Spatial and temporal patterns of Ellenberg nutrient values in forests of Germany and adjacent regions : a survey based on phytosociological databases

Räumliche und zeitliche Muster von Ellenberg-Nährstoffzahlen in Wäldern Deutschlands und angrenzender Gebiete : eine Untersuchung auf Grundlage pflanzensoziologischer Datenbanken

  • Within the last 30 years the role of nitrogen in Central European forests has changed fundamentally from limiting resource to environmental problem. As the retrospective tracking of nutrient availability by soil chemical and biogeochemical measurements faces serious problems, bioindication based on understorey species composition is indispensable for monitoring broad-scale eutrophication. Based on a broad survey of more than 100,000 forest vegetation plots accessible in electronic data-bases from Germany and adjacent countries, we calculated unweighted average Ellenberg nutrient values (mN) as a proxy of plant-available macronutrients. Based on the quantiles of the frequency distribution of mN in a regionally stratified sample, we define five trophic classes, which can be used to compare dimensionless mN values. We studied spatial patterns of average nutrient values within 17 regions and compared the periods from 1899 to 1975 and 1976 to 2006. After 1975 eutrophic (mN > 5.67) and hypertrophic (mN > 6.28) conditions were common everywhere except in the Alps and Saxony-Anhalt, but very oligotrophic conditions (mN < 3.44) were still widespread in regions with nutrient-poor bedrock. Before 1975 mN of plots had been lower than after 1975 in all but the southeastern regions. Between the pre- and post-1975 data the proportion of hypertrophic plots increased from 5.7 to 11.8%, and that of very oligo-trophic plots decreased from 14.6 to 8.3%. To remove bias resulting from uneven distribution, the dataset was stratified by five tree layer dominance types, period and region and resampled. In pre-1975 plots medians of mN increased in the order Pinus sylvestris, Quercus spp., Picea abies, Fagus sylvatica and Alnus spp, whereas the increase of mN was highest in forest types with historically low nutrient values. Therefore, the widespread change in mN must be attributed to the pronounced vegetation changes in Quercus and Pinus stands, indicating the importance of land-use change, i.e. recovery of nutrient cycles after hundreds of years of exploitation through coppicing, grazing and litter use. The analysis confirms eutrophication as a megatrend of modern vegetation change and demonstrates the high research potential of linking vegetation plot databases across large regions.
  • Einleitung: In den vergangenen 30 Jahren hat sich die Wahrnehmung des Stickstoffs in mitteleuropäischen Wäldern grundlegend gewandelt (Bernhardt-Römermann & Ewald 2006). Einst Minimumfaktor, wurde N zu einem der wichtigsten Umweltprobleme. Angesichts der Schwierigkeit, das gesteigerte Nährstoffangebot bodenchemisch nachzuweisen, ist die Bioindikation an Hand von Vegetationsdaten unverzichtbar für den Nachweis von Eutrophierung. Die überregionale Verknüpfung von großen Vegetationsdatenbanken stellt einen wichtigen Ansatz zum Nachweis von zeitlichen Trends und räumlichen Mustern der Artenzusammensetzung dar (Jandt et al. 2011). Material und Methoden: Auf Basis einer Datensammlung mit mehr als 100.000 Vegetationsaufnahmen aus Deutschland und angrenzenden Gebieten (Niederlande, Belgien, östliches Frankreich, Schweiz, Österreich, Tschechien) wurden ungewichtete mittlere Ellenberg-Zeigerwerte für Nährstoffe (mN) als Surrogat für pflanzenverfügbare Makronährstoffe berechnet (Ellenberg et al. 2001). Fünf Trophie-Klassen wurden auf Grundlage der Quantile von mN in einer nach Regionen stratifizierten Stichprobe berechnet, um die Vergleichbarkeit der dimensionslosen Werte zu ermöglichen. Die Verteilung von mN in Wäldern des Untersuchungsraums wurde räumlich (17 Regionen) und zeitlich (1899–1975 und 1976–2006) differenziert dargestellt. Um statistische Verzerrungen zu vermeiden, wurden die Vegetationsaufnahmen nach dominierenden Baumarten (Waldkiefer, Eiche, Fichte, Buche, Erle), Region und Periode stratifiziert. Ergebnisse: Nach 1975 waren eutrophe (mN > 5,67) und hypertrophe (mN > 6,28) Zustände in allen Regionen mit Ausnahme der Alpen und Sachsen-Anhalts verbreitet anzutreffen. Stark oligotrophe Zustände (mN < 3,44) waren in Regionen mit armen Ausgangsteinen immer noch weit verbreitet. Vor 1975 war mN mit Ausnahme der südöstlichen Regionen geringer. Zwischen den Perioden erhöhte sich der Anteil hypertropher Aufnahmen von 5,7 auf 11,8 %, während derjenige stark oligotropher Aufnahmen sich von 14,6 auf 8,3 % verringerte. Für die bis einschließlich 1975 erhobene Vegetationsaufnahmen fanden wir die tiefsten Mediane von mN in Beständen von Pinus sylvestris, gefolgt von Quercus spp., Picea abies, Fagus sylvatica und Alnus spp. In den Aufnahmen nach 1975 zeigten die Mittelwerte bei den nährstoffreichsten Waldgesellschaften den geringsten und bei den oligotrophen Gesellschaften den größten Zuwachs. Diskussion: Die Studie bestätigt Eutrophierung als Megatrend des Vegetationswandels (Verheyen et al. 2012) und streicht das hohe Forschungspotenzial heraus, das in der Verknüpfung von Vegetationsdatenbanken über Ländergrenzen hinweg liegt (Dengler et al. 2011). Die weit verbreitete Zunahme von mN ist in erster Linie durch die markante Veränderung in Quercus- und Pinus-Beständen bedingt, was auf die Bedeutung des Nutzungswandels und die Erholung der Nährstoffkreisläufe nach Jahrhunderten der Niederwald-, Waldweide- und Streunutzung verweist (Glatzel 1991).

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Metadaten
Author:Jörg Ewald, Stephan Hennekens, Sven Conrad, Thomas Wohlgemuth, Florian Jansen, Martin Jenssen, Johnny Cornelis, Hans-Gerd Michiels, Jürgen Kayser, Milan Chytrý, Jean-Claude Gégout, Michael Breuer, Clemens Abs, Helge WalentowskiORCiDGND, Franz Starlinger, Sandrine Godefroid
URN:urn:nbn:de:hebis:30:3-354891
ISSN:0722-494X
Parent Title (Multiple languages):Tuexenia : Mitteilungen der Floristisch-Soziologischen Arbeitsgemeinschaft
Document Type:Article
Language:English
Date of Publication (online):2014/10/26
Year of first Publication:2013
Publishing Institution:Universitätsbibliothek Johann Christian Senckenberg
Release Date:2014/10/26
Tag:Central Europe; Ellenberg indicator values; bioindication; eutrophication; nitrogen deposition; soil nutrients; vegetation-plot data
Volume:33
Page Number:17
First Page:93
Last Page:109
HeBIS-PPN:366681419
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 33 (2013)
Journal:urn:nbn:de:hebis:30:3-302443
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht