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Bitte verwenden Sie diesen Link, wenn Sie dieses Dokument zitieren oder verlinken wollen: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-002100-7

Fine scaled vegetation patterns in the Lateglacial and Early Holocene of NE Germany – Novel GIS based approaches

  • The pollen record is a powerful proxy to reconstruct past terrestrial vegetation, but quantifying plant abundances is strongly limited because plants produce pollen in different amounts and pollen is dispersed differently. Further complications arise from the use of percentage data. Finally, a pollen grain deposited at a site may have arrived from proximate or distant sources, which implies that a single pollen sample may reflect very different vegetation scenarios. Present thesis suggests improving quantitative reconstructions of past vegetation by refined calibration of the pollen-vegetation relationship (paper I) and application of the downscaling approach (papers II-IV). Paper I primarily addresses the questions of pollen production and dispersal by calibrating the pollen-vegetation relationship. Data analysis employs the common extended R-value (ERV) approach and a new data-model comparison method, which appears more suitable than the ERV approach. For the first time PPEs have been calculated using three contrasting pollen dispersal options, including a Lagrangian stochastic (LS) model. The study proves that the underlying pollen dispersal model is a crucial parameter in PPE calculations and that the calculations with the LS model produce more reliable and realistic PPEs. Papers II to IV address quantitative reconstructions of past vegetation. Using the newly developed downscaling approach, the three studies explore fine scaled vegetation patterns in NE Germany during the Late Glacial and early Holocene. The main assumption of the downscaling approach is that the present day pattern of abiotic site conditions (e.g. the pattern of soil substrates) existed, at least to a large extend, also during the study periods. The basic principle of the approach is to test, whether pollen deposition in sites across a landscape is correlated to that site pattern. The first application of the approach (paper II) has shown a close correlation between PINUS pollen percentages and the distance weighted abundance of sandy soils and between BETULA pollen percentages and the distance weighted abundance of morainic till during the Allerød period, indicating that pine and birch formed rather separate stands on either substrate type. The cooling of the Younger Dryas induced significant changes in the vegetation of NE Germany. By combining pollen percentage and pollen accumulation rate data paper III identified a sharp vegetation boundary between the Mecklenburg and Brandenburg area at about 53 °N. The downscaling approach, here used with pollen accumulation rate data, suggests that in the North small tree stands could only exist in sheltered positions. The sharp vegetation boundary is possibly related to a climatic gradient and the southern permafrost limit, which itself may result from the formation of sea ice on the North Atlantic north of 53°N during winter. The warming of the Holocene again allowed the expansion of forests in the study area. Paper IV uses high resolution pollen (accumulation rate) data to study the successive forest formation, including the immigration of hazel, and explores vegetation patterns and composition during these successive stages using the extended downscaling approach. This approach addresses the problems related to differential pollen production, dispersal and the use of percentage data by applying simulations. It reveals that initially pine and birch established, as during the Allerød period, in largely separate stands with pine dominating on sandy soils and birch dominating on fine grained soils. Also open rich vegetation persisted, possibly due to seasonal drought, mainly on fine grained soils. Hazel later mainly spread on sites that received additional wetness from ground or surface water; it did not enter pine dominated forests on well drained sandy soils. Overall, the early Holocene vegetation of the study area was sharply differentiated by soil humidity and fertility. To conclude, present thesis has revealed vegetation patterns and species site preferences in NE Germany during three periods of the Lateglacial and early Holocene. The results improve our understanding of vegetation history in northern Central Europe, specifically for periods of rapid climate change. The approaches applied are flexible with respect to the type and quality of pollen data used and may be implemented using standard software packages.
  • Die Pollenanalyse ist ein mächtiges Werkzeug zur Rekonstruktion der Vegetation der Vergangenheit, die Rekonstruktion wird jedoch durch Eigenschaften des Pollenniederschlags erschwert. Pflanzen produzieren Pollen in sehr unterschiedlichen Mengen, zudem wird Pollen unterschiedlich weit verbreitet. Die Interpretation von Pollendaten wird darüber hinaus durch die Verwendung von Prozentdaten erschwert. Schließlich ist in einer Pollenprobe nicht erkennbar, ob ein Pollenkorn von einer Pflanze aus der unmittelbaren Umgebung oder aus großer Entfernung stammt. Die vorliegende Arbeit schlägt vor, durch eine verfeinerte Kalibration der Pollen-Vegetations-Beziehung (Paper I) und durch die Verwendung des neu entwickelten „downscaling“-Ansatzes (Paper II-IV), die Vegetation der Vergangenheit genauer zu rekonstruieren. Paper I widmet sich Fragen der Pollenproduktivität (PPEs) und Pollenverbreitung. Neben dem klassischen Extended R-Value(ERV)-Ansatz verwendet die Studie einen neuen Simulations-Ansatz, der robustere und konsistente Ergebnisse liefert. Erstmals wurden PPEs unter Verwendung unterschiedlicher Verbreitungsmodelle berechnet, was die Ergebnisse maßgeblich beeinflusste. Berechnungen mit einem Lagrangian stochastic Modell ergaben realistischere und robustere PPEs. Paper II-IV widmen sich Fragen der quantitativen Vegetationsrekonstruktion. Vorrangiges Ziel der drei Studien ist die Rekonstruktion kleinräumiger Vegetationsmuster im Gebiet NO- Deutschlands im Spätglazial und frühen Holozän. Zentrales Werkzeug aller drei Studien ist der „downscaling approach“. Dieser Ansatz testet, ob die Verbreitung von Arten in der Vergangenheit durch Muster der Landschaft (z.B. von Boden und Relief) bestimmt wurde. In der ersten Anwendung der Methode für das Allerød (Paper I) wurden Beziehungen zwischen Pollenniederschlag und Standorteigenschaften als Korrelation zwischen Prozentwerten von PINUS und der Distanz-gewichteten Häufigkeit von Sand sowie zwischen Prozentwerten von BETULA und der Distanz-gewichteten Häufigkeit von Geschiebelehm und –mergel getestet. Die Korrelation ist in beiden Fällen signifikant, was darauf hinweist, dass Kiefer und Birke weitgehend separate Bestände auf dem jeweiligen Substrat bildeten. Das kalte Klima der Jüngeren Dryas führte zu deutlichen Änderungen der Vegetation NO-Deutschlands. Paper III zeigt, dass bei ca. 53 °N und damit etwa zwischen Mecklenburg und Brandenburg eine scharfe Vegetationsgrenze bestand. Während südlich dieser Grenze Kiefern-dominierte Wälder bestehen blieben, führte das kältere Klima nördlich dieser Grenze zu einer weitgehenden Öffnung der Landschaft. Vereinzelte Gehölze (meist Baum-Birke) kamen nur in geschützten Lagen in hügeligen Landschaften vor. Die Vegetationsgrenze bei 53 °N reflektiert vermutlich eine klimatische Grenze, die ihrerseits durch die maximale winterliche Verbreitung von atlantischem Meereis bis ~53 °N verursacht wurde. Das wärmere Klima des frühen Holozäns erlaubt dann die erneute Ausbreitung von Wäldern in NO-Deutschland. Paper IV untersucht die sukzessive Ausbreitung von Bäumen anhand hochauflösender Pollendaten und die Ausbildung von Vegetationsmustern in den einzelnen Phasen. Die Arbeit stellt den „extended downscaling approach“ vor, der Vegetationsmuster auf Basis von Simulationen identifiziert. Die Ergebnisse zeigen, dass sich Kiefer und Baum-Birken zunächst in einem ähnlichen Muster wie im Allerød etablierten. Vermutlich bestanden aufgrund saisonaler Trockenheit auch ausgedehnte Bereiche offener Vegetation, vor allem auf lehmigen Böden. Die Hasel breitete sich dann vor allem auf Stau- und Grundwasser beeinflussten Böden aus, von denen sie die Birke weitgehend verdrängte. Sie wanderte nicht auf sandigen Standorten (mit Kiefer) ein. Insgesamt erlaubte die Anwendung des „downscaling approach“ kleinräume Vegetationsmuster und Standortansprüche dominanter Vegetationstypen in NO-Deutschland im Spätglazials und frühen Holozäns zu rekonstruieren. Diese Ergebnisse verbessern das Verständnis der Vegetation im nördlichen Mitteleuropa, insbesondere in Zeiten rascher Klimaänderungen. Die vorgestellten Ansätze sind flexibel mit Pollendaten unterschiedlicher Qualität und Herkunft verwendbar und können in Standard-Software umgesetzt werden.

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Metadaten
Author: Martin Theuerkauf
URN:urn:nbn:de:gbv:9-002100-7
Title Additional (German):Kleinräumige Vegetationsmuster im Spätglazial und Frühholozän in Nordost-Deutschland – Neue GIS basierte Ansätze
Advisor:Prof. Dr. Hans Joosten
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2014/12/11
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2014/06/16
Release Date:2014/12/11
Tag:Vegetationsmuster
vegetation patterns
GND Keyword:Holozän, Paläoökologie, Pollen, Spätglazial, Vegetationsgeschichte
Faculties:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Botanik und Landschaftsökologie & Botanischer Garten
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 580 Pflanzen (Botanik)