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Markus Bernhardt:

Reaktionen der Waldbodenvegetation auf erhöhte Stickstoffeinträge

Analyse und Vorhersage von Vegetationsveränderungen anhand von funktionellen Merkmalen

[The response of forest vegetation to elevated nitrogen input. Analysis and prediction of changes in vegetation using functional characteristics]

2005. IV, 121 Seiten, 28 Abbildungen, 46 Tabellen, 14x23cm, 300 g
Language: Deutsch

(Dissertationes Botanicae, Band 397)

ISBN 978-3-443-64310-2, brosch., price: 40.00 €

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WaldbodenVegetationStickstoffLandwirtschaftÖkosystemAnalyse

Contents

Kurzfassung top ↑

In der vorliegenden Arbeit konnten Vegetationsveränderungen aufgrund von Stickstoffeinträgen in der Nähe von lokalen Stickstoffquellen (Autobahn bzw. Landwirtschaft) nachgewiesen werden. So wurde z. B. eine Beeinflussung der Vegetation durch eine Autobahn bis in eine Entfernung von 300 m gefunden. Mit Hilfe von Düngeexperimenten konnte die übergeordnete Bedeutung des vegetativen Wachstums für die Prozesse, die den Vegetationsveränderungen zu Grunde liegen erkannt werden. Die Auswertungen zeigen weiterhin, dass stickstoffbedingte Vegetationsveränderungen insbesondere auf saurem Untergrund wirken.

Anpassungen der Vegetation an eine gute Stickstoffversorgung konnten durch Analysen mit funktionellen Merkmalen (Plant functional types - PFTs) erkannt und spezifiziert werden. Auf einer Dauerbeobachtungsfläche wurden entsprechende Merkmale der während der letzten zwanzig Jahre zunehmenden Arten gefunden. Aus diesen Übereinstimmungen leitet sich ab, dass zusätzlicher Stickstoffeintrag die Ursache für diese Vegetationsveränderungen im Verlauf der Zeit ist. Eine Übertragung dieser Erkenntnisse auf andere Ökosysteme ist möglich und erlaubt die Vorhersage von Vegetationsveränderungen.

Bespr.: Botanica Helvetica 116, 2006 top ↑

Seit Jahrzehnten gelangen Stickstoffverbindungen aus der Luft in die Waldökosysteme der Industrieländer. Wie reagiert die Vegetation auf diese Stickstoffeinträge, bzw. wie verändern sich dadurch das Pflanzenwachstum und die Artenzusammensetzung? Markus Bernhardt setzte sich in seiner Dissertation das Ziel, mit verschiedenen Ansätzen Vegetationsveränderungen ausgewählter Waldbestände in Bayern als Folge von Stickstoffeinträgen nachzuweisen. Grundlage hierzu waren Vegetationserhebungen und Bodenanalysen entlang von räumlichen und zeitlichen Immissionsgradienten. In der hier vorgestellten Arbeit sind vier Untersuchungsberichte zusammengestellt, umrahmt von einer Einleitung und einer zusammenführenden Diskussion. Folgende Punkte zu den vier Untersuchungen möchte ich hervorheben:

Ein ebener Fichtenforst neben einer Autobahn diente zur Ermittlung des räumlichen Stickstoffeinflusses auf die Waldvegetation. Entlang eines knapp 1 km langen Transekts wurden insgesamt 30 Quadrate vegetationskundlich erhoben. Mit zunehmender Distanz zur Autobahn verringerten sich die Nährstoffgehalte im Oberboden. Ebenso veränderte sich die Artenzusammensetzung entlang des Gradienten. Sie stabilisierte sich ab einer Distanz von 230 bis 520 m.

Am Beispiel eines isolierten Waldbestandes inmitten von Ackerland (Echinger Lohe; Eichen-Hainbuchenwald) wurden landwirtschaftlich bedingte Stickstoffeinträge entlang von Raum- und Zeitgradienten analysiert. Vergleiche von älteren Vegetationskartierungen und Dauberbeobachtungen mit aktuellen Erhebungen zeigten, dass sich stickstoffanzeigende Gefässpflanzen und Moose innerhalb von rund 40 Jahren ausdehnten und Magerkeitszeiger wie Berg- und Weisssegge abnahmen. Reichere Varianten der Waldgesellschaft entwickelten sich von den Waldrändern her gegen das nährstoffärmere Waldinnere.

Anhand von funktionellen Pflanzenmerkmalen wurde die Wirkung der Nährstoffeinträge in die Waldvegetation ökologisch interpretiert. Hierfür wurden aus verschiedenen Datenbanken Pflanzeneigenschaften für die Arten im isolierten Waldbestand der Echinger Lohe zusammengestellt. Aufgrund übereinstimmender Merkmale wurden die Arten zu funktionellen Gruppen (PFTs) aggregiert. Mit den PFTs wurde gezeigt, wie räumliche und zeitliche Veränderungen der Vegetation sich entsprachen: Nährstoffreiche Gesellschaftsvarianten enthielten konkurrenzstarke Pflanzen mit grossen Blättern und frühblühende Arten, welche der Konkurrenz zeitlich ausweichen.

In einem Düngungsexperiment wurden fünf Waldgesellschaften Stickstoffmengen von 30 oder 60 kg/ha zugefügt. Die Effekte auf das Pflanzenwachstum wurden bei 11 Kraut- und Grasarten an vegetativen und generativen Pflanzenteilen gemessen. Mittels Metaanalyse von Effektgrössen konnte der Autor zeigen, dass nur vegetative Wachstumsparameter wie Blattanzahl, Blattlänge oder Sprosshöhe auf zusätzlichen Stickstoffeintrag reagieren. Die Wachstumsreaktionen hingen von der Stickstofflimitierung des Standorts ab. Auf basischem Substrat waren die Reaktionen nicht signifikant.

Die gesamte Arbeit besticht durch die Kombination von Methoden zur Darstellung und Prüfung der Resultate. So haben hier zwischen zwei Deckeln diverse Anwendungen für die wesentlichen multivariaten und heute publizierbaren Analysemethoden Platz. Gute Lesbarkeit und eine reiche Bibliographie vervollständigen meinen sehr positiven Eindruck von dieser Arbeit, die ich gerne weiterempfehle. Da es sich bei drei der vier Untersuchungen um Fallbeispiele mit Pseudoreplikationen handelt, kann ein Grossteil der Resultate allerdings nicht verallgemeinert werden.

Dr. Thomas Wohlgemuth, Birmensdorf

Botanica Helvetica 116, 2006, S. 202-203

Bespr.: Verhandl. d. Bot. Vereins v. Berlin u. Brandenburg 139. Bd. 2006 top ↑

Nährstoff-, insbesondere Stickstoffeinträge aus der Atmosphäre gehören in Mitteleuropa zu den wichtigsten Ursachen der Veränderung von Flora und Vegetation in den letzten Jahrzehnten. Emissionen aus Straßenverkehr und Landwirtschaft sind ihre wichtigsten Quellen, und insbesondere in stickstofflimitierten Ökosystemen wie den meisten Waldgesellschaften sind ihre Folgen mittlerweile nicht zu übersehen. In der vorliegenden Dissertation werden die Auswirkungen von erhöhten Stickstoffeinträgen auf Wälder in Bayern und die den Vegetationsveränderungen zu Grunde liegenden Prozesse anhand von drei Untersuchungsansätzen analysiert: räumliche Gradienten, zeitliche Vergleiche und Düngeexperimente.

Als räumlicher Gradient wurde zum einen ein senkrecht zu einer Autobahn angelegter Transekt in einem Fichtenforst untersucht. Bodenanalysen, Vegetationsaufnahmen und die Auswertung von Immissiondaten verdeutlichen eindrucksvoll die Folgen verkehrsbedingter Stoffeinträge bis über 200 m in den Waldbestand hinein. Sie bewirken neben höheren Stickstoffgehalten auch - durch Streusalzeinsatz - höhere Basensättigungen der Böden und führen u.a. zur Zunahme von Rubus fruticosus agg., Mycelis muralis sowie zur Abnahme von Vaccinium myrtillus. Die Auswirkungen auf die Moosflora sind ebenfalls massiv. Zum anderen untersuchte Bernhardt einen in einer intensiv genutzten Agrarlandschaft gelegenen Eichen-Hainbuchenwald. Die Ergebnisse zeigen, dass selbst in einem mesophilen Laubwald die Düngung der landwirtschaftlichen Nutzflächen zu einer deutlichen Anreicherung besser Stickstoff-versorgter Vegetationseinheiten in den an Agrarflächen angrenzenden Randbereichen führt.

Im gleichen Waldgebiet wurden zeitliche Vergleiche vorgenommen, und zwar in Form von Vegetationskartierungen zwischen 1961 und 2003 sowie auf der Basis von Dauerbeobachtungsflächen zwischen 1986 und 2003. Beide Ansätze verdeutlichen die Ausbreitung der o.g. Vegetationstypen auf Kosten von magereren Standorten in den Randbereichen des Waldstücks. Die Auswertung funktioneller Merkmalstypen zeigt in diesem Beispiel nicht nur die zu erwartende Zunahme hochwüchsiger, konkurrenzstarker Pflanzenarten, sondern auch kleinwüchsiger, frühblühender Arten, die offenbar der Konkurrenz durch die erstere Artengruppe zeitlich ausweicht.

Düngeexperimente mit 30 und 60 kg N/ha wurden in drei Regionen Bayerns durchgeführt, jeweils auf basenarmem und -reichem Untergrund. In der Folge wurden die Auswirkungen auf das Wachstum von 13 ausgewählten Pflanzenarten analysiert. Bei den meisten - z.T. aber nicht bei kleinwüchsigen - Arten nahm das vegetative Wachstum zu, nicht aber die generative Vermehrung. Da die Effekte auf saurem Untergrund stärker als auf basischem waren, sind auf letzterem wohl allgemein geringere Effekte von Stickstoffeinträgen zu erwarten.

Die überzeugende Studie behandelt und verbindet beispielhaft verschiedene Aspekte der allgegenwärtigen Stickstoffeinträge. Natürlich sind die untersuchten Vegetationstypen und manche Effekte regionsspezifisch und die Ergebnisse daher nicht direkt auf das nordostdeutsche Tiefland übertragbar. Die Arbeit ist jedoch eine Anregung für entsprechende umfassende Untersuchungen in der hiesigen Region, denn in den (Kiefern-)Wäldern der Sandstandorte dürften die massive Vergrasung insbesondere mit Calamagrostis epigejos sowie der Rückgang von Magerkeitszeigern, wie den Strauchflechten, in starkem Maße auf lokale und überregionale Stickstoffemissionen zurückgehen, auch wenn das Ausbleiben der Streunutzung und die Düngung von Forstbeständen zu DDR-Zeiten ebenfalls eine wichtige Rolle gespielt haben.

T. Heinken

Verhandlungen des Botanischen Vereins von Berlin und Brandenburg

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1 Einführung in das Thema 1
2 Einfluss von Stickstoffeinträgen auf die Waldbodenvegetation 5
2.1 Auswirkungen verkehrsbedingter Emissionen 5
2.1.1 Einleitung 5
2.1.2 Untersuchungsgebiet 6
2.1.3 Material und Methoden 7
2.1.3.1 Vegetation 7
2.1.3.2 Boden 7
2.1.3.3 Auswertung der Vegetationsaufnahmen und der Bodenparameter 9
2.1.4 Ergebnisse 11
2.1.4.1 Reichweite der Beeinflussung der Vegetation durch die Autobahn 11
2.1.4.2 Vegetationsausprägungen im Transektverlauf 11
2.1.4.3 Abiotische Parameter 14
2.1.5 Diskussion 17
2.2 Beeinflussung der Waldbodenvegetation durch Stickstoffeinträge aus
benachbarter Landwirtschaft 20
2.2.1 Einleitung 20
2.2.2 Untersuchungsgebiet 21
2.2.3 Material und Methoden 22
2.2.3.1 Vegetationsdifferenzierung der Echinger Lohe: Umweltgradient 22
2.2.3.2 Räumliche Analyse der Vegetation: Vegetationskartierung 24
2.2.3.3 Kleinräumige Entwicklung der Vegetation: Dauerbeobachtungsfläche 24
2.2.4 Ergebnisse 26
2.2.4.1 Vegetationsdifferenzierung der Echinger Lohe: Umweltgradient 26
2.2.4.2 Räumliche Analyse der Vegetation: Vegetationskartierung 31
2.2.4.3 Kleinräumige Entwicklung der Vegetation: Dauerbeobachtungsfläche 33
2.1.5 Diskussion 38
3 Immissionsbedingte Veränderungen funktioneller Artengruppen 42
3.1 Einleitung 42
3.2 Material und Methoden 44
3.2.1 Räumliche Vegetationsanalyse: Stickstoffgradient 44
3.2.2 Zeitliche Entwicklung der Vegetation: Dauerbeobachtungsfläche 47
3.3 Ergebnisse 48
3.3.1 Räumliche Vegetationsanalyse: Stickstoffgradient 48
3.3.2 Zeitliche Entwicklung der Vegetation: Dauerbeobachtungsfläche 51
3.4 Diskussion 55
4 Auswirkungen von experimentell erhöhter Stickstoffverfügbarkeit
auf die Entwicklung ausgewählter Pflanzenarten 59
4.1 Einleitung 59
4.2 Untersuchungsgebiete 61
4.3 Material und Methoden 62
4.3.1 Vegetations- und bodenkundliche Charakterisierung der Gebiete 62
4.3.2 Düngeexperiment 62
4.3.3 Metaanalyse 66
4.4 Ergebnisse 66
4.4.1 Nährstoffausstattung der Gebiete 66
4.4.2 Parametervergleiche 67
4.4.3 Metaanalyse 76
4.5 Diskussion 78
5 Zusammenführende Diskussion 81
6 Zusammenfassung 87
7 Summary 91
8 Literatur 94
Anhang 107