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In Central Europe stands of the Koelerion glaucae vegetation complex are threatened and mostly highly fragmented. Knowledge about the impact of abiotic and biotic measures to restore this vegetation complex is crucial. Therefore, an inland sand dune complex (around 2 ha) was created in 2009 as a study model in the Upper Rhine Valley (Germany), which included sites with different substrate conditions as well as grazing impact and minimized inoculation with plant material.
The restoration area is divided into two halves with different substrate conditions (sites 1 and 2), on which inoculation with raked plant material and grazing by donkeys was studied on systematically arranged plots with randomised treatment distribution (32 plots). Additionally the whole area was monitored by a grid-plot approach to show the floristic background (43 plots). Minimized inoculation was conducted with rare Koelerion glaucae plant material in small plots covering around 5–7% of the restoration sites. During the four-year study, vegetation development was recorded and examined in relation to the donor site and an older restoration site. Soil seed bank and seed rain in the newly deposited restoration sites were also investigated, as well as the endozoochorous seed-dispersal by donkeys. Target species ratios (TSR) were calculated to estimate the restoration success. We used mixed linear models and detrended correspondence analysis for data evaluation.
Substrate conditions had an impact on the number of target species and on phanerogam and cryptogam cover. Inoculation enhanced both number and, without grazing, cover of target species since the first year. On not-inoculated plots and on grid-plots, target-species numbers increased gradually. Grazing by donkeys did not affect target-species numbers, but had a decreasing effect on target-species cover. Grazing reduced bryophyte cover, especially on inoculated plots. DCA revealed development of the experimental plots towards the donor site, as has occurred on the older restoration site. Soil seed bank and seed rain were characterized by ruderal species, and did not show similarities to the donor site. Endozoochory revealed some target species to be effectively dispersed by donkeys.
Minimized inoculation is suitable to overcome seed limitation and build up starter populations of target species for the colonization of larger restoration sites. However, within four years species composition of the donor site was not achieved. Grazing by donkeys had mainly structural effects for the studied time period.
Inland sand vegetation, in our case steppic sandy grassland on base-rich soils, is highly endangered in Europe and therefore in the focus of restoration ecology. While there are studies which deal with short-term restoration success, results for an extended time are rare. We were able to analyse the success of a three-step restoration measure for 10 years.
The experiment was established on an exarable field in the Upper Rhine valley, Hesse, Germany. The three-step restoration approach comprised 1) abiotic restoration by deep-sand deposition, 2) inoculation with raked/mown plant material from two different donor sites with well-developed Koelerion glaucae/Allio-Stipetum vegetation and 3) low-intensity grazing by donkeys. The vegetation of the restoration and donor sites (also serving as reference sites to assess restoration success) was sampled on six permanent plots, respectively. Data analyses included ordination, classification and target-species ratios (TSR: relation of target species to all species).
Detrended correspondence analysis revealed a continuous succession of the restoration plots towards the corresponding reference plots: open soil decreased, ruderal species declined and target species increased. While speed of succession decreased, there was still a further improvement in the tenth year. The qualitative TSR (number of target species) reached a plateau after the sixth year with values only slightly lower than at the reference sites. The quantitative TSR (cover of target species) showed a steady improvement and even excelled one reference site. Koelerion glaucae species were present with constancy 17–67% since the 3rd year, with 33–100% since the 7th year. It does not completely resemble either reference site due to a mixture of propagules of both donor sites (e.g. by wind and donkeys) and input from the surroundings. Already in the first year, three Red-list species established themselves, since the 8th year 23 Red-list/near-threatened species have been present. Some ruderal species colonised the restoration site and occurred permanently.
Additionally, we studied the establishment of the highly threatened species Bassia laniflora after inoculation for 6–12 years on three further plots adjacent to the other ones. One of these plots was located on a former sandy field without abiotic restoration; two other plots represented typical Koelerion glaucae vegetation on a newer deep-sand deposition. Bassia laniflora established itself well on all plots. We conclude that restoration of steppic sandy grassland, including highly threatened species, was not only permanently, but increasingly successful over a time span of 10 years. Management by grazing, however, will remain essential to suppress ruderalisation.
Der typische Sukzessionsverlauf auf basenreichen offenen Sandstandorten im Binnenland führt von Pionierstadien der Koelerio-Corynephoretea zu artenreichen Allio-Stipetum-Beständen (Festuco-Brometea). Innerhalb weniger Jahre können sich aber auch artenarme Dominanzbestände mit hohem Ruderalisierungsgrad entwickeln, die durch generalistische konkurrenzstarke Graminoide bestimmt werden. 32 Dauerbeobachtungsflächen, die ohne Pflegemanagement sind und mittlerweile seit bis zu 15 Jahren von uns untersucht werden, ermöglichen einen detaillierten Blick auf die unterschiedlichen Sukzessionslinien und die Geschwindigkeiten, mit denen sich Änderungen in der Artenzusammensetzung vollziehen. Dabei stehen uns neben den Daten der Vegetationsaufnahmen und den daraus abgeleiteten Informationen (wie z. B. mittleren Ellenberg-Zeigerwerten) für verschiedene Flächen auch Boden-Daten (N, P, pH) zur Verfügung. Eine Analyse aller Flächen dokumentiert die relative Stabilität offener Sandvegetation nährstoffarmer Standorte für die untersuchten Zeitfenster. Pioniergesellschaften des Sileno conicae-Cerastietum semidecandri s. l. und Jurineo-Koelerietum glaucae zeigen z. T. strukturelle Änderungen (so z. B. Zunahmen der Kryptogamendeckung). Eine Zunahme von Stipa capillata kann z. T. in 11–12 Untersuchungsjahren im Jurineo-Koelerietum festgestellt werden; dies korrespondiert mit einer Abnahme von Koeleria glauca und z. T. mit einer Ablösung von Tortula ruraliformis durch Hypnum cupressiforme var. lacunosum. Dennoch konnten sich während der Untersuchungsjahre in den Beständen die Arten des Jurineo-Koelerietum halten. Bestände des Allio-Stipetum zeigen in der spontanen Sukzession z. T. lange Stagnationen von mehr als 14 Jahren; vereinzelt tritt der Polykormonbildner Prunus spinosa auf. Stellenweise kommt es mit zunehmender Deckung von Stipa capillata jedoch zu gravierenden Abnahmen der Artenzahl. Bestände, die in ihrer Pionierphase durch höhere Bodennährstoffgehalte (besonders Phosphat) und höhere Ellenberg-Feuchtezahlen gekennzeichnet sind, entwickeln sich innerhalb weniger Jahre zu artenarmen Ruderalbeständen. Die gewonnenen Ergebnisse werden in einem Sukzessionsmodell dargestellt. Für ein Pflegemanagement ergibt sich aus den Ergebnissen, dass intakte Koelerion glaucae-Flächen oft nur sehr extensiv beweidet werden müssen. Insbesondere zur Dämpfung der Ruderalisierung in den nährstoffreicheren Flächen sowie zur Dynamisierung in größeren homogenen Beständen des Allio-Stipetum ist ein Pflegemanagement jedoch eine essentielle Maßnahme. Die in unseren Fällen eingesetzte Schaf- und/oder Eselbeweidung führt zur partiellen Förderung der besonders gefährdeten Pionierstadien im Mosaik mit dem Allio-Stipetum.
To examine the necessity of livestock grazing for managing threatened sand vegetation so as to en-sure and develop its nature-conservation value, we investigated a grazing system in a model nature reserve (German upper Rhine valley) characterized by threatened steppic sandy grassland (Allio-Stipetum vegetation complex: Habitats Directive Annex I, priority type 6240, additionally Koelerion glaucae: priority type 6120). The area has been grazed by sheep and additionally by donkeys since late summer of the year 2000. We established ungrazed (Au) and grazed plots (Ag) in the Allio-Stipetum complex in a systematic grid-plot design before grazing impact started. We sampled phytosociological relevés yearly in the Au/Ag plots for 12 vegetation periods. Addi-tionally, we sampled relevés on former farmland adjacent to the Allio-Stipetum complex (systematic grid-plot design) over ten vegetation periods. These former fields (Fg) were integrated in the grazing system since the beginning of the study. A constancy table was produced for Au, Ag, Fg. To determine the portions of target species (Koelerio-Corynephoretea, Festuco-Brometea species) we calculated target-species ratios (proportion of target species in comparison with the total species number; qualitative or quantitative approach: TSRqual/quant). We tested the effects of grazing, year and interactions on structural and phytodiversity characteristics of the relevés by mixed linear models. The results of the long-term experiment confirmed significant beneficial effects of grazing on habi-tat-typical structure and phytodiversity: e. g. reduction of litter, support of species which are short in height (< 20 cm), reduction of taller species (> 50 cm), support of the diversity of all plant species, of non-graminoid herbs and of target plant species, reduction of Calamagrostis epigejos, positive effects on TSRqual and TSRquant values. Similar developments, e.g. for phytodiversity and Calamagrostis epigejos cover, were observed on the former fields, but there are still seed limitations and high ruderal-plant dominances. In general TSRqual/quant show remarkable increases, but do not reach the values of the Ag plots. Concerning aims of nature conservation, the habitat-typical vegetation structure and phytodiversity of the Allio-Stipetum shows an excellent development as a consequence of the used grazing manage-ment. However, occasionally small populations of target species did not increase (e.g. Koeleria glauca). The former fields show a development towards valuable sandy grassland.
In durch Entwässerung stark veränderten Altneckar-Schlingen des Hessischen Riedes im Landkreis Darmstadt-Dieburg (teilweise ehemalige Niedermoore mit inzwischen mineralisierten Torfen) wurde geprüft, ob sich bei den jetzt trockeneren Standortbedingungen Zielarten des Cirsio tuberosi-Molinietum im Rahmen von Restitutionsmaßnahmen etablieren lassen. Als Leitbildfläche diente das Naturschutzgebiet „Mönchbruch“ (südlich von Frankfurt am Main) mit großflächigen Beständen u. a. des Cirsio-Molinietum. Im Rahmen dieser Pilotstudie untersuchten wir die Keimung, Etablierung und Vitalität von vier Zielarten (Carex tomentosa, Cirsium tuberosum, Galium wirtgenii und Linum catharticum) über den Zeitraum von 2006 bis 2009. Es wurde ein Gradient mit Bodenabtragstiefen zwischen 25 cm und 100 cm angelegt, auf dem Diasporen der genannten Arten ausgebracht werden konnten, um die optimale Abschiebetiefe zu ermitteln. Neben der Entwicklung der Einzelarten untersuchten wir auch die floristische Struktur der spontan aufgetretenen Vegetation sowie den Aufbau der Diasporenbank. Weitere Untersuchungen bei 10 cm Abtragstiefe fanden auf einer anderen Fläche statt. Die Keimung und Etablierung der eingebrachten Zielarten auf den Teilflächen verlief bei fast allen Untersuchungsansätzen günstig. Während bei 10 cm Abtragstiefe nicht alle Zielarten erfolgreich keimen bzw. sich etablieren konnten, ermöglichten tiefere Bodenabtragungen die Etablierung aller geprüften Zielarten. Zu trockene Bedingungen führten zum Ausbleiben der Keimung bei Carex tomentosa, während zu nasse Bedingungen mit sehr langen Überstauungsereignissen besonders von Galium wirtgenii und Linum catharticum nicht toleriert wurden. Cirsium tuberosum nahm eine intermediäre Stellung ein. Die höchste Etablierungsrate und Vitalität aller Zielarten wurde bei 25 bzw. 40 cm Abtragstiefe erreicht. Es konnte im Laufe der vier Untersuchungsjahre eine flächenhafte Ausbreitung der Zielarten sowie der Beginn des Aufbaus einer Diasporenbank nachverfolgt werden. Da inzwischen viele der Altneckar-Schlingen beweidet werden (z. T. in einem Mäh-/Weideregime), wurde auch geprüft, ob eine Ansiedlung nach endozoochorer Ausbreitung durch Schafe möglich ist. Von den drei untersuchten Arten kam mit Sicherheit nur Galium wirtgenii zur Keimung, Carex tomentosa keimte nicht, und bei Linum catharticum konnte eine sekundäre Inokulation nicht ausgeschlossen werden. Zumindest für Galium wirtgenii können Schafe als Vektoren dienen und eine Austauschdynamik von Diasporen gewährleisten. Weitere Untersuchungen sollen die Möglichkeit einer Etablierung des Cirsio-Molinietum auf der Ebene der „Community“ nach Mahdgut-Transfer klären.
In der vorliegenden Untersuchung werden die Ergebnisse eines Experimentes zur Restitution von Sandtrockenrasen vorgestellt. In einer Pilotstudie im Darmstadt-Dieburger Sandgebiet, die im Jahre 1998 begann und deren erste Bestandsaufnahme im Jahre 1999 erfolgte, wurden in einem stratifiziert-randomisierten Versuchsdesign inokulierte, beweidete Flächen bzw. nicht-inokulierte beweidete und unbeweidete Vergleichsflächen mit pflanzensoziologischen Aufnahmen dokumentiert. Dieses Gebiet wies mit 87 mg/kg trockener Boden relativ hohe Gehalte an pflanzenverfügbarem Phosphat-P auf; eine Reduzierung dieser Werte war hier nicht möglich. Die Samenbank und der Diasporen-Niederschlag waren nach den Ergebnissen einer Voruntersuchung ruderal geprägt.
In den ersten drei Jahren etablierten sich auf den inokulierten Flächen die Arten der Leitbildgesellschaften (Pionierfluren der Corynephoretalia und Bestände des Allio-Stipetum), die auch als Donorflächen fungierten (mit 70-76 % der in den Donorflächen vorhandenen Arten). Die Übertragung von Mäh- oder Rechgut zeigte geringste Eingriffe in die Bestände der Spendergebiete. Die Übertragung von Soden ist aufwändiger und beeinträchtigt die Donorflächen in höherem Maße. Die Übertragungsrate bei Sodenversetzung war im ersten Jahr besser als die der Rech-/Mähgut-Inokulation, die Rate der Rech-/Mähgut-Inokulation glich sich jedoch im dritten Jahr an. - Im Laufe des Untersuchungszeitraumes kam es auf den nicht-inokulierten Flächen zu einer Ablösung von kurzlebigen Stellarietea- durch mehrjährige Artemisietea-Arten; dies korrespondiert mit der Ablösung von kurzlebigen Koelerio-Corynephoretea- durch mehrjährige Festuco-Brometea-Arten auf den inokulierten Flächen. - Der selektive Fraß von Schafen und Eseln, insbesondere an höherwüchsigen Arten, konnte den Grad der Ruderalisierung senken. Anhand von Ruderalisierungs-Indices, die die Summe bzw. die Deckung von Ruderalarten im Vergleich zu Zielarten in Beziehung setzen, kann dies belegt werden. Der Ansatz „Beweidung ohne Inokulation" führte nicht zur Entwicklung von Beständen, die sich in stärkerem Maße den Leitbildgesellschaften annähern, wenn auch die Dominanz von Calamagrostis epigejos hier gemindert wurde. Die Untersuchungen zeigen die Eignung vor allem der Mahd- und Rechgutübertragung für die Restitution von Sandtrockenrasen. Die Ergebnisse der Modellstudie dienen als Grundlage für größerflächige Ansätze im Rahmen von Erprobungs- und Entwicklungsvorhaben, z. B. im Landkreis Darmstadt-Dieburg und im Emsland (Niedersachsen). In diesen Projekten wird - wenn möglich - sehr nährstoffarmer Sand verwendet (z. B. Tiefensand).
Extensive Beweidung durch Wiederkäuer und Nicht-Wiederkäuer wird oft als Management-Methode für brachliegendes Grasland eingesetzt, um den in vielen Fällen einst hohen Artenreichtum dieser Systeme zu renaturieren. Die Pflanzenarten-Zusammensetzung auf den Weidekoppeln wird dabei hauptsächlich durch die Nahrungswahl der Weidetiere beeinflusst. Aufgrund der physiologischen Unterschiede ist davon auszugehen, dass Wiederkäuer und Nicht-Wiederkäuer unterschiedliche Nahrungspräferenzen haben. Wir untersuchten Bestände des Armerio-Festucetum trachyphyllae (Koelerio-Corynephoretea) in einem trockenen und nährstoffarmen Binnendünen-Gebiet der nördlichen Oberrheinebene (Hessen). Als Weidetiere wurden verschiedene Schafrassen (als Modell für Wiederkäuer) und Esel (als Modell für Nicht-Wiederkäuer) eingesetzt. Zusätzlich untersuchten wir die Auswirkungen sukzessiver Schaf-/Eselbeweidung. Zwei unterschiedliche Subtypen des Armerio-Festucetum trachyphyllae (jeder dreifach repliziert) wurden einmal im Jahr beweidet. In den Jahren 2003 und 2004 konnten die Phytomasse-Extraktionen der drei verschiedenen Beweidungstypen (Schaf, Esel, sukzessive Schaf-/Eselbeweidung) untersucht werden. Auf jeweils 2 m2 großen Probeflächen verglichen wir die gewogene trockene Phytomasse des Weiderestes mit der Phytomasse von durch Draht-Weidekörbe geschützten Klein-Exclosures. Die Phytomasse wurde jeweils getrennt in die drei funktionellen Pflanzengruppen: „Grasartige", „Leguminosen“ und „sonstige Kräuter“ Der maximale Phytomasse-Entzug wurde im Fall der sukzessiven Schaf-/Eselbeweidung erzielt. Hinsichtlich der maximalen quantitativen Extraktion ließen sich keine Unterschiede zwischen Schaf- und Eselbewei- dung feststellen. Bezogen auf die funktionellen Pflanzengruppen nutzten Schafe in stärkerem Maße „sonstige Kräuter“, wohingegen Esel Leguminosen bevorzugten. Bei sukzessiver Schaf-/Eselbeweidung zeigte sich keine Präferenz gegenüber einer funktionellen Pflanzengruppe. - Es lässt sich rückschließen, dass im Fall von ruderalisierten Flächen die Multispecies-Beweidung aufgrund der hohen Phytomasse-Extraktion und der komplementären Nutzung der funktionellen Pflanzengruppen die am besten geeignete Methode ist.
Im Darmstadt-Dieburger Sandgebiet (Südhessen) wurden 16 Bestände von Sandpionierfluren (Spergulo-Corynephoretum, Bromo-Phleetum) und Sandrasen (Jurineo-Koelerietum, Allio-Stipetum) sowie ein Poa angustifolia-Bestand nährstoffökologisch untersucht.
Die Böden dieser Sand-Ökosysteme sind humusarm bis mittel humos, arm bis sehr arm an Gesamt-Stickstoff, Nitrat und Ammonium (CaCl2-Extrakt) sowie Phosphat (Calcium-Acetat-Lactat-Extrakt). Saisonale Schwankungen einiger Bodenkennwerte und die Bedeutung des Unterbodens werden exemplarisch dargestellt.
Im Verlauf der Sukzession von Sandpionierfluren zu geschlossenen Sandrasen findet auf basenreichem Flugsand eine 3-4fache Akkumulation von Humus und Gesamt-Stickstoff statt, da Sandumlagerungen abnehmen (Konsolidierung) und die Vegetation mehr Streu produziert. Auch die Nitratgehalte erhöhen sich entsprechend (nicht jedoch Ammonium und Phosphat). Der Stickstoffumsatz vermindert sich um etwa denselben Faktor. Dies kann als Übergang von einem offenen zu einem geschlossenen Ökosystemtyp beschrieben werden.
Die Böden der Pionierflur basenarmer Flugsande (Spergulo-Corynephoretum) sind stark bis mittel sauer und haben einen etwas niedrigeren Nitrifikationsgrad als die übrigen Gesellschaften. Hinsichtlich der übrigen Parameter finden sich keine signifikanten Unterschiede zum Bromo-Phleetum und Jurineo-Koelerietum.
Trotz der geringen Gehalte und Vorräte an Pflanzennährstoffen unterliegt Stickstoff einem raschen Umsatz, vor allem in nicht-konsolidierten Böden. Die Stickstoff-Nachlieferungsrate (Nettomineralisation) liegt relativ hoch, so daß sich kein Anhaltspunkt für eine Stickstoff-Mangelversorgung ergibt.
Die atmogene Gesamtdeposition von Stickstoff stellt eine wesentliche zusätzliche Stickstoffquelle dar. Mögliche Auswirkungen werden vor dem Hintergrund vielerorts beobachteter Ruderalisierungserscheinungen diskutiert. Ruderalisierung wird hier als Zunahme von Arten verstanden, die schwerpunktmäßig an ruderalen Standorten vorkommen. Bei 5 Flächenpaaren werden unmittelbar aneinandergrenzende Bestände verglichen, die sich in ihrem Ruderalisierungsgrad unterscheiden. Eine der ruderalisierten Flächen fällt durch einen sehr stark erhöhten Phosphatgehalt auf (vermutlich bedingt durch Einträge von benachbarten Äckern). Alle ruderalisierten Flächen sind durch höhere Nitratgehalte und Stickstoff-Nachlieferungsraten von ihren Vergleichsflächen unterschieden. Der stark ruderalisierte Poa angustifolia-Bestand ist durch eine noch wesentlich höhere Stickstoff-Nachlieferung - bei ansonsten vergleichbaren Bodenparametern - gekennzeichnet.
Eine generell fehlende Schutzfähigkeit der Sand-Ökosysteme läßt sich aus unseren Befunden nicht ableiten, weitere Untersuchungen sind jedoch erforderlich.
