| License: Publishing license for publications excluding print on demand (1MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-234767
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.23476
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Date: | 1 March 2012 |
| Referee: | Prof. Dr. Peter Poschlod and Prof. Dr. Christine Römermann |
| Date of exam: | 25 October 2011 |
| Institutions: | Biology, Preclinical Medicine > Institut für Pflanzenwissenschaften > Lehrstuhl für Ökologie und Naturschutzbiologie (Prof. Dr. Peter Poschlod) |
| Keywords: | assembly rules, plant functional traits, calcareous grassland, grassland management, sowing experiment, seed limitation |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 580 Botanical sciences |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 23476 |
Abstract (English)
Facing problems to maintain and restore valuable plant communities, an understanding of the mechanisms and rules driving species assembly has become even more urgently needed. The current thesis intended to link basic assembly rule research with questions concerning grassland conservation and restoration. In chapter 2 we determined plant functional groups that are important with regard to land ...
Abstract (English)
Facing problems to maintain and restore valuable plant communities, an understanding of the mechanisms and rules driving species assembly has become even more urgently needed. The current thesis intended to link basic assembly rule research with questions concerning grassland conservation and restoration.
In chapter 2 we determined plant functional groups that are important with regard to land use types (grazing, mowing, mulching, burning, abandonment) and looked for mechanisms leading to changes in species composition after management changes in calcareous grasslands. Ongoing unidirectional changes in cover of the four determined functional groups at most of the treatments indicated that even after almost 30 years new equilibria of functional group composition were still not reached. The study showed that other management treatments but grazing and mowing led to changes in functional group composition, which were mainly driven by increasing dominance of a highly competitive species group.
In chapter 3 we focused on plant extinctions and invasions in differently managed grasslands over the time span of more than 30 years. First, we asked if different management treatments (grazing, mulching twice per year, mulching once per year, burning once per year, abandonment) differed with regard to invasibility or plant extinction numbers. Secondly, we performed a pooled analyses and a meta-analysis over six sites per management treatment contrasting invaders and extinct species traits to find management dependent effects of trait selections. Only at grazing and mulching twice per year trait selection pressures were low what resulted in low species extinction numbers. At these two managements extinct and invading species were almost a random draw from the species pools. Therewith only these two managements should allow to maintain not only high species diversity but also high functional diversity on the long run. Furthermore, management specific trait selection patterns could be revealed, e.g. the selection for higher seed masses reached the highest effect size at mulching once per year. The meta-analysis indicated that at all management treatments invaders tended to be more competitive than extinct species.
Chapter 4 presented the results of a sowing experiment with 15 typical grassland species at four different management treatments. This experiment should help to evaluate the relative roles of seed and germination niche limitation as well as seedling survival at the different management treatments of calcareous grassland. In half of the plots per grassland management treatment litter and bryophyte cover were removed prior to sowing to simulate disturbance. At most of the species germination rate was only significantly affected by the removal of litter and bryophyte cover and not by the management treatments. Seedling survival rate, however, was affected by the management treatment becoming the driving force for successful establishment. The degree of seed limitation was low at all management treatments. Nevertheless, judging over abandonment, burning, mulching and grazing our results indicated, that the grazing treatment should offer best conditions for successful regeneration by seeds.
In chapter 5 we searched for mechanisms of biotic filtering in the invasion process of the 15 sown species at the grazing treatment which proved to offer best conditions for germination and establishment as shown in the previous chapter. Several neighbourhood characteristics were recorded, like neighbour species identity and neighbour species traits in 10 cm radius around the seedlings, vegetation cover and height in spring and summer, bare ground, litter layer etc.. Next, plots with successful survival of the sown species until the last census were contrasted against plots that did not permit survival. The survival of all species tended to be higher in plots with higher species richness. Higher species richness was correlated with a number of other plot characteristics mainly pointing to a less competitive environment at high diversity plots.
Finally, we wanted to elucidate possible reasons for the frequent failure of grassland restorations on former arable fields with a trait based approach in chapter 6. Therefore, we extracted indicator species of adjacent ancient and recent grasslands with comparable abiotic conditions and analysed reasons for the restricted occurrence of indicator species. Indicator species of recent grasslands were competitive species adapted to higher nutrient availability and often introduced to the former arable fields by humans as crop or arable weed.
Indicators of ancient grasslands were small species with specific requirements for germination and establishment. Comparisons of community weighted means for functional traits that separated the indicators from the species pool showed significant differences between ancient and recent grasslands. Our results suggested that indicators of ancient sites might have failed at recent sites due to higher competitive environment and thus biotic filtering.
Chapter 7 gives conclusions and perspectives focusing on the use of the current findings for restoration and conservation practice. Especially the mutual use of assembly rule research and conservation practice had to be stressed. While conservation and restoration projects offer the settings to test and develop ecological theories, they can in turn benefit from understanding how plant communities assemble.
Translation of the abstract (German)
Angesichts der Aufgabe wertvolle Artengemeinschaften zu erhalten bzw. wiederherzustellen, gewinnt das Verständnis von Mechanismen und Regeln, nach denen sich Artengemeinschaften zusammenfinden und verändern, zunehmend an Bedeutung. In der vorliegenden Arbeit wurden grundlegende Fragen zu den Regeln der Zusammensetzung von Grünland-Pflanzengemeinschaften mit Fragen betreffend des Schutzes und der ...
Translation of the abstract (German)
Angesichts der Aufgabe wertvolle Artengemeinschaften zu erhalten bzw. wiederherzustellen, gewinnt das Verständnis von Mechanismen und Regeln, nach denen sich Artengemeinschaften zusammenfinden und verändern, zunehmend an Bedeutung. In der vorliegenden Arbeit wurden grundlegende Fragen zu den Regeln der Zusammensetzung von Grünland-Pflanzengemeinschaften mit Fragen betreffend des Schutzes und der Restitution von Grünland verknüpft.
Im 2. Kapitel bestimmten wir funktionelle Pflanzengruppen, welche auf den Faktor Landnutzung reagierten (Beweidung, Mahd, Mulchen, Brand, Brache) und untersuchten die Mechanismen, welche zu Veränderungen in der Artenzusammensetzung von Kalkmagerrasen nach Managementänderungen führten.
Die funktionellen Gruppen zeigten häufig eine lineare Zu- bzw. Abnahme über die Zeit. Damit deutete sich an, dass sich bei fast allen alternativen Pflegemaßnahmen zur Beweidung auch nach 30 Jahren kein neues Gleichgewicht hinsichtlich der Zusammensetzung funktioneller Gruppen eingestellt hatte. Nur bei Beweidung und Mahd blieb der Deckungsanteil der funktionellen Gruppen über die Zeit konstant. Bei allen anderen Pflegemaßnahmen fanden hingegen Verschiebungen der Deckungen funktioneller Gruppen statt, welche hauptsächlich durch zunehmende Dominanz einer besonders konkurrenzstarken Gruppe angetrieben zu sein schienen.
Im 3. Kapitel wurde ebenfalls die Entwicklung der Artenzusammensetzung auf Versuchsflächen betrachtet, welche seit 30 Jahren unterschiedlichen Pflegemaßnahmen unterworfen waren. Zunächst sollte die Frage beantwortet werden, ob verschiedene Managementvarianten (Beweidung, Mulchen, Brennen, Brache) sich hinsichtlich Invasibilität oder Anzahl aussortierter Arten unterscheiden. Zudem wurden sowohl eine zusammenfassende Auswertung über alle sechs Flächen als auch eine Metastudie durchgeführt, wobei jeweils für jedes Management Merkmale der eingewanderten Arten denen der verloren gegangen Arten gegenübergestellt wurden, um letztendlich managementspezifische Merkmalsselektionen aufzudecken.
Nur bei Beweidung und Mulchen 2x jährlich war der Selektionsdruck für bestimmte Merkmalsausprägungen gering. Dies spiegelte sich in einer geringen Anzahl verloren gegangener Arten und in der zufälligen Verteilung einwandernder und ausselektierter Arten über den Artenpool wider. Es wurden mangementspezifische Merkmalsselektionen deutlich. So wurden z.B. bei 1x jährlichem Mulchen besonders großsamige Arten bevorzugt. Desweiteren zeigte die Metastudie, dass über alle Managementvarianten hinweg einwandernde Arten tendenziell konkurrenzstärker waren, als die, die verloren gingen.
Im 4. Kapitel wurden die Ergebnisse eines Aussaatexperiments vorgestellt, bei welchen 15 typische Grünlandarten auf vier Parzellen mit unterschiedlichem Management (Beweidung, Brennen 1x jährlich, Mulchen 1x jährlich und Brache) ausgesät wurden. Dieses Experiment sollte dazu beitragen, die Bedeutung von Samenlimitierung, Keimungsnischenlimitierung und Überlebenschancen der Keimlinge abhängig vom jeweiligen Management zu bestimmen. Bei der Hälfte der eingesäten Plots je Management wurden die Moos- und Streuschicht vor der Aussaat entfernt und somit eine Störung simuliert und Keimungsnischen geschaffen.
Im ersten Jahr nach der Aussaat hatte diese künstliche Störung eine positive Auswirkung auf die Keimung fast aller Arten bei allen Managementvarianten. Letztendlich wirkte sich im dritten Jahr nach der Aussaat das jeweilige Management entscheidend auf das Überleben der Jungpflanzen aus und wurde somit die treibende Kraft für deren Etablierungserfolg. Es zeigte sich, dass Samenlimitierung bei allen Managementvarianten nur eine geringe Rolle spielte, jedoch im Vergleich Beweidung die besten Voraussetzungen für die generative Regeneration der ausgesäten Arten bot.
Die Rolle des biotischen Filters für den Etablierungserfolg von 15 ausgesäten Grünlandarten auf der beweideten Parzelle untersuchten wir im 5. Kapitel. Es wurde eine Vielzahl von Faktoren aufgenommen, welche die von den Nachbararten geschaffene Umgebung beschrieben: die Identität der unmittelbaren Nachbararten und ihre Merkmale (im 10 cm Radius um die Keimlinge), Gesamtdeckung der Vegetation, Vegetationshöhe im Frühjahr und Sommer, Offenbodenanteil, Streuschicht etc.. Plots mit lebenden Individuen beim letzten Zensus wurden mit den Plots verglichen, bei denen alle Keimlinge/Jungpflanzen während des Untersuchungszeitraums abgestorben waren.
Die Artenvielfalt der unmittelbaren Nachbarschaft zeigte sich als bedeutendster mit dem Etablierungserfolg zusammenhängender Faktor. Die Artenvielzahl war mit einer Reihe anderer Plot-Charakteristika korreliert, welche im Wesentlichen auf eine kleinflächig konkurrenzärmere Umwelt bei höherer Artenvielfalt hinwiesen.
Im 6. Kapitel wollten wir schließlich mittels eines funktionellen Ansatzes mögliche Gründe für die so häufig scheiternde Restitution von Grünland auf ehemaligen Äckern aufzeigen. Hierfür wurden Indikatorarten von Grünland auf ehemaligen Äckern und Indikatorarten benachbarter, seit jeher beweideter, typischer Grünlandflächen bestimmt. Unterschiede in der Abiotik hinsichtlich der Nährstoffversorgung bestanden zwischen den unterschiedlich alten Grünlandtypen nicht mehr. Indikatorarten des Grünlands auf ehemaligen Äckern waren konkurrenzstarke Arten, die an höhere Nährstoffzufuhren angepasst sind und oftmals mit der früheren Nutzung als Ackerunkraut oder Nutzpflanze eingeführt wurden. Indikatorarten von altem Grünland waren hingegen kleine Arten mit besonderen Ansprüchen an die Keimung und an die Etablierung.
Vergleiche der gewichteten Mittelwerte funktioneller Merkmale für die beiden Grünlandtypen zeigten signifikante Unterschiede zwischen altem und neuem Grünland bei den Merkmale, die die Indikatorarten von dem restlichen Artenpool abgrenzten. Die Ergebnisse legten den Schluss nahe, dass die Indikatorarten von altem Grünland auf den neuen Flächen aufgrund der von den dort vorhandenen Arten geschaffenen konkurrenzstärkeren Umgebung und damit aufgrund des biotischen Filters scheiterten.
Das letzte Kapitel (Kapitel 7) bietet Schlussfolgerungen und Perspektiven hinsichtlich des (praktischen) Nutzens der Ergebnisse der vorangegangenen Kapitel für den Naturschutz und für die Restitution von Grünland. Besonders sollte der gegenseitige Nutzen von Naturschutzpraxis und theoretischer Forschung zu den Regeln der Artenzusammensetzung herausgearbeitet werden. Während Naturschutz-und Restitutionsprojekte den Rahmen bieten, um ökologische Theorien zu entwickeln und zu testen, kann der praktische Naturschutz von einem besseren Verständnis der Prozesse, welche die Artenzusammensetzung von Pflanzengesellschaften steuern, profitieren.
Metadata last modified: 26 Nov 2020 05:01
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