Diversity and functional composition of alpine grasslands along an elevational transect in the Gran Paradiso National Park (NW Italy)

Diversität und funktionelle Zusammensetzung alpiner Grasländer entlang eines Höhentransektes im Gran Paradiso-Nationalpark (Nordwest-Italien)

  • Elevational gradients in high mountain ranges are particularly suitable to study and understand patterns and drivers of plant community diversity and composition, yet there are only few studies that explicitly addressed this topic for the European Alps. Here we analysed an elevational gradient in grasslands of the Gran Paradiso National Park (NW Italy) from c. 1,700 to 3,100 m a.s.l. We recorded vascular plant species composition in 13 100-m² plots, each with two series of nested subplots from 0.0001 to 10 m², as well as a set of environmental parameters (topography, soil). Beta-diversity was assessed via the z-values of power-law species-area relationships, both across all plot sizes and from one plot size to the next bigger one. Diversity-environment relationships were assessed with multi-model inference based on Akaike information criterion (AIC), while scale dependence in z-values across plot sizes was analysed with an ANOVA. Life forms and three major functional traits (specific leaf area = SLA, canopy height, seed mass) were derived from trait databases to calculate fractions of life forms and community-weighted means for the metric traits. Species richness on 100 m² ranged from 17 to 65, with a mean of 43.5. The z-values were within a typical range known for European grasslands (mean: 0.227), with non-significant scale dependence. The importance of environmental factors for richness changed across grain sizes, with inclination (positive effect), mean soil depth and soil skeleton content (both: negative effect) being most influential at grain sizes of 0.0001–1 m². By contrast, soil pH was most important (with a unimodal relationship) for 10 and 100 m². After account-ing for the other environmental factors, elevation showed a moderate unimodal relationship only for the two largest grain sizes. By contrast, functional composition showed strong and mostly significant rela-tionships with elevation: hemicryptophytes and geophytes became rarer and chamaephytes more fre-quent, while community-weighted means of SLA, canopy height and seed mass decreased. Our findings highlight the scale dependence of biodiversity patterns, thus pointing to the need of multi-scale sampling to reach comprehensive understanding. Further, we could provide one of the first documentations of biodiversity and functional composition along an elevational gradient in the Alps, some in agreement with expectations, others not. This suggests that more extensive studies with a similar design in this and other regions of the Alps could be a valuable contribution to the understanding of how environmental factors drive components of biodiversity as well a functional community assembly.
  • Höhengradienten stehen schon seit langem im Fokus von Biogeographen und Ökologen da sie beispielhaft dafür stehen, wie Biodiversität auf einen einflussreichen Umweltfaktor reagiert (MACARTHUR 1972, RAHBEK 1995, NOGUÉS-BRAVO et al. 2008, SEIPEL et al. 2012). Neben monoton abnehmenden werden oft auch unimodale Beziehungen zwischen Meereshöhe und Artenzahl gefunden (RAHBEK 1995). Ein Grund hierfür ist die Skalenabhängigkeit der Artenzahl-Höhen Beziehung. Dass Biodiversitäts-Umweltbeziehungen von der betrachteten Skalengröße abhängen, ist ein bekanntes Prinzip in der Ökologie (SHMIDA & WILSON 1985, SIEFERT et al. 2012). Für Aufnahmeflächengrößen zwischen 1cm² und 100m² wurde jüngst für verschiedene paläarktische Grasländern eine systematische Änderung der Bedeutung verschiedener Faktorengruppen für die Ausprägung von Diversitätsmustern bestätigt (TURTUREANU et al. 2014, KUZEMKO et al. 2016, POLYAKOVA et al. 2016). Die Ergebnisse standen aber nicht immer im Einklang mit den Vorhersagen von SHMIDA & WILSON (1985), so dass weitere Daten benötigt werden, um die Zusammenhänge besser zu verstehen. Eine andere Möglichkeit die Skalenabhängigkeit der Diversität zu charakterisieren sind Artenzahl-Areal-Beziehungen (DRAKARE et al. 2006, DENGLER et al. 2009a). Diese werden meist gut über eine Potenzfunktion (S = c Az, S = Artenzahl, A = Fläche, c und z = gefittete Parameter) beschrieben. Deren Exponent z ist ein Maß für multiplikative β-Diversität (JURASINSKI et al. 2009) und erlaubt es, zwischen unterschiedlichen ökologischen Situationen zu vergleichen (CHIARUCCI et al. 2006, DRAKARE et al. 2006). Diversität und Zusammensetzung von Pflanzengesellschaften können auch mit funktionellem Fokus beschrieben werden. Dies geschieht meist über die Lebensformen oder aber funktionellen Eigenschaften der Pflanzen (plant functional traits), wobei spezifische Blattfläche, Wuchshöhe und Samengewicht die drei Merkmale darstellen, welche die Lebensstrategie der Pflanze am besten wiederspiegeln (WESTOBY 1998, MOOG et al. 2005). Je nach den anzutreffenden Umweltbedingungen verfolgen Pflanzen unterschiedliche Strategien und weisen zudem eine bestimmtes Kombination an Merkmalen auf (PELLISIER et al. 2010, DUIVENVOORDEN & CUELLO A. 2012). Obwohl Höhengradienten besonders geeignet sind, den Zusammenhang von verschiedenen Aspekten der Diversität und Zusammensetzung von Pflanzengesellschaften und Umweltbedingungen zu analysieren, gibt es dazu kaum systematische Publikationen aus den europäischen Alpen. In unserer Arbeit untersuchen wir daher funktionelle Merkmale, Artenzahl-Areal- und Artenzahl-Umwelt-Beziehungen in Grasländern der italienischen Alpen, wobei drei Fragen im Vordergrund stehen: (1) Welche Umweltbedingungen sind entscheidend für die Artenzahl und wie ändert sich ihr Einfluss mit der Aufnahmeflächengröße? (2) Ist die Artenzahl-Areal-Beziehung selbst skalenabhängig? (3) Wie ändert sich die funktionelle Zusammensetzung der Gesellschaften entlang des Höhengradienten?

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Metadaten
Author:Esther Baumann, Frank Weiser, Alessandro Chiarucci, Anke Jentsch, Jürgen Dengler
URN:urn:nbn:de:hebis:30:3-453956
Parent Title (German):Tuexenia : Mitteilungen der Floristisch-Soziologischen Arbeitsgemeinschaft
Publisher:Floristisch-Soziologische Arbeitsgemeinschaft
Place of publication:Göttingen
Document Type:Article
Language:English
Year of first Publication:2016
Publishing Institution:Universitätsbibliothek Johann Christian Senckenberg
Release Date:2018/01/18
Tag:alpha-diversity; altitudinal gradient; beta-diversity; biodiversity; community-weighted mean; life form; multi-model inference; nested plot; plant functional trait; species area relationship (SAR)
Volume:36
First Page:337
Last Page:358
HeBIS-PPN:426276809
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 36 (2016)
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht