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Vegetationsökologische Untersuchungen zur Restitution von Sand-Ökosystemen

Stroh, Michael :
Vegetationsökologische Untersuchungen zur Restitution von Sand-Ökosystemen.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2007)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Vegetationsökologische Untersuchungen zur Restitution von Sand-Ökosystemen
Language: German
Abstract:

Speziell in Wachstumsregionen und Ballungsräumen herrscht ein stetiger Verbrauch von Natur, der durch konservierenden Naturschutz allein nicht mehr auszugleichen ist. Die Flächenverluste führen zu Fragmentation und damit auch zum Rückgang der Arten- und Lebensraumvielfalt. Neben klassischen, konservierenden Naturschutzstrategien sollten tragfähige Konzepte zur Restitution und Entwicklung dieser Lebensräume erarbeitet werden. Restitution bedeutet, sowohl gezielt eingesetzte Maßnahmen als auch Systemkräfte in den Wiederherstellungsprozess einzubeziehen. Dabei sollen sowohl die abiotischen als auch die biotischen Funktionen wiederhergestellt werden. In der vorliegenden Untersuchung wird am Beispiel der Sand-Ökosysteme ein Konzept für die Restitution erarbeitet. Die Untersuchungen konnten in zwei verschiedenen naturräumlichen Einheiten (Darmstädter Sandgebiet und Emsland) und auf verschiedenen räumlichen Skalen durchgeführt werden. In einer Pilotstudie im Darmstädter Sandgebiet wurden in einem stratifiziert-randomisierten Versuchsdesign inokulierte, beweidete Flächen bzw. nicht-inokulierte beweidete und unbeweidete Vergleichsflächen untersucht. 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. Der Übertragungserfolg der Inokulation variierte in den Ansätzen bereits im ersten Jahr zwischen 60 % und 85 %. In den Folgejahren wurden die Leitbildgesellschaften, die auch als Spenderflächen fungierten, fast vollständig übertragen. Die Untersuchungen zu Diasporenreservoir („seed bank“) im Boden und dem Diasporenniederschlag („seed rain“) belegten das Vorherrschen größtenteils ruderaler Arten. Die Übertragung von Mäh- oder Rechgut zeigte die geringsten Eingriffe in die Bestände der Spendergebiete. Somit können diese mehrfach zur Gewinnung diasporenhaltigen Materials genutzt werden. Der selektive Fraß von Schafen und Eseln konnte die Ruderalisierung dämpfen, aber nicht unterdrücken. Anhand von Ruderalisierungs-Indices, die den Anteil von Zielarten zu Ruderalarten bzw. deren Deckung in Beziehung setzt, konnte dies gezeigt werden. Die anschließenden Studien wurden stets mit der kombinierten Übertragung von Mäh- und Rechgut durchgeführt. Die Erfahrungen der Pilotstudie wurden in ein zweites Experiment mit den Faktoren Inokulation und Beweidung eingebracht, das durch Inversion des Bodens die abiotischen Bedingungen optimierte. Die im Oberboden des Ackers gemessenen Gehalte an pflanzenverfügbaren Phosphat-P lagen bei 56 mg/kg trockener Boden und waren damit zwei-bis dreifach höher als auf den Leitbildflächen. Der Gehalt an pflanzenverfügbarem Phosphat-P lag nach den Erdbauarbeiten bei 15 mg/kg trockener Boden und damit in der Amplitude typischer nicht ruderalisierter Sandrasen im Gebiet. Der neue Oberboden war extrem diasporenarm. Die Berechnung von Ruderalisierungs-Indices zeigte schon im dritten Jahr der Untersuchung auch auf den nicht inokulierten Flächen relativ geringe Werte (kein ruderales Übergewicht). Diese Werte verdeutlichen, dass die Bodeninversion das Problem der Ruderalisierung mildert. Für eine erfolgreiche Restitution mangelt es hier aber an Leitarten. Das Feldexperiment Rotböhl wurde mit Eseln beweidet. Die Eselweide wirkte öffnend auf die Vegetation, die Streu wurde reduziert. Esel als Vertreter der Equiden fraßen bevorzugt Gräser. Während in den ersten beiden Ansätzen stets die Wiederherstellung geeigneter Leitbildgesellschaften als Restitutionsziel definiert wurde, war im Rahmen des Restitutionsexperimentes im Emsland auch die Wiederherstellung landschaftlicher Funktionen Ziel des Versuches. Auf großen Flächen konnten hier zur Verbesserung der abiotischen Bedingungen Bodeninversionen und andere das Relief gestaltende Maßnahmen ausgeführt werden. Um die Entwicklung der Gesamtfläche zu dokumentieren, wurde ein rasterbezogenes, georeferenziertes Netz von Markierungspunkten in allen Flächen als „floristischer Hintergrund“ zur Anbindung der kleinräumigen Untersuchungsflächen eingerichtet. Die Methode der experimentellen Bodeninversion fand im Restitutionsexperiment Emsland auf großen Flächen Anwendung. Flächen von über 70 ha wurden ausgedeicht. Das Material der Deiche war im Oberboden stark mit Phosphat belastet (94 mg/kg trockener Boden Phosphat-P). Der Kern der Deiche (21 mg/kg) wurde als Deckschicht auf die nach historischen Karten modellierten neu erschaffenen „Neo-Dünen“ gelegt. Sowohl seed bank als auch seed rain waren ruderal dominiert. Die Inokulation wurde mit der Übertragung von Mäh- und Rechgut aus Leitbildflächen durchgeführt. Im Winter waren jährlich große Teile des Restitutionsgebietes überschwemmt. Von April bis Oktober wurden die Flächen mit Rindern extensiv (0,7 GVE/ha) beweidet. Nur so wird ein ausreichender Weidedruck auch in den Sandrasenflächen des Gebietes dynamisierend wirksam. Auf der „Wester Schleife“ konnte aufgrund des geringen Flächenanteils von Sandrasen (ca. 18 %) deren Beweidung nur durch eine Besatzdichte von 0,9 GVE/ha gewährleistet werden. In sehr trockenen Jahren steigt der Weidedruck bei ähnlicher Besatzdichte wesentlich. In den Leitbild-Versuchsflächen hat der seit vier Jahren andauernde Weideausschluss kaum auf Artenzahl oder Deckung gewirkt. Einzelne Arten reagieren mit erhöhter Populationsdynamik in beweideten Flächen (z.B. Ceratodon purpureus). Die Ruderalisierungs-Indices zeigen geringere Tendenzen zur Ruderalisierung in den frühen Sukzessionsstadien; dies gilt sowohl für die Leitbilder, als auch für die Restitutionsflächen. Bei letzteren weisen die inokulierten Flächen geringere Ruderalisierungs-Werte als die nicht inokulierten Flächen auf. Im Rahmen der durchgeführten Untersuchungen ergaben sich insbesondere die folgenden regional übergreifenden Erkenntnisse: Die invertierenden Erdbauarbeiten waren gut geeignet, um den Phosphatgehalt im Oberboden zu verringern und so nährstoffarme Bedingungen zu restituieren. Der geringere Phosphatgehalt bildete sich in den Werten der Ruderalisierungs-Indices ab. Die Diasporenbanken von langjährig genutzten Äckern sind nicht geeignet zur Regenerierung der Leitbildgesellschaften. Die Leitarten sind kaum in der Lage, von den zumeist fragmentierten und flächig begrenzten Beständen aus die Restitutionsfläche zu erreichen. Auf den diasporenlimitierten Entwicklungsflächen bedarf es daher der Inokulation als biotisch aufwertender Maßnahme zur Restitution der Leitbildgesellschaften. Der Übertragungserfolg zeigte sich durchgängig im Vorkommen zahlreicher Leitarten. Die Inokulation wirkte auch unterdrückend auf die Ruderalisierungstendenzen in den Flächen. Die inokulierten Bereiche zeigten in allen Versuchen niedrigere Werte der Ruderalisierungs-Indices. Die Ruderalisierung und das Aufkommen monodominanter Gräser wird auch durch die Beweidung zurückgedrängt. Die Rinder bevorzugen frischere Standorte, die Schafe reduzieren mit Vorliebe nährstoffreichere und höherwüchsige Teile der Vegetation, die Esel fressen besonders an Gräsern, verringern gleichzeitig die Streuauflage und vergrößern den Offenbodenanteil auf den beweideten Flächen. Die Beweidung unterstützte in jedem der inokulierten Restitutionsexperimente die Entwicklung zur Leitbildgesellschaft.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
The current rapid expansion of areas of economic interest is causing a steady deterioration of the natural environment, which cannot be compensated by conservation alone. Therefore it is important to develop strategies for habitat restoration including abiotic and biotic functions. The present study was designed to establish restoration approaches for sand ecosystems in different geographic regions of Germany (Hesse and Lower Saxony) using different scales. In a pilot study in Seeheim-Jugenheim (Hesse) we compared inoculated and grazed plots with non-inoculated grazed or ungrazed reference plots. No abiotic restoration measures were undertaken. The various inoculation treatments nearly completely transferred the target species of the donor communities to the restoration site. Seed bank and seed rain were dominated by ruderal plant species. Diaspore transfer via cut or raked material had very little destructive effect on the donor sites. The selective grazing impact of sheep and donkeys could lessen but not totally suppress ruderalisation. The following inoculation experiments were all run with cut and raked material. In a second field study in Hesse we examined the factors inoculation and grazing, but additionally optimized abiotic conditions by topsoil inversion. After the transfer of ground material by means of topsoil inversion the plant-available phosphate content was reduced and in the range of non-ruderalised sand grasslands. The new topsoil was poor in diaspores. We calculated different ruderalisation indices and found low ruderalisation tendencies after three years, also on non-inoculated plots. This displays the importance of topsoil inversion to prevent ruderalisation. For successful restoration the lack of target species has to be overcome. The applied donkey grazing created gaps in the vegetation and reduced litter. Donkeys, belonging to the equids, preferentially fed on grass species. The third restoration experiment in the Emsland (Lower Saxony) also took into account the restoration of landscape quality. Large areas (70 ha) could be remodelled, e.g. using topsoil inversion. The area was extensively (0.7 livestock units/ha) grazed by cattle to reach adequate grazing pressure. The grazing impact also initiates dynamic processes on the newly created dunes. In dry years grazing pressure considerably increased in moister areas at the same stocking rate. Ruderalisation indices demonstrate low ruderalisation tendencies in early successional stages, in target areas as well as in restoration plots. Within the latter the inoculated plots showed lower ruderalisation values than the non-inoculated ones. The following principal conclusions were found in all areas: Topsoil inversion can be employed to reduce phosphate content and therefore to restore abiotic conditions. The reduced phosphate contents are also reflected in the ruderalisation indices. Soil seed banks of former arable fields are not suitable for the restoration of target communities. The target species, mostly occurring on fragmented or too-small stands, show a limited dispersal. This leads to diaspore limitation in the restoration sites. Inoculation is needed as a biotic measure to restore target communities. The presence of numerous target species after inoculation reflects an excellent transfer success. Inoculation suppressed ruderalisation trends in all studies, which is demonstrated by ruderalisation indices. Ruderalisation, especially the occurrence of monodominant grass species, was decreased by grazing. Cattle preferentially grazed moister stands; sheep mainly grazed on nutrient-rich and tall-growing components of the plant species. Donkeys fed mostly on grass species, reducing litter and creating gaps of bare ground. In all inoculated restoration plots grazing enhanced the development of the vegetation towards target communities.English
Uncontrolled Keywords: Mähgut, Rechgut, Sodentransfer, Diasporentransfer, Oberbodeninversion, Ruderalisierung, Sandökosysteme, Inokulation
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Mähgut, Rechgut, Sodentransfer, Diasporentransfer, Oberbodeninversion, Ruderalisierung, Sandökosysteme, InokulationGerman
restoration, sand, inoculation, diaspore transfer, grazing, succession, ruderalisation, topsoil inversionEnglish
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie
Divisions: Biology
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:22
Last Modified: 07 Dec 2012 11:52
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000813
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-8131
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Schwabe-Kratochwil, Prof. Dr. Angelika and Scheu, Prof. Dr. Stefan
Advisors: Schwabe-Kratochwil, Prof. Dr. Angelika
Refereed: 20 October 2006
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/813
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