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Semi-desert vegetation of the Greater Caucasus foothills in Azerbaijan: Effects of site conditions and livestock grazing

  • This dissertation evaluates the effects of site conditions and livestock grazing on the vegetation of Azerbaijan’s winter pastures. We improved methods to estimate grazing intensity in vast rangelands and enhanced an approach to detect discontinuities in vegetation changes along environmental gradients. All analyses use field data from the semi-arid rangelands of Gobustan and Jeiranchel, at the foothills of the Greater Caucasus mountains. The data set comprises 313 vegetation relevés, each sized 100 m², based on a pre-stratification using topographical parameters. Additionally, we included data from farm transects and exclosure experiments. For each plot, selected site and soil variables were determined. VEGETATION AND SITE CONDITIONS: By means of cluster analysis, we derived 16 vegetation types with a total of 272 vascular plant species. Our vegetation classification, which is closely linked to site conditions, is an important groundwork for adapted rangeland management and monitoring. The study areas are dominated by semi-deserts with a high coverage of dwarf shrubs, and the mean number of vascular plant species was found to be about 28 per 100 m². According to ordination analysis (NMDS), species composition changes primarily along the altitudinal gradient, gradually proceeding from the Salsola nodulosa semi-deserts of the lowest parts (below 300 m a.s.l.) to the Salsola ericoides and Artemisia lerchiana semi-deserts of the upper regions (300–650 m a.s.l.). Soil salinity and carbonate concentration decrease as altitude increases. A second gradient reflects grazing intensity. One plant community that is typically found on intensively grazed sites in the vicinity of farmyards stands apart from the rest, which are subject to lower grazing and trampling pressures. A third factor that differentiates plant communities is the sand concentration of the soils. Additionally, communities that occur on steep slopes differ from communities that occur on level terrain. EXCLOSURE EXPERIMENTS: Exclosure experiments revealed that short-time abandonment of grazing leads to an increase in the number of annual species, in vegetation coverage, and in the heights of forbs and grasses. Clipping experiments indicated that the herbaceous species show hardly any compensatory growth in response to grazing. ESTIMATING GRAZING INTENSITY: A recurrent theoretical problem in rangeland research is the spatial modelling of grazing intensity around grazing hotspots like farms or watering places, the so called piospheres. In a widely used approach, grazing intensity is assumed to decrease in direct proportion to the distance from a hotspot. The resulting response patterns, which relate characteristics of the vegetation or site conditions to grazing intensity, are often nonlinear, and have been interpreted as indicating threshold changes or diff erent state-and-transitions along grazing gradients. However, we show that these ‘thresholds’ are usually geometrical artefacts. Taking into account the concentric structure of grazing hotspots, we suggest a new approach that approximates grazing intensity as the ratio of the total number of livestock kept at the farm to the distance between a given plot and the hotspot centre. Our approach is a simple yet significant improvement over current approaches because it enables us to merge or compare data from different sampling sites and because the approximation is in direct proportion to other grazing indicators like dung density or soil salinity. SPECIES TURNOVER PATTERNS: Combining our new grazing pressure model with species presence/absence data, we modelled vascular plant species responses, patterns of species richness and species turnover along grazing gradients on farm transects in Gobustan. The derived typical species response pattern along the finite grazing gradient is a sigmoid decrease. Species richness declines monotonically with increasing grazing intensity and thus conforms to generally acknowledged assumptions on the relationship between species richness and grazing pressure in semi-arid rangelands. Species turnover along the gradient was calculated using the slopes of species response curves. At first sight, the resulting pattern gives evidence for a discontinuous change. However, it ranges within the 95 % confidence interval of a null model based on assumptions of the individualistic continuum concept. Thus, species composition seems to change continuously along grazing gradients in Gobustan. This new null model approach can probably be adapted and applied to all ecological gradients and is useful for the validation of individualcontinuum or community concepts.
  • In der Dissertation werden die Einflüsse von Standort und Beweidung auf die Vegetation der Winterweiden Aserbaidschans untersucht. Dabei wurde eine Methode zur Abschätzung von Beweidungsintensität verbessert und ein Ansatz weiterentwickelt, mit dessen Hilfe abrupte Änderungen in der Artenzusammensetzung entlang ökologischer Gradienten nachgewiesen werden können. Der zugrunde liegende Datensatz wurde in den semiariden Weidegebieten Gobustan und Cheiranchöl am Fuß des Großen Kaukasus erhoben. Er umfasst 313 Vegetationsaufnahmen von je 100 m² Fläche, die zufällig über das vorher in topographische Strata aufgeteilte Gebiet gelegt wurden. Zusätzlich wurden noch Zäunungsexperimente und Transektanalysen an Hofstellen durchgeführt, sowie für jede Aufnahme ausgewählte Standorts- und Bodenparameter bestimmt. VEGETATION UND STANDORTFAKTOREN: Eine Clusteranalyse ergab 16 Vegetationstypen, in denen insgesamt 272 Gefäßpflanzenarten vorkommen. Diese Klassifikation ist eine wichtige Grundlage für Langzeitstudien und für die Optimierung der Beweidungspraxis. In der Region dominieren Halbwüsten mit einem vorherrschenden Anteil von Zwergsträuchern an der Gesamtdeckung und einer mittleren Anzahl von 28 Pflanzenarten auf 100 m². Ordinationsanalysen (NMDS) zeigen, dass sich die Artenzusammensetzung in erster Linie entlang eines Höhengradienten verändert. So finden sich Salsola nodulosa-Halbwüsten bis 300 m ü. NN, die mit zunehmender Höhe in Salsola ericoides- und Artemisia lerchiana-Halbwüsten bei 300– 650 m ü. NN über gehen. Entlang dieses Gradienten nehmen auch die Salz- und Carbonatgehalte der Böden ab. Der zweite Gradient trennt einen stark beweideten Vegetationstyp in der Nähe der Hofstellen von allen anderen geringer beanspruchten und weniger durch Tritt gestörten Typen ab. Ein dritter Gradient verdeutlicht Unterschiede, welche mit höheren Sandanteilen im Boden einhergehen. Außerdem unterscheidet sich die Vegetation hinsichtlich der Hangneigung. ZÄUNUNGSEXPERIMENTE: Der kurzzeitige Ausschluss von Weidetieren im Frühjahr bewirkt die Zunahme einjähriger Pflanzenarten, der Vegetationsbedeckung und der Höhe der krautigen Pflanzen. Das Mahdexperiment in Gattern ergab, dass Kräuter und Gräser kaum mit Kompensationswachstum auf Verbiss reagieren. ABSCHÄTZUNG VON BEWEIDUNGSINTENSITÄT: Ein verbreitetes theoretisches Problem in der Weideforschung ist die räumliche Abschätzung von Beweidungsintensität um sogenannte Piosphären-Hotspots. Das sind z.B. Wasserstellen oder einzelne Höfe in ausgedehnten Weidegebieten. Der am häufigsten verwendete Ansatz geht davon aus, dass der Beweidungsdruck proportional mit der Entfernung zum Hof abnimmt. Daraus ergeben sich aber fast immer nicht-lineare Beziehungen zwischen Standortparametern oder Artenwechsel und Beweidungsintensität. Diese Muster wurden bisher als durch Beweidung verursachte abrupte Grenzen interpretiert. Der hier vorgestellte Ansatz zeigt jedoch, dass es sich dabei meist um geometrische Artefakte handelt. Es wird vorgeschlagen, Beweidungsintensität als Quotient aus der Anzahl an Tieren in einer Piosphäre und dem Abstand des betrachteten Punktes zum Zentrum zu messen. Damit wird die konzentrische Form von Piosphären berücksichtigt und der ermittelte Quotient verhält sich zumeist direkt proportional zu anderen Beweidungsindikatoren wie Dungkonzentration oder Salzgehalt. MUSTER DES ARTENWECHSELS: Die Reaktionsmuster von Pflanzenarten, Artenzahl und Artenwechsel (»turnover«) auf zunehmende Beweidungsintensität wurde entlang von fünf Transekten in Gobustan ermittelt. Es zeigte sich, dass die Vorkommenswahrscheinlichkeit für fast alle Pflanzenarten mit zunehmender Beweidung monoton-sigmoid abfällt. Dadurch nimmt auch die Gesamtartenzahl stetig ab. Aus den Anstiegen der einzelnen Reaktionskurven der Pflanzenarten wurde das Muster des Artenwandels ermittelt. Auf den ersten Blick scheint ein deutlicher Grenzbereich hervorzutreten, in dem sich die Artenzusammensetzung sehr stark ändert. Dennoch liegt das Ergebnis im Konfidenzintervall eines speziell entwickelten Nullmodells, welches die Annahmen des Kontinuumskonzepts widerspiegelt. Demzufolge vollzieht sich der Artenwandel entlang der Beweidungsgradienten kontinuierlich. Das neue Nullmodell ist in modifizierter Form auf andere ökologische Gradienten übertragbar, wodurch Hypothesen zum Kontinuumkonzept oder zu abrupten Wechseln der Vegetation entlang von Gradienten getestet werden können.

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Metadaten
Author: Jan Peper
URN:urn:nbn:de:gbv:9-000879-8
Title Additional (German):Die Vegetation der Halbwüsten am Fuß des Großen Kaukasus in Aserbaidschan: Einflüsse von Standortfaktoren und Beweidung
Advisor:Prof. Dr. Michael Manthey
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2010/12/14
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2010/11/30
Release Date:2010/12/14
Tag:rangelands, species richness, species turnover
GND Keyword:Aserbaidschan, Beweidung, Kaukasus, Pflanzen, Vegetation, Ökologie
Faculties:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Botanik und Landschaftsökologie & Botanischer Garten
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 580 Pflanzen (Botanik)