Floristic composition and environmental determinants of pine forests in the hemiboreal zone of Western Siberia

Floristische Zusammensetzung und bestimmende Umweltfaktoren in Kiefernwäldern in der hemiborealen Zone West-Sibiriens

  • Despite their vast distribution ranging from Central Europe to Siberia, hemiboreal oligotrophic pine forests remain poorly studied. Though they dependence on low productive soils, they are widespread on sandy deposits or in bogs. This study aims to classify and ecologically describe the vegetation of oligotrophic pine forests in the south of Western Siberia. In total 50 relevés from nutrient-poor sandy substrates and bogs were sampled in the pre-Taiga zone of the Tyumen province covering the whole range from dry to wet habitats. Five vegetation types were defined by hierarchical clustering. Phi coefficient of association was calculated for groups and their combination, resulting in a high number of species with high fidelity to clusters. Floristic composition ranged from xero-mesophytic vegetation with high frequency of the tribe Pyroleae on dry sandy soils to pine-sphagnum-communities on bogs. The strongest environmental gradients influencing the floristic composition were soil humidity, nutrient supply and fire. Higher nutrient supply due to loamy subsoil increased vascular plant species richness, enabling common plants of hemiboreal birch forests to grow. Surface fires turned out to be a key process in dry pine forests, resulting in a destroyed bryophyte layer and to a partly altered vascular plant species composition. Fire regime plays an important role in maintaining the floristic composition and habitat structure over time. West-Siberian dry oligotrophic pine forests are ecologically, structurally and floristically quite similar to Central-European pine communities of the Peucedano-Pinetum.
  • Einleitung: Hemiboreale (boreonemorale) Wälder sind in West-Sibirien in der Übergangszone zwischen Sub-Taiga im Norden und Wald-Steppe im Süden zu finden (ERMAKOV et al. 2000). Auf-grund des humiden, stark kontinentalen Klimas dominieren lichtbedürftige Baumarten wie Betula pendula et pubescens, Populus tremula und Pinus sylvestris. Wegen ihrer offenen Kronen-Struktur ist die Bodenvegetation sehr artenreich. Ein Großteil der Arten ist ebenfalls in West- und Mitteleuropa verbreitet (ERMAKOV & MOROZOVA 2011), was durch den Begriff "eurosibirischer Vegetationskreis" verdeutlicht wird. Von Pinus sylvestris dominierte Wälder kommen wie in Europa auf azonalen Sandböden natürlich vor, wie sie vor allem an den Terrassen großer Flüsse zu finden sind. Diese Standorte sind sehr trocken und nährstoffarm, außerdem sind schwache Oberflächenfeuer ein häufiges Phänomen. Allerdings sind diese Wälder im Vergleich zu mesischen Standorten nur wenig untersucht. Methoden: Im Juni und Juli 2014 wurden 50 Vegetationsaufnahmen in von Pinus sylvestris dominierten Wäldern auf Mineral- sowie auf Torfböden entlang der Flüsse Tura und Tobol im Oblast Tyumen (Abb. 1) durchgeführt. Auf 100 m² wurden alle Gefäßpflanzenarten, Moose und Flechten notiert und ihre Deckung geschätzt (VAN DER MAAREL 1979). Moose und Flechten konnten zum Teil nur auf Gattungs-Niveau bestimmt werden. Zusätzlich wurden Boden-, Struktur- und Brandparameter aufgenommen (Tab. 2). Aus den Vegetationsaufnahmen wurden mit hierarchischer Clusteranalyse (Methode "flexible beta") fünf Vegetationstypen abgegrenzt (Abb. 2). Für die Typen wurden mit dem phi coefficient of association (TICHÝ & CHYTRÝ 2006) diagnostische Arten ermittelt. Die Beziehung zwischen Umweltgradienten und Artenzusammensetzung wurde mit einer DCA untersucht. Ergebnisse: Insgesamt wurden 105 Gefäß-, 10 Moos- und 5 Flechtenarten erfasst. Die mittlere Artenzahl pro Aufnahme lag bei 22 (Minimum: 9; Maximum: 43). Die Artenzusammensetzung der Vegetationstypen (Tab. 1) wurde in erster Linie durch die Bodenfeuchte bestimmt. Folglich bildeten die Typen einen Gradienten von sehr trockenen, oligotrophen Standorten auf Krypto-Podsolen mit geringer Humusauflage bis hin zu niedrigwüchsigen Kiefernwäldern im Randbereich ombrotropher Hochmoore. Die bessere Wasser- und Nährstoffverfügbarkeit in Böden mit lehmigen Sanden um Unterboden führte zu höherer Produktivität und Diversität der Feldschicht (Abb. 5). Oberflächenfeuer, natürlich oder anthropogen verursacht, entfernten die Moosschicht nahezu völlig. Diskussion: Bodenfeuchte, Nährstoffe und Feuer sind die drei bestimmenden Umweltfaktoren in oligotrophen Kiefernwäldern im südlichen West-Sibirien. Die feuchtesten Standorte sind Moor-Kiefernwälder der Klasse Vaccinio uliginosae Pinetea Passarge et G. Hofmann 1968 mit moortypischen, circumboreal verbreiteten Arten. Auf sehr trockenen, nährstoffarmen Sanden bildet sich eine Wärme und Trockenheit liebende Pflanzengesellschaft aus mit Arten wie Chimaphila umbellata, Solidago virgaurea und einem großen Anteil von Pyroloideaen (ERMAKOV et al. 2000). Die nährstoffreicheren Ausbildungen weisen einen höheren Anteil mesischer Arten wie Cnidium dubium und Rubus saxatilis auf und stellen den Übergang zu Betula pendula dominierten Wäldern dar. Diese Gesellschaften werden durch wiederkehrende, schwache Oberflächenfeuer offen gehalten, sodass die Humusauflage gering bleibt und konkurrenzkräftigere Arten wie Vaccinium spp. zurückgedrängt werden. In Struktur und Artenzusammensetzung sind sie ähnlich zum Peucedano-Pinetum W. Matuszkiewicz 1962 (Beilage S1), das in Mitteleuropa wegen hoher Stickstoffimmissionen und Streuakkumulation nur noch reliktisch zu finden ist (HEINKEN 2008a, REINECKE et al. 2014). Für den Naturschutz bedeutet dies, dass die Erhaltung von Pyroloidae-reichen Kiefernwäldern nur durch grobe Maßnahmen wie regelmäßige Bodenfeuer oder Streurechen möglich ist.
Metadaten
Author:Martin Freitag, Wanja Mathar, Andrei A. Yurtaev, Norbert HölzelORCiDGND
URN:urn:nbn:de:hebis:30:3-381682
DOI:https://doi.org/10.14471/2015.35.017
ISSN:0722-494X
Parent Title (German):Tuexenia : Mitteilungen der Floristisch-Soziologischen Arbeitsgemeinschaft
Publisher:Floristisch-Soziologische Arbeitsgemeinschaft
Place of publication:Göttingen
Document Type:Article
Language:English
Year of Completion:2015
Year of first Publication:2015
Publishing Institution:Universitätsbibliothek Johann Christian Senckenberg
Release Date:2015/09/15
Tag:Peucedano-Pinetum; Pinus sylvestris; Pyroleae; Tyumen; classification; hemiboreal forest; wild fire
GND Keyword:Westsibirisches Tiefland; Kiefernwald; Waldgesellschaft
Volume:35
Page Number:21
First Page:31
Last Page:51
HeBIS-PPN:371074851
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 58 Pflanzen (Botanik) / 580 Pflanzen (Botanik)
Sammlungen:Sammlung Biologie / Sondersammelgebiets-Volltexte
Zeitschriften / Jahresberichte:Tuexenia : Mitteilungen der Floristisch-Soziologischen Arbeitsgemeinschaft / Tuexenia : Mitteilungen der Floristisch-Soziologischen Arbeitsgemeinschaft, Band 35 (2015)
:urn:nbn:de:hebis:30:3-381475
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