Oxford Univ. Press CY - Oxford ER - TY - GEN A1 - Heim, Wieland A1 - Eccard, Jana A1 - Bairlein, Franz T1 - Migration phenology determines niche use of East Asian buntings (Emberizidae) during stopover T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Stopover niche utilization of birds during migration has not gained much attention so far, since the majority of the studies focuses on breeding or wintering areas. However, stopover sites are crucial for migratory birds. They are often used by a multitude of species, which could lead to increased competition. In this work, we investigated niche use of 8 migratory and closely related Emberiza bunting species at a stopover site in Far East Russia, situated on the poorly studied East Asian flyway. We used bird ringing data to evaluate morphological similarity as well as niche overlap on the trophic, spatial, and temporal dimension. Bill morphology was used as a proxy for their trophic niche. We were able to prove that a majority of the species occupies well-defined stopover niches on at least one of the dimensions. Niche breadth and niche overlap differ between spring and autumn season with higher overlap found during spring. Morphological differences are mostly related to overall size and wing pointedness. The temporal dimension is most important for segregation among the studied species. Furthermore, all species seem to exhibit a rather strict and consistent phenological pattern. Their occurrence at the study site is highly correlated with their geographic origin and the length of their migration route. We assume that buntings are able to use available resources opportunistically during stopover, while trying to follow a precise schedule in order to avoid competition and to ensure individual fitness. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1038 KW - bird migration KW - Emberiza KW - habitat use KW - non-breeding KW - phenology KW - stopover Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-470607 SN - 1866-8372 IS - 1038 SP - 681 EP - 692 ER - TY - GEN A1 - Baumbach, Lukas A1 - Siegmund, Jonatan Frederik A1 - Mittermeier, Magdalena A1 - Donner, Reik Volker T1 - Impacts of temperature extremes on European vegetation during the growing season T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Temperature is a key factor controlling plant growth and vitality in the temperate climates of the mid-latitudes like in vast parts of the European continent. Beyond the effect of average conditions, the timings and magnitudes of temperature extremes play a particularly crucial role, which needs to be better understood in the context of projected future rises in the frequency and/or intensity of such events. In this work, we employ event coincidence analysis (ECA) to quantify the likelihood of simultaneous occurrences of extremes in daytime land surface temperature anomalies (LSTAD) and the normalized difference vegetation index (NDVI). We perform this analysis for entire Europe based upon remote sensing data, differentiating between three periods corresponding to different stages of plant development during the growing season. In addition, we analyze the typical elevation and land cover type of the regions showing significantly large event coincidences rates to identify the most severely affected vegetation types. Our results reveal distinct spatio-temporal impact patterns in terms of extraordinarily large co-occurrence rates between several combinations of temperature and NDVI extremes. Croplands are among the most frequently affected land cover types, while elevation is found to have only a minor effect on the spatial distribution of corresponding extreme weather impacts. These findings provide important insights into the vulnerability of European terrestrial ecosystems to extreme temperature events and demonstrate how event-based statistics like ECA can provide a valuable perspective on environmental nexuses. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 642 KW - event coincidence analysis KW - Central Great-Plains KW - climate-change KW - precipitation extremes KW - weather extremes KW - soil-moisture KW - time-series KW - NDVI KW - phenology KW - trends Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-418018 SN - 1866-8372 IS - 642 SP - 4891 EP - 4903 ER - TY - JOUR A1 - Metz, Johannes A1 - von Oppen, Jonathan A1 - Tielbörger, Katja T1 - Parental environmental effects due to contrasting watering adapt competitive ability, but not drought tolerance, in offspring of a semi-arid annual Brassicaceae JF - The journal of ecology N2 - Parental effects (PE) can be adaptive and improve offspring performance when parents and offspring experience similar environmental conditions. However, it is unknown whether adaptive PE exist also in habitats where such similarity is unlikely due to strong temporal variation. In particular, we do not know whether PE can adapt offspring to fluctuating levels of neighbour competition in such habitats. Here, we tested for adaptive PE in terms of two key environmental factors in a semi-arid annual system, competition and drought. While rainfall was stochastic in the study site, the competitive environment was partly predictable: higher plant densities followed after favourable (rainy) years due to high seed production. We therefore expected PE to adapt the offspring's competitive ability to these (predictable) fluctuations in plant densities, rather than to adapt the offspring's drought tolerance to the (unpredictable) occurrence of intensified drought. Parental plants of Biscutella didyma, an annual Brassicaceae, were raised under favourable watering and under drought conditions. Offspring performance was then tested under a full-factorial combination of two neighbour regimes and six watering levels in the glasshouse. Offspring of parents grown under favourable conditions were stronger competitors. This was associated with a small shift in phenology but not with higher parental seed provisioning. Offspring from parents grown under drought showed no improved drought tolerance. Moreover, no PE were detectable when offspring were grown without neighbours. Our results suggest a novel path of adaptive PE: higher competitive ability was induced in offspring that were more likely to experience high neighbour densities. Together with the lack of adaptive PE towards drought tolerance, this emphasizes that a correlation between parental and offspring environment is crucial for adaptive PE to evolve. Our results also call for the inclusion of competitive effects in future PE studies.Synthesis. This study demonstrates the important role of adaptive PE for plant fitness (regarding competition) but also their limits (regarding drought) in temporally variable environments, based on the predictability of the respective environmental factor. KW - annual plants KW - Biscutella didyma KW - competition KW - dryland ecosystems KW - maternal environmental effects KW - phenology KW - plant population and community dynamics KW - plant-plant interactions KW - transgenerational plasticity KW - water stress Y1 - 2015 U6 - https://doi.org/10.1111/1365-2745.12411 SN - 0022-0477 SN - 1365-2745 VL - 103 IS - 4 SP - 990 EP - 997 PB - Wiley-Blackwell CY - Hoboken ER - TY - THES A1 - Huber, Veronika Emilie Charlotte T1 - Climate impact on phytoplankton blooms in shallow lakes T1 - Der Einfluss des Klimas auf Algenblüten in Flachseen N2 - Lake ecosystems across the globe have responded to climate warming of recent decades. However, correctly attributing observed changes to altered climatic conditions is complicated by multiple anthropogenic influences on lakes. This thesis contributes to a better understanding of climate impacts on freshwater phytoplankton, which forms the basis of the food chain and decisively influences water quality. The analyses were, for the most part, based on a long-term data set of physical, chemical and biological variables of a shallow, polymictic lake in north-eastern Germany (Müggelsee), which was subject to a simultaneous change in climate and trophic state during the past three decades. Data analysis included constructing a dynamic simulation model, implementing a genetic algorithm to parameterize models, and applying statistical techniques of classification tree and time-series analysis. Model results indicated that climatic factors and trophic state interactively determine the timing of the phytoplankton spring bloom (phenology) in shallow lakes. Under equally mild spring conditions, the phytoplankton spring bloom collapsed earlier under high than under low nutrient availability, due to a switch from a bottom-up driven to a top-down driven collapse. A novel approach to model phenology proved useful to assess the timings of population peaks in an artificially forced zooplankton-phytoplankton system. Mimicking climate warming by lengthening the growing period advanced algal blooms and consequently also peaks in zooplankton abundance. Investigating the reasons for the contrasting development of cyanobacteria during two recent summer heat wave events revealed that anomalously hot weather did not always, as often hypothesized, promote cyanobacteria in the nutrient-rich lake studied. The seasonal timing and duration of heat waves determined whether critical thresholds of thermal stratification, decisive for cyanobacterial bloom formation, were crossed. In addition, the temporal patterns of heat wave events influenced the summer abundance of some zooplankton species, which as predators may serve as a buffer by suppressing phytoplankton bloom formation. This thesis adds to the growing body of evidence that lake ecosystems have strongly responded to climatic changes of recent decades. It reaches beyond many previous studies of climate impacts on lakes by focusing on underlying mechanisms and explicitly considering multiple environmental changes. Key findings show that climate impacts are more severe in nutrient-rich than in nutrient-poor lakes. Hence, to develop lake management plans for the future, limnologists need to seek a comprehensive, mechanistic understanding of overlapping effects of the multi-faceted human footprint on aquatic ecosystems. N2 - Weltweit haben Seeökosysteme auf den Klimawandel der letzten Jahrzehnte reagiert. Beobachtete Veränderungen eindeutig dem Klimawandel zuzuordnen, wird jedoch häufig dadurch erschwert, dass Seen gleichzeitig vielfachen anthropogenen Einflüssen ausgesetzt sind. Diese Arbeit trägt zu einem besseren Verständnis des Klimaeinflusses auf Algen bei, die am Anfang der Nahrungskette stehen und maßgeblich die Wasserqualität eines Sees beeinflussen können. Zum größten Teil stützt sich die Arbeit auf eine dreißigjährige Datenreihe eines unregelmäßig geschichteten Flachsees im Nordosten von Deutschland (Müggelsee), in dem sowohl steigende Wassertemperaturen als auch sinkende Nährstoffeinträge zu verzeichnen waren. Bei der Datenanalyse wurde ein neu erstelltes dynamisches Simulationsmodell, genetische Algorithmen zur Parametrisierung von Modellen, und statistische Methoden der Klassifizierung und Zeitreihenanalyse genutzt. Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass nicht nur klimatische Faktoren sondern auch die Nährstoffverfügbarkeit im See den Zeitpunkt der Algenfrühjahrsblüte (Phänologie) beeinflussen. Durch eine Veränderung der Mechanismen, die zum Kollaps der Blüte führen, trat diese trotz ähnlich milder Winterbedingungen bei hoher Nährstoffverfügbarkeit früher auf als bei niedriger. Ein neuentwickelter Ansatz zur Modellierung von Phänologie erwies sich als geeignet, um vorherzusagen, wann Algen und ihre Räuber in einem künstlich periodisch angetriebenen Laborsystem ihre Populationshöhepunkte erreichten. Eine Verlängerung der Wachstumsperiode führte dazu, dass diese früher auftraten. Die Untersuchung, warum sich Blaualgen im betrachteten See während jüngster Hitzewellenereignisse überraschend unterschiedlich entwickelt hatten, ergab, dass ungewöhnlich warmes Wetter nicht wie häufig vermutet generell förderlich für ihre Entwicklung ist. Der Zeitpunkt und die Dauer der Hitzewellen waren entscheidend dafür, ob für Blaualgen kritische Schwellenwerte der thermischen Schichtung im See überschritten wurden. Zudem zeigte sich, dass saisonale Erwärmungsmuster einen bedeutenden Einfluss auf Räuber nahmen, die das Auftreten von Algenblüten verhindern können. Diese Arbeit reiht sich in eine wachsende Anzahl von Studien ein, die zeigen, dass Seeökosysteme bereits stark auf die Klimaveränderungen der letzen Jahrzehnte reagiert haben. Mit ihrem Fokus auf Mechanismen und der expliziten Berücksichtigung simultaner anthropogener Einflüsse geht diese Arbeit gleichzeitig über viele bisherige Studien hinaus, die sich auf reine Beobachtung und die Betrachtung klimatischer Faktoren beschränkten. Kernergebnisse deuten daraufhin, dass Klimafolgen in nährstoffreichen Seen stärker ausfallen als in nährstoffarmen Seen. Nur mit einem umfassenden, mechanistischen Verständnis des vielfältigen anthropogenen Einflusses wird eine hohe Wasserqualität in Seen auch in Zukunft aufrechtzuerhalten sein. KW - Klimawandel KW - Gewässer KW - Phytoplankton KW - Phänologie KW - Modellierung KW - climate change KW - freshwater KW - phytoplankton KW - phenology KW - modelling Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-42346 ER - TY - THES A1 - Schaber, Jörg T1 - Phenology in Germany in the 20th century : methods, analyses and models N2 - Die Länge der Vegetationsperiode (VP) spielt eine zentrale Rolle für die interannuelle Variation der Kohlenstoffspeicherung terrestrischer Ökosysteme. Die Analyse von Beobachtungsdaten hat gezeigt, dass sich die VP in den letzten Jahrzehnten in den nördlichen Breiten verlängert hat. Dieses Phänomen wurde oft im Zusammenhang mit der globalen Erwärmung diskutiert, da die Phänologie von der Temperatur beeinflusst wird. Die Analyse der Pflanzenphänologie in Süddeutschland im 20. Jahrhundert zeigte: - Die starke Verfrühung der Frühjahrsphasen in dem Jahrzehnt vor 1999 war kein singuläres Ereignis im 20. Jahrhundert. Schon in früheren Dekaden gab es ähnliche Trends. Es konnten Perioden mit unterschiedlichem Trendverhalten identifiziert werden. - Es gab deutliche Unterschiede in den Trends von frühen und späten Frühjahrsphasen. Die frühen Frühjahrsphasen haben sich stetig verfrüht, mit deutlicher Verfrühung zwischen 1931 und 1948, moderater Verfrühung zwischen 1948 und 1984 und starker Verfrühung zwischen 1984 und 1999. Die späten Frühjahrsphasen hingegen, wechselten ihr Trendverhalten in diesen Perioden von einer Verfrühung zu einer deutlichen Verspätung wieder zu einer starken Verfrühung. Dieser Unterschied in der Trendentwicklung zwischen frühen und späten Frühjahrsphasen konnte auch für ganz Deutschland in den Perioden 1951 bis 1984 und 1984 bis 1999 beobachtet werden. Der bestimmende Einfluss der Temperatur auf die Frühjahrsphasen und ihr modifizierender Einfluss auf die Herbstphasen konnte bestätigt werden. Es zeigt sich jedoch, dass - die Phänologie bestimmende Funktionen der Temperatur nicht mit einem globalen jährlichen CO2 Signal korreliert waren, welches als Index für die globale Erwärmung verwendet wurde - ein Index für grossräumige regionale Zirkulationsmuster (NAO-Index) nur zu einem kleinen Teil die beobachtete phänologischen Variabilität erklären konnte. Das beobachtete unterschiedliche Trendverhalten zwischen frühen und späten Frühjahrsphasen konnte auf die unterschiedliche Entwicklung von März- und Apriltemperaturen zurückgeführt werden. Während sich die Märztemperaturen im Laufe des 20. Jahrhunderts mit einer zunehmenden Variabilität in den letzten 50 Jahren stetig erhöht haben, haben sich die Apriltemperaturen zwischen dem Ende der 1940er und Mitte der 1980er merklich abgekühlt und dann wieder deutlich erwärmt. Es wurde geschlussfolgert, dass die Verfrühungen in der Frühjahrsphänologie in den letzten Dekaden Teile multi-dekadischer Fluktuationen sind, welche sich nach Spezies und relevanter saisonaler Temperatur unterscheiden. Aufgrund dieser Fluktuationen konnte kein Zusammenhang mit einem globalen Erwärmungsignal gefunden werden. Im Durchschnitt haben sich alle betrachteten Frühjahrsphasen zwischen 1951 und 1999 in Naturräumen in Deutschland zwischen 5 und 20 Tagen verfrüht. Ein starker Unterschied in der Verfrühung zwischen frühen und späten Frühjahrsphasen liegt an deren erwähntem unterschiedlichen Verhalten. Die Blattverfärbung hat sich zwischen 1951 und 1999 für alle Spezies verspätet, aber nach 1984 im Durchschnitt verfrüht. Die VP hat sich in Deutschland zwischen 1951 und 1999 um ca. 10 Tage verlängert. Es ist hauptsächlich die Änderung in den Frühjahrphasen, die zu einer Änderung in der potentiell absorbierten Strahlung (PAS) führt. Darüber hinaus sind es die späten Frühjahrsphasen, die pro Tag Verfrühung stärker profitieren, da die zusätzlichen Tage länger undwärmer sind als dies für die frühen Phasen der Fall ist. Um die relative Änderung in PAS im Vergleich der Spezies abzuschätzen, müssen allerdings auch die Veränderungen in den Herbstphasen berücksichtigt werden. Der deutliche Unterschied zwischen frühen und späten Frühjahrsphasen konnte durch die Anwendung einer neuen Methode zur Konstruktion von Zeitreihen herausgearbeitet werden. Der neue methodische Ansatz erlaubte die Ableitung verlässlicher 100-jähriger Zeitreihen und die Konstruktion von lokalen kombinierten Zeitreihen, welche die Datenverfügbarkeit für die Modellentwicklung erhöhten. Ausser analysierten Protokollierungsfehlern wurden mikroklimatische, genetische und Beobachtereinflüsse als Quellen von Unsicherheit in phänologischen Daten identifiziert. Phänologischen Beobachtungen eines Ortes können schätzungsweise 24 Tage um das parametrische Mittel schwanken.Dies unterstützt die 30-Tage Regel für die Detektion von Ausreissern. Neue Phänologiemodelle, die den Blattaustrieb aus täglichen Temperaturreihen simulieren, wurden entwickelt. Diese Modelle basieren auf einfachen Interaktionen zwischen aktivierenden und hemmenden Substanzen, welche die Entwicklungsstadien einer Pflanze bestimmen. Im Allgemeinen konnten die neuen Modelle die Beobachtungsdaten besser simulieren als die klassischen Modelle. Weitere Hauptresultate waren: - Der Bias der klassischen Modelle, d.h. Überschätzung von frühen und Unterschätzung von späten Beobachtungen, konnte reduziert, aber nicht vollständig eliminiert werden. - Die besten Modellvarianten für verschiedene Spezies wiesen darauf hin, dass für die späten Frühjahrsphasen die Tageslänge eine wichtigere Rolle spielt als für die frühen Phasen. - Die Vernalisation spielte gegenüber den Temperaturen kurz vor dem Blattaustrieb nur eine untergeordnete Rolle. N2 - The length of the vegetation period (VP) plays a central role for the interannual variation of carbon fixation of terrestrial ecosystems. Observational data analysis has indicated that the length of the VP has increased in the last decades in the northern latitudes mainly due to an advancement of bud burst (BB). This phenomenon has been widely discussed in the context of Global Warming because phenology is correlated to temperatures. Analyzing the patterns of spring phenology over the last century in Southern Germany provided two main findings: - The strong advancement of spring phases especially in the decade before 1999 is not a singular event in the course of the 20th century. Similar trends were also observed in earlier decades. Distinct periods of varying trend behavior for important spring phases could be distinguished. - Marked differences in trend behavior between the early and late spring phases were detected. Early spring phases changed as regards the magnitude of their negative trends from strong negative trends between 1931 and 1948 to moderate negative trends between 1948 and 1984 and back to strong negative trends between 1984 and 1999. Late spring phases showed a different behavior. Negative trends between 1931 and 1948 are followed by marked positive trends between 1948 and 1984 and then strong negative trends between 1984 and 1999. This marked difference in trend development between early and late spring phases was also found all over Germany for the two periods 1951 to 1984 and 1984 to 1999. The dominating influence of temperature on spring phenology and its modifying effect on autumn phenology was confirmed in this thesis. However, - temperature functions determining spring phenology were not significantly correlated with a global annual CO2 signal which was taken as a proxy for a Global Warming pattern. - an index for large scale regional circulation patterns (NAO index) could only to a small part explain the observed phenological variability in spring. The observed different trend behavior of early and late spring phases is explained by the differing behavior of mean March and April temperatures. Mean March temperatures have increased on average over the 20th century accompanied by an increasing variation in the last 50 years. April temperatures, however, decreased between the end of the 1940s and the mid-1980s, followed by a marked warming after the mid-1980s. It can be concluded that the advancement of spring phenology in recent decades are part of multi-decadal fluctuations over the 20th century that vary with the species and the relevant seasonal temperatures. Because of these fluctuations a correlation with an observed Global Warming signal could not be found. On average all investigated spring phases advanced between 5 and 20 days between 1951 and 1999 for all Natural Regions in Germany. A marked difference be! tween late and early spring phases is due to the above mentioned differing behavior before and after the mid-1980s. Leaf coloring (LC) was delayed between 1951 and 1984 for all tree species. However, after 1984 LC was advanced. Length of the VP increased between 1951 and 1999 for all considered tree species by an average of ten days throughout Germany. It is predominately the change in spring phases which contributes to a change in the potentially absorbed radiation. Additionally, it is the late spring species that are relatively more favored by an advanced BB because they can additionally exploit longer days and higher temperatures per day advancement. To assess the relative change in potentially absorbed radiation among species, changes in both spring and autumn phenology have to be considered as well as where these changes are located in the year. For the detection of the marked difference between early and late spring phenology a new time series construction method was developed. This method allowed the derivation of reliable time series that spanned over 100 years and the construction of locally combined time series increasing the available data for model development. Apart from analyzed protocolling errors, microclimatic site influences, genetic variation and the observers were identified as sources of uncertainty of phenological observational data. It was concluded that 99% of all phenological observations at a certain site will vary within approximately 24 days around the parametric mean. This supports to the proposed 30-day rule to detect outliers. New phenology models that predict local BB from daily temperature time series were developed. These models were based on simple interactions between inhibitory and promotory agents that are assumed to control the developmental status of a plant. Apart from the fact that, in general, the new models fitted and predicted the observations better than classical models, the main modeling results were: - The bias of the classical models, i.e. overestimation of early observations and underestimation of late observations, could be reduced but not completely removed. - The different favored model structures for each species indicated that for the late spring phases photoperiod played a more dominant role than for early spring phases. - Chilling only plays a subordinate role for spring BB compared to temperatures directly preceding BB. KW - Phänologie KW - kombinierte Zeitreihen KW - Physiologie-basierte Modelle KW - Unsicherheit KW - Variabilität KW - Ausreisser KW - Trends KW - Naturräume KW - Trendwendepunkte KW - Fag KW - phenology KW - combined time series KW - physiology-based models KW - uncertainty KW - variability KW - outliers KW - trends KW - Natural Regions KW - trend turning points KW - Fagus syl Y1 - 2002 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000532 ER -