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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.
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.
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.
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.
Die basenreichen, offenen Sand-Lebensräume des hessischen Oberrheingebietes sind bekannt für ihre mittlerweile hochgradig gefährdeten Pflanzen- und Tierarten sowie Vegetationstypen. Inzwischen kommen nur noch Reste der früher weitverbreiteten Lebensräume vor, und daher gibt es Projekte im Naturschutz, Trittsteine und Korridore zu restituieren, um die fragmentierten Lebensräume wieder zu verbinden. Seit dem Jahre 1998 entwickelten wir Methoden für Restitutionsprojekte und führten ein wissenschaftliches Monitoring in den Sand-Lebensräumen durch (zusammen mit dem Landkreis Darmstadt-Dieburg, der Stadt Darmstadt und einem Landschaftspflegehof). Dafür wurden biotische und teilweise zusätzlich abiotische Verbesserungen der Flächen kombiniert mit Beweidung. Erstmals können wir nun mit Hilfe von jährlichen pflanzensoziologischen Aufnahmen und ihrer Analyse die 16jährige Vegetationsentwicklung eines ehemaligen Sandackers als Modell für eine Restitution ohne abiotische Maßnahmen aufzeigen. Ergänzend vergleichen wir diese Aufnahmen auch mit solchen der nahegelegenen Leitbildfläche Griesheimer Düne. Die Restitutionsfläche wurde mit Pflanzenmaterial (Rechgut) von Leitbildflächen inokuliert und danach kontinuierlich mit Schafen und Eseln beweidet. Aus Sicht des Naturschutzes war die Entwicklung erstaunlich gut, obwohl die Phosphat-Konzentration im Oberboden trotz Reduktion im 16. Jahr immer noch beträchtlich war. Mittlerweile ist die Anzahl und die Deckung an Zielarten hoch, im Falle von Arten der Koelerio-Corynephoretea sogar höher als in der benachbarten Leitbildfläche. Auch kommt eine Vielzahl an Rote-Liste-Arten vor. Aber es gibt auch ein ruderales Potenzial vor allem mit den Schlüsselarten Calamagrostis epigejos und Cynodon dactylon. Das Beweidungsmanagement muss in der bisherigen Intensität fortgeführt werden, um die Entwicklung insbesondere dieser Arten zu kontrollieren.