Environmental biology, ecotoxicology (Council of Complex Environmental Sciences)
70 %
Ortelius classification: Plant ecology
Biodiversity, conservation biology and genetics, invasion biology (Council of Complex Environmental Sciences)
30 %
Panel
Ecology and evolution 1
Department or equivalent
Biodiversity and Ecosystem Services Research Group (Office for Research Groups Attached to Universities and Other Institutions)
Starting date
2015-10-01
Closing date
2016-09-30
Funding (in million HUF)
3.596
FTE (full time equivalent)
0.80
state
closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. A gyepek természetvédelmi fontossága vitathatatlan, az ökológiai hálózatok fontos részét alkotják, számos értékes növény- és állatfaj élőhelyei illetve a mezőgazdaság számára is nélkülözhetetlenek. Ennek ellenére, működésükkel kapcsolatban számos lényegi információ hiányzik, holott ezek nélkülözhetetlenek természetvédelmi kezelésük megalapozásához. Ilyenek például a növényfajok közötti kölcsönhatások típusai, a közösségek funkcionális diverzitása, produktivitása és stabilitása. A fentiek vizsgálatára a legjobb módszer, ha kutatásaink során a növényfajok alapvető, objektív tulajdonságaiból („traits”) indulunk ki, amelyek meghatározzák a növényfajok és közösségek környezeti hatásokra adott válaszait. Célunk különböző produktivitású gyepekben vizsgálni a különböző tulajdonság-kombinációkkal rendelkező fajok válaszait a biotikus és abiotikus környezeti hatásokra. Ez természetvédelmi szempontból kiemelkedő fontosságú, mert elvezet a fajok ökológiai igényeinek és ökológiai viselkedésének komplex feltárásához, ami lehetővé teszi a növényfajok megóvását. A közösségeket alkotó növények tulajdonságai és a fajok közti kölcsönhatások vizsgálatával eljuthatunk a gyepek időbeli dinamikájának megértéséhez. A gyepek stabilitásának vizsgálata fontos ahhoz, hogy predikciókat tehessünk a közösségek változásainak mértékéről és irányáról, a kezelés vagy az időjárás megváltozása esetén. Ez fontos a gyepek természetvédelmi kezelésének és mezőgazdasági hasznosításának tervezhetősége szempontjából. Hazánkban egyelőre még kevés a „trait” alapú növényökológiai kutatás, de a téma jelentőségét jól jelzi, hogy a nemzetközi lapokban exponenciálisan nő az ezzel kapcsolatos cikkek száma.
Mi a kutatás alapkérdése? Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek. Kutatásunkban a természetes gyepek működését meghatározó mechanizmusokat vizsgáljuk a fajok közötti kapcsolatoktól a közösségek stabilitásáig. Az alábbi kutatási kérdésekre keressük a választ: (i) Hogyan változik a fajok közötti pozitív (facilitáció) illetve negatív (kompetíció) interakciók erőssége a produktivitás változásával. (ii) Milyenek a különböző tulajdonság-kombinációkkal rendelkező fajok biotikus és abiotikus környezeti hatásokra adott vegetatív és generatív válaszai? (ii) Milyen a kapcsolat a közösségek produktivitása és funkcionális diverzitása között? (iv) Hogyan határozzák meg a közösségek stabilitását a különböző növényi tulajdonságok, a funkcionális diverzitás és a produktivitás?
Mi a kutatás jelentősége? Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának! A természetközeli állapotú gyepek területe az intenzív mezőgazdasági művelés, a nagy kiterjedésű tájrendezések, a beépítések és egyéb élőhely-átalakító tevékenységek következtében az elmúlt évszázadban Európa-szerte jelentős mértékben csökkent. A megmaradt gyepek jelentős részét napjainkban is veszélyezteti a természetvédelmi szempontból megfelelő természetvédelmi kezelés hiánya. A megfelelő kezelés hiányának oka a legelő állatállomány csökkenése és a gazdasági megfontolások mellett gyakran az ökológiai rendszerek működésére vonatkozó részletes ismeretek hiánya. A pályázat kutatási kérdéseinek megválaszolásával közelebb juthatunk annak megismeréséhez, hogy milyen környezeti körülmények között milyen tulajdonságokkal rendelkező fajok tudnak együtt élni, és hogy a fajok mely tulajdonságai teszik alkalmassá őket a változó környezetben való túlélésre. Ezek ismerete természetvédelmi szempontból, az adott fajnak megfelelő kezelés kiválasztásához elengedhetetlenül fontos. Nem szimplán fajvédelmi szempontból fontosak ezek a kutatások, hanem a közösségek védelme szempontjából is. A gyepek stabilitásának vizsgálata elengedhetetlen feltétele annak, hogy predikciókat tehessünk a közösségek fajkészletének és produktivitásának változásaival kapcsolatban, ezek mértékéről és irányáról, a kezelés vagy az időjárás megváltozása esetén. Ez fontos a gyepek természetvédelmi kezelésének és mezőgazdasági hasznosításának tervezhetősége szempontjából. Kutatásaink hozzájárulnak a gyepek védelme érdekében alkalmazandó megfelelő természetvédelmi stratégiák kidolgozásához, illetve gazdasági szempontból is jelentősek. A fenti kérdéskörök kutatása a nemzetközi érdeklődés középpontjában áll, ezért eredményeink széleskörű nemzetközi érdeklődésre tarthatnak számot, elméleti és gyakorlati oldalról egyaránt.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára. A gyepek a biológiai sokféleség megőrzése, az ökoszisztéma szolgáltatások és a mezőgazdaság szempontjából is nagy jelentőséggel bírnak. Ennek ellenére területük az intenzív művelés, a tájrendezések, a beépítések következtében az elmúlt évszázadban Európa-szerte jelentős mértékben csökkent. A gyepek természetvédelmi fontossága vitathatatlan, ennek ellenére a megfelelő kezelésükhöz elengedhetetlen, alapvető információk hiányoznak működésükkel, dinamikájukkal kapcsolatban. Kutatásunk olyan alapvető vegetációdinamikai folyamatok megértésére törekszik, melyek ismerete a gyepek megóvása és fenntartható kezelése szempontjából nélkülözhetetlenek. Ilyenek például a gyepeket alkotó fajok közötti kapcsolatok erőssége és irányultsága, mely fajok segítik vagy gátolják egymást, illetve milyen tulajdonságokkal rendelkező fajcsoportok között állnak fenn ezek a kapcsolatok. Kutatásaink során a gyepek biomassza termelő képességét és stabilitását meghatározó mechanizmusokat is vizsgáljuk. Ezek meghatározzák a gyepek különböző környezeti változásokra adott válaszait, így predikciókat tehetünk a közösségek változásainak mértékéről és irányáról, a kezelés vagy az időjárás megváltozása esetén. Ez fontos a gyepek természetvédelmi kezelésének és mezőgazdasági hasznosításának tervezhetősége szempontjából. A kiemelkedő természetvédelmi és gazdasági értékkel rendelkező gyepek megóvása csak akkor lehetséges, ha ismerjük a gyepek működését és a működést befolyásoló háttérmechanizmusokat, tervezett kutatásunk ezek vizsgálatára irányul.
Summary
Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. Grassland biodiversity has decreased worldwide during the last century, thus conservation of grasslands are high-priority tasks of nature conservation actions nowadays. For effective biodiversity conservation, evidence-based knowledge on mechanisms shaping grassland functioning is essential. Understanding the nature of plant-plant interactions, productivity-functional diversity relationships, rules of species coexistence and community stability is crucial to support planning and implementing effective grassland conservation and agricultural management strategies. Studying the intra- and interspecific variability of plant traits offers a unique opportunity to study the mechanisms of plant interactions not only at species- but also at community level. Species with different traits differently react to fluctuating environment; thus, the trait-based analyses contribute to the understanding of the mechanisms shaping the productivity and stability of grasslands. Our aim is to study the biotic interactions as key mechanisms in shaping productivity and community stability of grasslands using trait-based methods. The emerging number of thematic meetings, special issues of international journals, and the exponentially increasing number of papers in this topic point out the importance of the trait-based approach. However, these kinds of studies focusing on some kind of steppic grasslands (e.g. alkali grasslands) are still lacking, even the pristine steppic grasslands typical for the Pannonian biogeographical region are among the best preserved grassland habitats in Europe.
What is the major research question? Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments. Our aim is to study the following topics in steppe grasslands using plant trait-based approach.
(i) The net effect of biotic interactions at different productivity levels. We hypothesise that the net effect of biotic interactions shifts to negative direction with increasing productivity.
(ii) Trait combinations determine the species responses to different biomass scores. Our aim is to identify the plant trait combinations which make species able to tolerate different levels of live biomass and litter.
(iii) Relationship between productivity and functional trait diversity. Our hypothesis that there is a humped-back relationship between productivity and functional diversity with the peak situated at higher productivity than the peak of the productivity – species diversity humped-back curve. Moreover we plan to test two alternative hypotheses in a greenhouse experiment (fine-scale experiment, relatively low differences in production): (a) Increasing dissimilarity in competitive traits of coexisting species lead to increased productivity of communities. (b) Coexistence of species harbouring high values of competitive traits lead to increased productivity of communities.
(iv) Temporal stability of communities along a productivity gradient. We hypothesise that the values of some particular traits are more important in determining community stability than the productivity or the functional diversity.
What is the significance of the research? Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field. Grasslands are in decline, however they notably contribute to the biodiversity of Europe harbouring a diverse flora, thus grassland conservation is an urgent task nowadays. For effective biodiversity conservation, evidence-based knowledge about mechanisms shaping grassland functioning is essential. Therefore we are planning to study plant trait based mechanisms responsible for plant-plant interactions which fundamentally determine species coexistence, productivity and stability of plant communities. Testing theories of vegetation dynamics helps to identify the principal factors sustaining grassland biodiversity. Our aim is to study the biotic interactions as key mechanisms in shaping productivity and community stability of grasslands using trait-based methods. Studying trait combinations that determine species responses to varying surrounding biomass is important to effective species protection. The exploration of underlying mechanisms shaping grassland productivity and stability can contribute to forecast the community responses to changes in management or to the fluctuating climate. It is crucial to support planning and implementing effective grassland conservation and management strategies. Our complex study design enables us to set up a study with a high ecological relevance. These proposed studies are in the mainstream of international ecological research and expected results can be subjects of special interest not only from scientific but also from practical viewpoint.
Summary and aims of the research for the public Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others. The area and species richness of grasslands have decreased worldwide during the past decades, thus conservation of grasslands are high-priority tasks of nature conservation actions nowadays. For effective biodiversity conservation, evidence-based knowledge on mechanisms shaping grassland functioning is essential. Understanding species responses to varying environment is important for effective species protection. The exploration of mechanisms shaping grassland stability can contribute to forecast their responses to changes in management or to the fluctuating climate. Understanding the grasslands functioning via the exploration of above-mentioned mechanisms is crucial to support planning and implementing effective grassland conservation and management strategies. Gaining further knowledge in topics is highly important not only from scientific but also from natural conservation and agricultural viewpoints.
Final report
Results in Hungarian
Lucernások szukcessziójának vizsgálata során kimutattuk, hogy a felhagyást követő gyepesedés erősen támaszkodik a lokális talajmagbankra, emellett a korai közösségek fajainak nagy része inkább forráskiaknázó stratégiát követ, amelyeket később a lassabb növekedésű, hosszabb életű fajok váltanak fel, segítve ezzel a közösségek stabilizálódását. A lucernások szukcessziója során nem detektáltunk gyomok dominálta stádiumot. A fenti mechanizmusok miatt a gyeprekonstrukciók tervezésénél érdemes a lucernások spontán szukcessziójára hagyatkozni, mely során viszonylag gyorsan kialakulhat egy, a természetközeli gyepekhez hasonló növényközösség.
Egy másik vizsgálatunkban kimutattuk, hogy az inváziós selyemkóró (Asclepias syriaca) veszélyezteti a természetes homoki gyepek fajait, különösen a vastagabb levelű, kis magvú és alacsony vegetatív terjedőképességgel rendelkező fajokat. Emiatt a selyemkóró elleni védekezés fontos természetvédelmi feladat.
Kimutattuk, hogy legelőkön, az állatok által nem kedvelt növények védik a velük együtt előforduló növényeket, segítve ezzel ivaros szaporodásukat. Emellett ezeknek a védő növényeknek a szegélyében nagyobb a kisléptékű fajgazdagság, mint a nyílt legelőkön. Kutatásaink alapján elmondhatjuk, hogy a legelő állatok által nem kedvelt fajok pozitív hatással vannak a gyepek vegetációjára, amíg alacsony mennyiségben vannak jelen, ezért legelőkről való teljes eltávolításuk természetvédelmi szempontból nem indokolt.
Results in English
The aim of our first study was to reveal the differences between “perennial-crop-mediated succession” (succession of alfalfa fields) and “classical old-field succession” where the initial vegetation is dominated by short-lived species. We found, that the initial stages of perennial-crop-mediated succession were similar to the middle stages of classical old-field succession from functional ecological viewpoint. Therefore, the recovery of grasslands could be much faster in former alfalfa fields compared with the old-fields initially dominated by short-lived species. Spontaneous succession in alfalfa fields can be a vital option in recovery of grassland vegetation.
In another study, we revealed the negative impacts of the invasive Asclepias syriaca on the cover of native sandy flora. Thus, we suggested that the eradication of milkweed is essential for the conservation of the sandy grassland ecosystems.
Unpalatable shrubs can act as biotic refuges in pastures by physically protecting neighbouring plants from herbivores. We found the species density was higher at the edge of the biotic refuges of compared with the shrub interior and the open pasture. Moreover, the flowering success of understorey species was significantly higher under the shrubs than in the open pastures. Our results underline the beneficial effect of biotic refuges in pastures and we suggest that retaining a sparse population of small-sized native shrubs is advantageous from a conservation point of view.
