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Approaches to restore post-mining areas should provide sustainable solutions for recovering biodiversity and ecosystem services in regions experiencing massive deforestation. Key components that are impacted by surface mining activities and that restoration intervention should therefore target are biodiversity attributes and ecosystem service provisioning. The consequences of restoration decisions in post-mining areas in the Afrotropical region (here Ghana) remain understudied. To this end, l assessed levels of soil properties, biodiversity and ecosystem service in a post-mining area after two decades of active forest restoration by comparing them to attributes of the surrounding dominant land-use types. l hypothesized that (i) the interventions applied to restore and manage a post-mining area improve ecosystem attributes beyond conditions observed in the alternative dominant land-use types and even reaching levels comparable to reference forest (Chapter III), (ii) soil conditions and the functional structure of tree communities drive ecosystem functions and multifunctionality, with highest multifunctionality levels in the restored and natural forests (Chapter IV), (iii) the structure of tree communities coupled with pronounced climatic seasonality support a higher number of arthropods and arthropod functional groups particularly in the wet season and in structurally heterogeneous land-use types (Chapter V), and (iv) active forest restoration enhances the levels of ecosystem service provision similar to the reference forest with possible trade-offs or synergies among individual ecosystem services across forest types (Chapter VI). Chapter I provides an introduction to deforestation, and further highlights global and national initiatives, including active forest restoration, to reverse or minimize the impacts of tropical deforestation. Chapter II details the methodological approaches applied for sampling. Chapter III focussed on soil properties in addition to below and above-ground biomass of trees. The characteristic soil attributes for the restored forest were not significantly different from those in the reference forest, except for bulk density and base saturation, but differed significantly from attributes in all other land-use types. Chapter IV focussed on how the functional structure of tree communities affects the provision of ecosystem services. For functional composition, both the leaf economic spectrum and the seed mass dimensions separated different land-use types. Chapter V addresses the research question on how post-mining restoration affects arthropod communities. Communities of ground-active arthropods differed significantly between land-use types depending on the season. By quantifying the various ecosystem attributes in the field and transforming them into ecosystem service proxies, l could primarily identify synergies with no apparent trade-off between ecosystem services across the forest land-use types (Chapter VI).
Vergleichende populationsgenetische Untersuchungen an Arthropoden in gestörten Offenlandschaften
(2008)
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden an zwei Insektenarten, dem Laufkäfer Calathus erratus (Sahlberg 1827) und dem Sandohrwurm Labidura riparia (Pallas 1773), Untersuchungen zur genetischen Diversität und Populationsstruktur durchgeführt, um Rückschlüsse auf die Entwicklung der genetischen Variabilität in gestörten und fragmentierten Landschaften zu ziehen. Auch Aussagen über das Besiedlungsgeschehen in der Lausitz wurden getroffen. Dabei wurden Calathus erratus-Individuen von 13 Untersuchungsstandorten in Bergbaufolgelandschaften und von ehemaligen Truppenübungsplätzen populationsgenetisch mittels Amplified Fragment Length Polymorphism (AFLP) untersucht. Bei Labidura riparia erfolgten populationsgenetischen Untersuchungen an 21 Populationen. Hier wurden Sekundärhabitate (Bergbaufolgelandschaften, ehemalige Truppenübungsplätze und eine Kalihalde) sowie Primärhabitate (Ostseeküste, Binnendüne) beprobt. Als molekulares Markersystem kamen Mikrosatelliten zum Einsatz. Es wurde gezeigt, dass Insekten als Pionierbesiedler relativ schnell großflächige, gestörte Offenlandbereiche im Gebiet der Lausitz besiedeln können. Der Sukzessionstyp (Primär- oder Sekundärsukzession), sowie das Alter der Flächen seit Beendigung des Störungsvorganges, spielten dabei nur eine untergeordnete Rolle. Wichtig für den Besiedlungsprozess ist das Vorhandensein geeigneter Habitatbedingungen, welche besonders durch Standortfaktoren wie Vegetation und anderen strukturellen Komponenten beeinflusst werden. Bei beiden Arten, dem Laufkäfer Calathus erratus und dem Sandohrwurm Labidura riparia, wurden hohe Gen-Diversitäten und eine starke genetische Ähnlichkeit der Populationen auch über größere geographische Entfernungen hinweg festgestellt. Mit hoher Wahrscheinlichkeit fand bei beiden Untersuchungsarten im Gebiet der Lausitz kein einzelnes Besiedlungsereignis, sondern eine kontinuierliche Immigration von Individuen statt, bzw. findet immer noch statt. Flächen der Bergbaufolgelandschaften und der Truppenübungsplätze, auf denen die Arten rezent auftreten, können als Ausgangshabitate für die Kolonisation neuer Habitate in der Lausitz dienen. Beide Arten weisen eine hohe Mobilität auf. So waren alle untersuchten Sandohrwürmer geflügelt. Es ist von einem Flugvermögen auszugehen. Für die Laufkäferart Calathus erratus wurde ein hoher Anteil makropterer Individuen überwiegend auf jungen Untersuchungsflächen in der Bergbaufolgelandschaft nachgewiesen und damit ein aktiver Kolonisationsprozess dokumentiert. Weiterhin wiesen beide Arten eine geringe, auf eine räumliche Populationsstruktur zurückzuführende Populationsdifferenzierung auf. Bei Labidura riparia wurde, im Gegensatz zu Calathus erratus, eine räumliche Populationsstruktur festgestellt, die dem isolation-by-distance Modell folgte. Die Sandohrwurmpopulationen der Untersuchungsstandorte der Küste unterschieden sich genetisch von den Festlandspopulationen. Als Ausgangspunkt der Besiedlung der Bergbaufolgelandschaften diente mit hoher Wahrscheinlichkeit die Binnendüne bei Dömitz. Die Kolonisation der Offenstandorte der Lausitz durch Calathus erratus und Labidura riparia erfolgte auch aus umgebenden Habitaten. Bergbaufolgelandschaften und ehemalige Truppenübungsplätze verfügen über eine wichtige Habitatfunktion für Tierarten, die auf offene, sandige Habitate angewiesen sind. Diese Standorte sind besonders wegen ihrer Großflächigkeit als Refugialräume geeignet. Mit fortschreitender Sukzession wird sich der Anteil von Offenlandflächen in den Bergbaufolgelandschaften und auf Truppenübungsplätzen verringern. Während der Laufkäfer Calathus erratus durch sein breiteres Habitatspektrum auch im Bereich von Ruderalfluren eine hohe Überlebenswahrscheinlichkeit hat, ist der Sandohrwurm Labidura riparia auf bestehende natürliche Standorte und anthropogen geschaffene Sekundärstandorte angewiesen. Beide Insektenarten sind jedoch in der Lage, eventuell neu entstehende Habitate zu besiedeln.