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Waldökosysteme unterliegen vielfältigen Einflüssen wie forstlicher Bewirtschaftung, Stickstoffdeposition, Veränderung des Grundwasserspiegels oder der Einwanderung invasiver Arten. Die Wiederholung historischer Vegetationsaufnahmen ist ein wichtiges Mittel, um Veränderungen der Pflanzengesellschaften zu dokumentieren und mögliche Hauptursachen (Treiber) zu bestimmen. Wir haben 2015 den Vegetationswandel auf 140 semi-permanenten Plots in Wirtschaftswäldern der Elbtalniederung im Nordostdeutschen Tiefland (Sachsen-Anhalt, Brandenburg) untersucht. Die Erstaufnahme erfolgte von 1956 bis 1963. Die Vegetationsaufnahmen decken ein fast einzigartig breites Spektrum unterschiedlicher Waldstandorte ab, das von Feuchtwäldern (Au-, Bruch- und Moorwäldern des Alnion incanae, Alnion glutinosae und Betulion pubescentis) über bodensaure Eichen-Mischwälder (Quercion roboris) bis hin zu bodensauren, meist trockenen Kiefernwäldern mit unterschiedlicher Nährstoffausstattung (Dicrano-Pinion) reicht.
Die Veränderungen der Vegetation haben wir mit Hilfe von Bestandesdaten, Gewinner- und Verliererarten, der α- und β -Diversität sowie der Ellenberg-Zeigerwerte für Stickstoff, Reaktion, Feuchte und Licht analysiert. Dabei wurden, anders als in den meisten bisherigen Wiederholungsuntersuchungen, auch Flächen berücksichtigt, auf denen bis zur Zweitaufnahme ein vollständiger Bestandeswechsel stattgefunden hatte.
Insbesondere in den Feuchtwäldern und den bodensauren Wäldern mit mäßig guter Nährstoffversorgung sind Wechsel der Hauptbaumarten zu verzeichnen; außerdem wurden viele Kiefernbestände zwischenzeitlich neu begründet. Die Artenzahl hat insgesamt und in fast allen Waldtypen abgenommen, die β-Diversität ist jedoch unverändert geblieben bzw. hat sich erhöht. Die Zeigerwerte deuten auf eine Abnahme der Bodenfeuchte in den Au-, Bruch-, und Moorwäldern hin, während insbesondere die bodensauren Kiefernwälder dunkler, nährstoffreicher und feuchter geworden sind. Die Anzahl der Verlierer-Arten ist mehr als doppelt so hoch wie die der Gewinner-Arten, jedoch mit unterschiedlicher Entwicklung in den einzelnen Waldtypen. Insbesondere die nassen und feuchten Wälder, die bodensauren Eichen-Mischwälder und die Flechten-Kiefernwälder haben die meisten ihrer charakteristischen Arten verloren.
Veränderungen der Vegetation in den Feuchtwäldern gehen v. a. auf lokal gesunkene Grundwasserspiegel und eine dadurch gestiegene Nährstoffverfügbarkeit zurück; die Artenzusammensetzung der Auwälder wurde zudem sehr stark durch forstliche Eingriffe beeinflusst. Ursachen für den Trend zu feuchteren und nährstoffreicheren Bedingungen in ehemals trockenen bodensauren Kiefern- und Eichenwäldern sind Stickstoffeinträge sowie eine Sukzession nach Aufgabe historischer Waldnutzungs-formen (Streunutzung, Waldweide). Obwohl sich die einzelnen Waldtypen unterschiedlich entwickelt haben, sind Eutrophierung, sinkende Grundwasserspiegel und Waldbaumaßnahmen insgesamt die wichtigsten Ursachen für die beobachteten Vegetationsveränderungen. Forstliche Eingriffe wie Kahlschlag und Bestandesumbau mit Baumartenwechsel sind zugleich die Hauptursache dafür, dass es trotz Nivellierung des Standortsgradienten, gemessen an der β-Diversität, nicht zu einer Homogenisierung der Vegetation gekommen ist.
QuestionBelow-ground processes are key determinants of above-ground plant population and community dynamics. Still, our understanding of how environmental drivers shape plant communities is mostly based on above-ground diversity patterns, bypassing below-ground plant diversity stored in seed banks. As seed banks may shape above-ground plant communities, we question whether concurrently analysing the above- and below-ground species assemblages may potentially enhance our understanding of community responses to environmental variation. LocationTemperate deciduous forests along a 2000km latitudinal gradient in NW Europe. MethodsHerb layer, seed bank and local environmental data including soil pH, canopy cover, forest cover continuity and time since last canopy disturbance were collected in 129 temperate deciduous forest plots. We quantified herb layer and seed bank diversity per plot and evaluated how environmental variation structured community diversity in the herb layer, seed bank and the combined herb layer-seed bank community. ResultsSeed banks consistently held more plant species than the herb layer. How local plot diversity was partitioned across the herb layer and seed bank was mediated by environmental variation in drivers serving as proxies of light availability. The herb layer and seed bank contained an ever smaller and ever larger share of local diversity, respectively, as both canopy cover and time since last canopy disturbance decreased. Species richness and -diversity of the combined herb layer-seed bank community responded distinctly differently compared to the separate assemblages in response to environmental variation in, e.g. forest cover continuity and canopy cover. ConclusionsThe seed bank is a below-ground diversity reservoir of the herbaceous forest community, which interacts with the herb layer, although constrained by environmental variation in e.g. light availability. The herb layer and seed bank co-exist as a single community by means of the so-called storage effect, resulting in distinct responses to environmental variation not necessarily recorded in the individual herb layer or seed bank assemblages. Thus, concurrently analysing above- and below-ground diversity will improve our ecological understanding of how understorey plant communities respond to environmental variation.
Um Themen des Schutzes von Pflanzengemeinschaften wirksamer in der breiten Öffentlichkeit zu kommunizieren wird der Vorstand der „Floristisch-Soziologischen Arbeitsgemeinschaft (FlorSoz)“ ab 2019 eine „Pflanzengesellschaft des Jahres“ ausrufen. Damit sollen politische und administrative Entscheidungs- und Umsetzungsprozesse zur Erhaltung der Vielfalt von Ökosystemen und Pflanzengesellschaften in Deutschlands gezielt unterstützt werden. Für das Jahr 2019 wurde die Glatthaferwiese ausgewählt. Sie zählt aktuell zu den durch Artenverarmung und Flächenrückgang besonders bedrohten Pflanzengesellschaften Deutschlands. Es sind deshalb dringend Maßnahmen zum Schutz und zur Wiederherstellung notwendig. Dieser Artikel gibt einen kurzen Überblick zur naturschutzfachlichen Bedeutung von Glatthaferwiesen und deren Ökosystemleistungen sowie zur floristisch-soziologischen Erforschung, zu Ursachen ihres Rückgangs und zu geeigneten Gegenmaßnahmen.
In einem rund 2.200 ha großen Waldgebiet bei Magdeburgerforth (Fläming, Sachsen-Anhalt) wurden 1948 bis 1950 von Harro Passarge 120 Vegetationsaufnahmen sowie eine Vegetationskartierung erstellt. Das Gebiet zeichnet sich durch eine große Vielfalt an Waldtypen aus den Verbänden Agrostio-Quercion petraeae, Alnion glutinosae, Alnion incanae, Carpinion betuli, Dicrano-Pinion und Quercion roboris aus. Daher und weil viele der heute in Wäldern wirksamen Prozesse (z. B. Stickstoffeintrag,
Klimawandel) vor 60 Jahren noch nicht spürbar waren, bietet sich das Gebiet für eine Wiederholungsuntersuchung besonders an. Da die Aufnahmeflächen von Passarge nicht punktgenau verortet waren, wurden im Jahr 2014 in einem über die Forstabteilungen und die Vegetationskarte definierten Suchraum immer die der Erstaufnahme ähnlichsten Waldbestände erfasst. Insgesamt konnten 97 (81 %) der Aufnahmen wiederholt werden. Vegetationsveränderungen werden mithilfe einer NMDS-Ordination, der Gegenüberstellung von α -Diversität, Zeigerwerten und Waldbindungskategorien für die beiden
Aufnahmezeitpunkte sowie über die Identifikation von Gewinner- und Verlierer-Arten analysiert.
Auch wenn methodenbedingt bei der Wiederholungsuntersuchung nur die jeweils geringstmögliche
Vegetationsveränderung abgebildet wird, konnten Ergebnisse erzielt werden, die mit denen quasi permanenter Plots übereinstimmen. Die beobachteten allgemeinen Trends (Eutrophierung, Sukzession nach Nutzungswandel, Verlust lichtliebender und magerkeitszeigender Arten, Ausbreitung von stickstoffliebenden Arten und mesophilen Waldarten, Einwanderung von Neophyten, keine generelle Abnahme der Artenzahl) stimmen gut mit den in zahlreichen Studien aus mitteleuropäischen Wäldern festgestellten überein. Durch das von nassen bis trockenen sowie von bodensauer-nährstoffarmen bis zu relativ basenreichen Böden reichende Standortsspektrum innerhalb des Untersuchungsgebietes konnte aber – deutlicher als in den meisten bisherigen Fallstudien – gezeigt werden, dass sich die Resilienz der
Wälder gegenüber Vegetationsveränderung je nach Ausgangsgesellschaft stark unterscheidet und jeweils unterschiedliche Treiber wirksam sind. Stellario-Carpinetum und Luzulo-Quercetum erwiesen
sich als relativ stabil, und auch in den Feuchtwäldern des Circaeo-Alnetum gab es trotz eines Artenwechsels wenig Hinweise auf Umweltveränderungen. Dagegen wiesen die Wälder nährstoffarmer Standorte (Sphagno-Alnetum, Betulo-Quercetum, Dicrano-Pinion) viele Verliererarten und eine starke Eutrophierungstendenz auf. Die in besonderem Maße von historischen Waldnutzungsformen abhängigen thermophilen Wälder und die Flechten-Kiefernwälder gingen weitgehend verloren.
The contemporary state of functional traits and species richness in plant communities depends on legacy effects of past disturbances. Whether temporal responses of community properties to current environmental changes are altered by such legacies is, however, unknown. We expect global environmental changes to interact with land-use legacies given different community trajectories initiated by prior management, and subsequent responses to altered resources and conditions. We tested this expectation for species richness and functional traits using 1814 survey-resurvey plot pairs of understorey communities from 40 European temperate forest datasets, syntheses of management transitions since the year 1800, and a trait database. We also examined how plant community indicators of resources and conditions changed in response to management legacies and environmental change. Community trajectories were clearly influenced by interactions between management legacies from over 200 years ago and environmental change. Importantly, higher rates of nitrogen deposition led to increased species richness and plant height in forests managed less intensively in 1800 (i.e., high forests), and to decreases in forests with a more intensive historical management in 1800 (i.e., coppiced forests). There was evidence that these declines in community variables in formerly coppiced forests were ameliorated by increased rates of temperature change between surveys. Responses were generally apparent regardless of sites’ contemporary management classifications, although sometimes the management transition itself, rather than historic or contemporary management types, better explained understorey responses. Main effects of environmental change were rare, although higher rates of precipitation change increased plant height, accompanied by increases in fertility indicator values. Analysis of indicator values suggested the importance of directly characterising resources and conditions to better understand legacy and environmental change effects. Accounting for legacies of past disturbance can reconcile contradictory literature results and appears crucial to anticipating future responses to global environmental change.
Atmospheric nitrogen deposition on petals enhances seed quality of the forest herb Anemone nemorosa
(2018)
Elevated atmospheric input of nitrogen (N) is currently affecting plant biodiversity and ecosystem functioning. The growth and survival of numerous plant species is known to respond strongly to N fertilisation. Yet, few studies have assessed the effects of N deposition on seed quality and reproductive performance, which is an important life-history stage of plants. Here we address this knowledge gap by assessing the effects of atmospheric N deposition on seed quality of the ancient forest herb Anemone nemorosa using two complementary approaches. By taking advantage of the wide spatiotemporal variation in N deposition rates in pan-European temperate and boreal forests over 2years, we detected positive effects of N deposition on the N concentration (percentage N per unit seed mass, increased from 2.8% to 4.1%) and N content (total N mass per seed more than doubled) of A.nemorosa seeds. In a complementary experiment, we applied ammonium nitrate to aboveground plant tissues and the soil surface to determine whether dissolved N sources in precipitation could be incorporated into seeds. Although the addition of N to leaves and the soil surface had no effect, a concentrated N solution applied to petals during anthesis resulted in increased seed mass, seed N concentration and N content. Our results demonstrate that N deposition on the petals enhances bioaccumulation of N in the seeds of A.nemorosa. Enhanced atmospheric inputs of N can thus not only affect growth and population dynamics via root or canopy uptake, but can also influence seed quality and reproduction via intake through the inflorescences.
Understorey plant communities play a key role in the functioning of forest ecosystems. Under favourable environmental conditions, competitive understorey species may develop high abundances and influence important ecosystem processes such as tree regeneration. Thus, understanding and predicting the response of competitive understorey species as a function of changing environmental conditions is important for forest managers. In the absence of sufficient temporal data to quantify actual vegetation changes, space-for-time (SFT) substitution is often used, i.e. studies that use environmental gradients across space to infer vegetation responses to environmental change over time. Here we assess the validity of such SFT approaches and analysed 36 resurvey studies from ancient forests with low levels of recent disturbances across temperate Europe to assess how six competitive understorey plant species respond to gradients of overstorey cover, soil conditions, atmospheric N deposition and climatic conditions over space and time. The combination of historical and contemporary surveys allows (i) to test if observed contemporary patterns across space are consistent at the time of the historical survey, and, crucially, (ii) to assess whether changes in abundance over time given recorded environmental change match expectations from patterns recorded along environmental gradients in space. We found consistent spatial relationships at the two periods: local variation in soil variables and overstorey cover were the best predictors of individual species’ cover while interregional variation in coarse-scale variables, i.e. N deposition and climate, was less important. However, we found that our SFT approach could not accurately explain the large variation in abundance changes over time. We thus recommend to be cautious when using SFT substitution to infer species responses to temporal changes.
The recent decline of Lepidoptera species strongly correlates with the increasing intensification of agriculture in Western and Central Europe. However, the effects of changed host-plant quality through agricultural fertilization on this insect group remain largely unexplored. For this reason, we tested the response of six common butterfly and moth species to host-plant fertilization using fertilizer quantities usually applied in agriculture. The larvae of the study species Coenonympha pamphilus, Lycaena phlaeas, Lycaena tityrus, Pararge aegeria, Rivula sericealis and Timandra comae were distributed according to a split-brood design to three host-plant treatments comprising one control treatment without fertilization and two fertilization treatments with an input of 150 and 300kgNha(-1)year(-1), respectively. In L.tityrus, we used two additional fertilization treatments with an input of 30 and 90kgNha(-1)year(-1), respectively. Fertilization increased the nitrogen concentration of both host-plant species, Rumex acetosella and Poa pratensis, and decreased the survival of larvae in all six Lepidoptera species by at least one-third, without clear differences between sorrel- and grass-feeding species. The declining survival rate in all species contradicts the well-accepted nitrogen-limitation hypothesis, which predicts a positive response in species performance to dietary nitrogen content. In contrast, this study presents the first evidence that current fertilization quantities in agriculture exceed the physiological tolerance of common Lepidoptera species. Our results suggest that (1) the negative effect of plant fertilization on Lepidoptera has previously been underestimated and (2) that it contributes to the range-wide decline of Lepidoptera.
Environmental drivers interactively affect individual tree growth across temperate European forests
(2018)
Forecasting the growth of tree species to future environmental changes requires abetter understanding of its determinants. Tree growth is known to respond to global‐change drivers such as climate change or atmospheric deposition, as well as to localland‐use drivers such as forest management. Yet, large geographical scale studiesexamining interactive growth responses to multiple global‐change drivers are relativelyscarce and rarely consider management effects. Here, we assessed the interactiveeffects of three global‐change drivers (temperature, precipitation and nitrogen deposi-tion) on individual tree growth of three study species (Quercus robur/petraea, Fagus syl-vatica and Fraxinus excelsior). We sampled trees along spatial environmental gradientsacross Europe and accounted for the effects of management for Quercus. We collectedincrement cores from 267 trees distributed over 151 plots in 19 forest regions andcharacterized their neighbouring environment to take into account potentially confounding factors such as tree size, competition, soil conditions and elevation. Wedemonstrate that growth responds interactively to global‐change drivers, with species ‐specific sensitivities to the combined factors. Simultaneously high levels of precipita-tion and deposition benefited Fraxinus, but negatively affected Quercus’ growth, high-lighting species‐specific interactive tree growth responses to combined drivers. ForFagus, a stronger growth response to higher temperatures was found when precipita-tion was also higher, illustrating the potential negative effects of drought stress underwarming for this species. Furthermore, we show that past forest management canmodulate the effects of changing temperatures on Quercus’ growth; individuals in plotswith a coppicing history showed stronger growth responses to higher temperatures.Overall, our findings highlight how tree growth can be interactively determined by glo-bal‐change drivers, and how these growth responses might be modulated by past for-est management. By showing future growth changes for scenarios of environmentalchange, we stress the importance of considering multiple drivers, including past man-agement and their interactions, when predicting tree growth.
Vorwort
(2019)