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A floristic description is presented of the study sites of the Research Training Group “The role of biodi-versity for biogeochemical cycles and biotic interactions in temperate deciduous forests”. To investi-gate different aspects of plant biodiversity in Hainich National Park (Thuringia), deciduous forest stands with low, medium and high canopy tree species diversity were compared. The results of species richness and forest communities show that the research sites are characterised by a typical central European forest flora. Greater vascular plant species richness occurs with higher diversity of tree species. Six of altogether twelve research sites are assigned to the beech forest alliance (Galioodorati-Fagion), the second half belongs to the oak-hornbeam forest alliance (Carpinionbetuli). Suballiances within the Galioodorati-Fagion in the study area include the Galio-Fagetum and the Hordelymo-Fagetum. All Carpinionbetuli relevées are assigned to the suballiance Stellario-Carpinetum.
Die Definition der N-Sättigung von Wäldern wurde bisher überwiegend an N-Haushaltsgrößen geknüpft (ÅGREN & BOSATTA 1988, ABER et al. 1989, KÖLLING 1991, BML 2000). Aber auch mit vegetationskundlichen Methoden ist es möglich, Veränderungen des N-Status zu erkennen (ROST-SIEBERT & JAHN 1988, DIEKMANN & DUPRE 1997, BRUNET et al. 1998, DIEKMANN et al. 1999, FISCHER 1999, LAMEIRE et al. 2000, HOFMEISTER et al. 2002, BERNHARDT 2005). Dies geschieht oftmals mit Hilfe der Stickstoff- und Reaktions-Zeigerwerte nach Ellenberg (ELLENBERG et al. 2001). Sie können damit zur Indikation des Standortzustands von Wäldern und seiner Änderungen herangezogen werden. Im vorliegenden Aufsatz wurde untersucht, welchen Beitrag die Zeigerwerte der Bodenvegetation zur Vorhersage erhöhter Nitratkonzentration unter Wäldern leisten können. Die Nitratinventur Bayern (MELLERT et al. 2005a, 2005b), bei der auch die Bodenvegetation aufgenommen wurde, bot die Möglichkeit, das Indikatorpotential der Bodenvegetation als Zeiger für Nitratausträge zu prüfen. Die Analyse bietet überdies Ansatzpunkte, zwischen einem durch das Standortpotential bedingten Risiko und dem durch N-Depositionen als anthropogene Ursache für Nitratausträge zu unterscheiden. Zudem wurde geprüft, ob das zur Regionalisierung eingesetzte logistische Regressionsmodell (MELLERT et al. 2005c) durch die Hinzunahme der N-Zeigerwerte verbessert werden kann. Wegen der zu erwartenden Korrelation der Zeigerwerte mit den im Modell verwendeten Standortsindikatoren erhob sich insbesondere die Frage, ob der Zeigerwert die im Modell benutzten Prädiktoren lediglich (z.T.) ersetzt oder ob er die Prognosemöglichkeiten verbessert. Eine wirkliche Verbesserung der Vorhersage ist dann gegeben, wenn der N-Zeigerwert als zusätzlicher Prädiktor ins Modell aufgenommen werden kann und sich die unerklärte Varianz hierdurch signifikant verringert. Von praktischer Bedeutung könnten auch Korrelationen innerhalb der durch die Haupteffekte (Faktoren Wald- und Substrattyp) festgelegten Straten sein.
An Hand von 4415 Vegetationsaufnahmen, die von einem Ackerbrachen-Versuch auf Dauerflächen im Neuen Botanischen Garten der Universität Göttingen aus dem Zeitraum 1969-2006 vorliegen, wird der Anteil an Neophyten untersucht. Der Neophytenanteil an der Gesamtflora des Sukzessionsversuchs (insgesamt 372 Taxa) liegt mit 8,6% in vergleichbarer Größenordnung wie in der Flora der Umgebung. In der ungestörten Ackerbrachen-Sukzession waren Neophyten mit 8-12% an der Artenzahl beteiligt. Der Anteil der Neophyten am Deckungsgrad der Krautschicht war im Grasland- und Strauchstadium (3.-20. Jahr nach dem Brachfallen) mit 50 bis zu 70% am höchsten und nahm mit der Entwicklung einer geschlossenen Gehölzschicht im Pionierwaldstadium signifikant ab. Wichtigste Neophyten in der ungestörten Ackerbrachen-Sukzession waren Conyza canadensis (Annuellen-Stadium), Epilobium ciliatum (Grasland-Stadium und vor allem Solidago canadensis (Grasland- bis Strauchstadium). Neophytische Gehölze spielen - im Gegensatz zu Nordamerika - in der Göttinger Ackerbrache bisher keine Rolle. Wurden die Ackerbrachen nur einmal jährlich gemäht so nahmen die Neophytenanteile am Deckungsgrad von weniger als 15% im ersten Jahrzehnt auf bis zu fast 90% im vierten Jahrzehnt zu. Bei zwei- bis achtmaliger Mahd lag der Anteil der Neophyten am Deckungsgrad nut bei etwa 1%, an der Artenzahl bei etwa 5%. Auf den mehrmals jährlich gemähten Flächen ließ sich keine Erhöhung des Neophytenanteils durch Düngung nachweisen, lediglich auf den einmal gemähten war dieser im Vergleich zu den ungedüngten Flächen höher. Obwohl Bodenstörungen häufig als eine wichtige Voraussetzung für die Etablierung von Neophyten angesehen werden, fiel der Anteil der Neophyten auf den regelmäßig gepflügten Flächen niedriger aus als bei einmaligem Mähen oder Mulchen. Entscheidend für die Unterschiede in den Neophytenanteilen war vor allem die Reaktion von Solidago canadensis auf die verschiedenen Versuchs(Störungs-)varianten (Mahd, Mulchen, Pflügen, Düngung). Am Beispiel Solidago canadensis zeigte sich auch sehr deutlich, dass der Erfolg eines Neophyten in einer Pflanzengemeinschaft sehr stark von seiner Identität abhängt, d.h. nicht der floristische Status, sondern die morphologischen, physiologischen und genetischen Eigenschaften entscheiden darüber, ob sich eine Art in einer Sukzession invasiv verhält oder nicht.
In der Literaturstudie werden Vegetationsaufnahmen aus 15 Eichen-Hainbuchen-Waldgebieten zwischen dem kontinental geprägten Mitteldeutschland und dem ozeanischen Nordwestdeutschland ausgewertet. Dabei können gegenläufige Abundanzen von Winterlinde (Tilia cordata Mill.) und Rotbuche (Fagus sylvaticus L.) entlang dieses Klimagradienten festgestellt werden. Mit zunehmender Ozeanität nimmt die Stetigkeit der Winterlinde ab, demgegenüber gewinnt die im Gegensatz zur Winterlinde in allen betrachteten Eichen-Hainbuchen-Wäldern vorkommende Buche an Stetigkeit. Die Winterlinde kommt dabei in subatlantischen Klimaräumen, die subkontinental beeinflusst sind, mit sehr unterschiedlichen Abundanzen vor. Dies kann durch den Übergangscharakter des Klimas der entsprechenden Wuchsbezirke erklärt werden, in denen sowohl Winterlinde als auch Buche vom Klima her gut gedeihen können, so dass dann eher edaphische und anthropogene Einflüsse über die Baumartenzusammensetzung entscheiden. Im atlantisch geprägten nordwestdeutschen Flachland und in der Westfälischen Bucht kommt die Winterlinde höchstwahrscheinlich nicht natürlich vor, allerdings verwischen in diesem Bereich zahlreiche gepflanzte Winterlinden das natürliche Verbreitungsbild.
Die Literaturstudie wird um eine Fallstudie im thüringischen Hainich ergänzt. Diese ermöglicht zusätzliche Erkenntnisse zur Abhängigkeit der Winterlinde von edaphischen und anthropologischen Faktoren. Im subkontinental beeinflussten Hainich sind Bestände des Stellario-Carpinentum durch eine stärker ausgeprägte Vertikalstruktur der Baumschicht gekennzeichnet als Bestände des Hordelymo- und Galio-Fagetum. Dies weist auf eine frühere Plenter- und vor allem Mittelwaldnutzung hin, wobei letztere die Linde fördert und die Buche zurückdrängt. Einen weitaus größeren Einfluss auf die Vegetationsdifferenzierung und damit auf die Baumartenzusammensetzung im Hainich hat aber vermutlich der Tongehalt des Bodens. Erhöhte Tongehalte resultieren in einer größeren Wechselfeuchte insbesondere der tieferen Bodenhorizonte, worauf die Buche im Gegensatz zur Winterlinde empfindlich reagiert. Obwohl im östlichen Hainich die Eichen-Hainbuchen-Wälder pflanzensoziologisch wenig scharf von den artenreichen Buchenwäldern getrennt sind, ist es doch sehr wahrscheinlich, dass dieses Gebiet bereits einen natürlichen Übergangsbereich zu echten Eichen-Hainbuchen-Wäldern der zonalen Vegetation dartstellt. Im Hainich wirkt sich ein zunehmender Winterlindenanteil günstig auf die Nährstoffversorgung des Oberbodens aus, auch wenn hierbei die Abnahme des Buchenanteils möglicherweise entscheidender ist.
The current study tested the assumption that floristic and functional diversity patterns are negatively related to soil nitrogen content. We analyzed 20 plots with soil N-contents ranging from 0.63% to 1.06% in a deciduous forest near Munich (Germany). To describe species adaptation strategies to different nitrogen availabilities, we used a plant functional type (PFT) approach. Each identified PFT represents one realized adaptation strategy to the current environment. These were correlated, next to plant species richness and evenness, to soil nitrogen contents. We found that N-efficient species were typical for low soil nitrogen contents, while N-requiring species occur at high N-contents. In contrast to our initial hypotheses, floristic and functional diversity measures (number of PFTs) were positively related to nitrogen content in the soil. Every functional group has its own adaptation to the prevailing environmental conditions; in consequence, these functional groups can co-exist but do not out-compete one another. The increased number of functional groups at high N-contents leads to increased species richness. Hence, for explaining diversity patterns we need to consider species groups representing different adaptations to the current environmental conditions. Such co-existing ecological strategies may even overcome the importance of competition in their effect on biodiversity.
The estimation model PhytoCalc allows a non-destructive quantification of dry weight and nutrient pools of understorey plants in forests by using the relationship between species biomass, cover and mean shoot length. The model has been validated with independent samples in several German forest types and can be a useful tool in forest monitoring. However, in open areas within forests (e.g. clearcuts), the current model version underestimates biomass and produces unreliable nutrient pool estimations. Thus, tissue density, as approximated by leaf dry matter content (LDMC), is systematically higher under high light compared to low light conditions. We demonstrate that the ratio of LDMC under clearcut conditions to LDMC under forest conditions can be used to adjust the PhytoCalc model to clearcut conditions. We investigated the LDMC ratio of five exemplary species commonly occurring on clearcuts. Integrating the square of the ratio as a correction factor improved estimates of biomass to more than 70% fit between observations and predictions. Results also suggest this ratio can be used to correct nutrient concentrations modelled in PhytoCalc, which tend to be overestimated in clearcuts. As morphological groups of plant species exhibit significantly different ratios, we advise using group-specific correction factors for clearcut adjustments in the future.
Knowledge about the herbaceous layer in relation to environmental factors in West African savannas is still scarce. Early life-cycle events like germination of the herbaceous species are of special interest, as these stages can play critical roles in establishing of the plants and determine population and community dynamics. We aim to assess intraspecific differences in the germinability of herbaceous savanna species with respect to environmental conditions to reveal adaptations in this early life cycle stage. The study was conducted in the Sudanian savanna of Burkina Faso in West Africa. We collected seeds of two annual herbs (Chamaecrista mimosoides, Spermacoce stachydea) along a climatic gradient from different habitats and land use types and conducted germination experiments under equal conditions in climate chambers. For both species several environmental factors showed a significant impact on the germination rates. While higher precipitation caused an increase in the germination rate only for S. stachydea, habitat conditions had a significant influence for both species. Intermediate habitats with balanced soil moisture caused an enhancement of the germination success. Moreover shrub cover had a positive effect on the germinability of C. mimosoides, whereas the germinability of S. stachydea decreased due to an increasing herbaceous cover. The study showed that certain environmental factors are able to modify the intraspecific variability of the germinability trait, which might affect the establishment of the species populations.
In West African savannas, human land use affects the density of woody species seedlings and saplings (juveniles) by altering the state of the physical, chemical, and biological characteristics of the land resulting in different land-cover types. We determined juvenile densities of 25 characteristic woody savanna species on non-arable sites, in fallows and in a protected area (in total 39 plots), and analyzed the influence of land use on juvenile densities. We further related the influence of land use on juvenile densities to 23 environmental parameters describing soil properties and vegetation structure. Soil acidity, particle size distribution of the soil, and vegetation structure differed between land-cover types. In terms of human impact, we detected five groups of species responding similarly to land use. Although we detected significant differences in soil properties, their direct effects on juvenile densities are less pronounced than their indirect effects. By altering the availability of resources, soil properties affect height and cover of all plants growing in the surrounding of a young woody plant, increasing the competition for light, water and nutrients during the establishment and initial growth. These effects are intensified by human land use and vary between land-cover types.
West African Savanna ecosystems are undergoing severe changes in their vegetation composition due to the impact of human land use and changes in climatic conditions. This study aims to examine the effect of climate, land use, and their interaction on species richness and composition of West African herbaceous vegetation. Plot based vegetation sampling was done in Burkina Faso. Specific richness and diversity indices were used to determine the effect of land use, climate, and their interaction. An importance value was computed to determine herbaceous species dominating the communities. Frequency of species is used to examine their distribution pattern. The results showed that climate significantly influenced herbaceous specific richness more than land use. However, land use had a significant effect on herbaceous vegetation composition. Herbaceous species diversity changed with environmental conditions. The floristic composition of dominant species is driven by both climate and land use. The frequency of distribution demonstrated that herbaceous species occurrences were more influenced by the mixed effect of climate and land use than their separate effects. Occasional and rare species are the most important part of herbaceous vegetation. Thus heterogeneity of Savanna ecosystem and vulnerability of herbaceous species are high.
In der vorliegenden Studie wird die Gehölzentwicklung eines Eichen-Hainbuchenwald-Gebietes bei München während der letzten zwei Jahrzehnte untersucht. Eine Vorhersage der künftigen Gehölzartenzusammensetzung kann aus der Entwicklung der Verjüngung abgeleitet werden. Für die Zukunft wird ein Wechsel in der Baumartenzusammensetzung prognostiziert. So wird insbesondere der Berg-Ahorn an Bedeutung gewinnen, als Nebenbaumarten werden Esche, Ulme und Hainbuche vorhanden sein. Die für das Galio-Carpinetum charakteristische Stiel-Eiche kann sich nicht mehr erfolgreich verjüngen. Diese Arbeit gibt für den Münchener Großraum Hinweise, dass das Galio-Carpinetum seine Verbreitung der Nieder- bzw. Mittelwaldwirtschaft verdankt, also nicht in erster Linie Ausdruck der abiotischen Umweltbedingungen im Sinne des PNV-Konzepts ist. Eine syntaxonomische Neubeurteilung (insbesondere zur Abgrenzung vom Adoxo-Aceretum) dieser Pflanzengesellschaft scheint notwendig zu sein.