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Im Rahmen eines Forschungsprojekts im Bereich der Odermündung wurde ein Pflanzentest für aquatische Verunreinigungen gesucht. Der Test wurde nach einem Testprotokoll von Everiss (1979) etabliert. Als Endpunkte gingen die Frischmasse und die Gesamtsprossen ein. Die Testlösungen wurden aus einer konzentrierten Mischung von 7 Schwermetallen und Arsen (As, Hg, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn) und als Einzelsubstanzlösungen hergestellt. Die Auswertungen erfolgten in Prozent bezogen auf die Kontrolle sowie varianzanalytisch nach OECD (2002). In 100facher NKO (NKO = mittlere Konzentration Oderwasser Oberhalb der Nachweisgrenze) wurde eine schwere Schädigung durch alle Gemische verursacht. Das Gemisch ohne Cr schädigte am stärksten. In 10facher NKO konnte eine Wachstumshemmung nachgewiesen werden. Bei 1facher NKO zeigte sich eine geringe Beeinflussung. Als Einzelstoff war Cu in 100facher NKO am stärksten toxisch, gefolgt von Zn, Ni und Cd. As, Pb, Hg und Cr wirkten nicht eindeutig wachstumshemmend. In 10facher NKO war bei Cd, Cu und Zn noch Schädigung vorhanden. Kupfer wirkte auch in der 1fachen NKO noch schädigend. Bei Cd zeigte sich noch eine Reduktion des Sprosswachstums, aber keine Frischmassereduktion. Der L. minor - Test ist sensitiv und eignet sich als Screeningtest für unbekannte Gewässerproben. Er stellt eine gute Ergänzung zu anderen Biotestverfahren dar. Für eine umwelttoxikologische Einschätzung wird anhand der erzielten Ergebnisse ein Schädigungsmodell vorgeschlagen.
Im Manu Nationalpark im südöstlichen Tieflandregenwald Perus leben die Matsiguenka der Dorfgemeinschaften Tayakome und Yomibato. Zur Erwirtschaftung dringend benötigter Basisgüter begannen sie im Jahr 1997 mit dem Bau einer Touristenherberge. Die vorliegende Studie untersucht das tradierte Wirtschaftssystem dieser Dorfgemeinschaften und die Einflüsse neuer Wirtschaftsformen, insbesondere der Herberge sowie des Nationalparks. Bisher brachte die Herberge nicht die von den Matsiguenka erwünschten wirtschaftlichen Erfolge, so dass sie zur Deckung ihrer Grundbedürfnisse weiterhin auf Spenden verschiedener Organisationen angewiesen sind. Die Einflüsse durch die Herberge auf das sehr traditionelle Wirtschaftssystem der Matsiguenka sind bisher gering. Da Tourismus derzeit die einzige Möglichkeit darstellt, von den Matsiguenka erwünschte Einkommen zu erzielen, und sich gleichzeitig stabilisierend auf das Wirtschaftssystem der Matsiguenka auswirken kann, stellt die Beteiligung im Tourismusgeschäft eine Chance für eine nachhaltige Entwicklung im Nationalpark Manu dar. Um diese Ziele zu erreichen, ist aber die verstärkte Zusammenarbeit mit Tourismusunternehmen und Nationalparkverwaltung erforderlich. Außerdem müssen an den aktuellen Wissensstand der Matsiguenka angepasste Beteiligungsformen gefunden werden. Hierfür bietet sich die Ausbildung eines Co-Managementsystems in der touristischen Zone des Nationalparks an, an dem die Nationalparkverwaltung, die Matsiguenka sowie die Tourismusunternehmen beteiligt sind.
For many years, rangeland ecologists have debated about whether the state of semi-arid and arid rangelands is the expression of an ecological equilibrium or non-equilibrium dynamics reached in response to grazing livestock. Since the problem has been considered at different spatial scales, it is recognised that the competing concepts of equilibrium and non-equilibrium dynamics need to be integrated. Furthermore, the role of environmental variables as vegetation driving factors has long been ignored in the discussion on grazing effects on ecosystems. Present thesis, examines the dependence of plant communities on environmental in particular site-ecological conditions in three ecosystems of Western Mongolia established along a precipitation gradient to detect the vegetation-driving ecological factors involved. Furthermore, grazing impact is exemplary assessed in a desert steppe at additional spatial scales of plant communities and population. At the landscape level, a classification of plant communities in dependence on environmental conditions is carried out. Additionally, the investigations focused on the impact of grazing on soil and on the occurrence of grazing-mediated plant communities. Data were sampled along an altitudinal gradient between 1150 m to 3050 m a.s.l. from arid lowland with desert steppe via semi-arid mountain steppe to humid alpine belt. Within each altitudinal belt, data sampling was carried out along grazing gradients, established from grazing hot spots to areas distant from them. By means of an environmentally based vegetation classification, factors with highest explanation values for largest variation in vegetation were identified and considered as most responsible for vegetation patterns. To validate and affirm the classification, three different statistical methods are applied: environmentally adjusted table work of vegetation relevés supported by cluster analysis of species distribution, detrended correspondence analysis of vegetation data separately from environmental data, and the principle component analysis of only environmental data. Vegetation-driving factors change along the altitudinal gradient from abiotic forces in the desert steppe, as e.g. altitude and soil texture, to abiotic and biotic forces in the alpine belt represented by soil texture, soil nutrients and grazing. Vegetation and soil of all ecosystems respond to grazing but with different patterns and to a different extent. While desert steppe does not indicate grazing communities, mountain steppe demonstrates grazing communities at fertilised sites and alpine belt at nutrients depleted sites. Thus, the grazing sensitiveness of the ecosystems is assumed to be linked with plant productivity and the role of vegetation as site-determining factor (Chapter 2). To examine grazing impact at lower spatial scales on desert steppe as the ecosystem with lowest grazing sensitiveness at the landscape scale, at community scale the total number of species, the total vegetation cover, the percentage of annual species, the cover of annual species, and properties of soil nutrient along gradients of grazing intensity within three different communities were assessed. Vegetation parameters respond to grazing in different ways, and the responses of the same parameters vary between plant communities. Correlations with grazing intensity indicate only partly statistical significance. Significant correlations of grazing intensity with concentrations of soil nutrient point to eutrophication in two communities. A comparison of vegetation and soil properties refers to a greater indirect influence of grazing via increased soil nutrients than the direct effect on vegetation (Chapter 4). At the population level, data about stand density, aboveground biomass, individual plant weight, and the proportion of flowering plants of the dominant dwarf semi-shrub Artemisia xerophytica were collected along a grazing gradient. Soil data were used to distinguish between grazing and edaphic influences. All parameters of Artemisia xerophytica reflect the assumed gradient of grazing intensity up to 800 m distance from the grazing hot spot. As grazing pressure decreases, plant density and total biomass per plot increase. The average shrub weight, an indicator of plant vitality, is related to both: distance from the grazing hot spot and stand density, which may be explained by additional intraspecific competition at higher densities. At a longer distance, these effects are masked by variations in soil parameters determining water availability, leading to quite similar degradation forms. These results are in contrast to other studies carried out at the scale of plant communities which did not detect significant changes along a grazing gradient. One explanation is the different map scale: the study took place only within a single plant community comparing populations of one species (Chapter 3). The comparative study demonstrates that even arid desert steppes of western Mongolia display equilibrial and non-equilibrial properties, depending on the observational scale: while no grazing mediated plant communities could be identified at the landscape scale as predicted by the non-equlilibrium model, at the community level vegetation parameters imply an intermediate position between equilibrium and non-equilibrium system. At the population level, the results clearly reflect the grazing gradient as predicted by the equilibrium model (Chapter 4). As a consequence, the assessment of vegetation dynamics and grazing impact in rangelands requires a multiple-scale approach that duly considers different vegetation properties responding differently to grazing, climatic and edaphic variability at different spatial scales. It is further suggested, that future research should draw comparisons between landscapes that co-evolved with herbivory, and those that did without (Chapter 4).
Vegetation dynamics on abandoned terraces of Sicily: the course and driving factors of succession
(2007)
Secondary succession processes have been widely studied in Europe for some agroecosystems, but not for terraced ones. The first part of the present study focuses on a description of the plant communities involved in secondary succession processes on Sicily (Italy) a) from a floristic and structural point of view and b) from a species diversity point of view. In order to obtain these results, 129 vegetation relevés (sensu Braun-Blanquet) were made on abandoned terraces in five of the main terraced areas of Siciliy: 1) the Aeolian Islands, 2) Pantelleria Island, 3) Mt. Etna, 4) the Palermo Mts. and 5) the Hyblaean Plateau. Only abandoned vineyards or grain crop fields were selected as sample plots, always 50 m2-sized. The results of biodiversity evaluation by t-tests and ANOVA showed that vascular plant diversity is linked to disturbance regime and to abiotic factors (especially geological substrate). Especially grazing increases species richness. Moreover, it was found that on limestone species richness is higher than on volcanic substrates. Vegetation relevés were also analysed with DCA and TWINSPAN. The resulting 14 sample plot groups (= clusters) were then used to check the dynamic relations. From a floristic point of view, plant communities involved in secondary succession processes on Sicilian terraces are quite different between and within the five study areas. This is mainly due to different substrate and bioclimatic conditions. Moreover, vegetation is strongly influenced by abandonment age and disturbance status. If no disturbance biases succession, then plant communities evolve rather rapidly (30-50 years) to maquis communities. If frequent fires or intense grazing occur, secondary succession is blocked in a "steady state". The second part of the present study focuses on the colonization mechanisms of old fields by woody species. In a first section, the existence of 1) the neighbourhood effect and 2) the safe-site effect are checked by analyzing 51 transect relevés, made up of 357 subplot relevés (1x1m). The transects were made in target fields 1) with older neighbour (i.e. old succession stage characterized by maquis communities) and 2) with older neighbour absent within a 100 m-distance. All woody species individuals were counted, recording if they grew within the influence of a potential safe site (former crop plants of vine and the terrace wall base). Data evaluation by Kruskal-Wallis ANOVA and Mann-Whitney Rank Sum confirmed the existence of the two effects. Moreover, it was shown that animals as dispersal vectors strongly influence these effects. For the neighbourhood effect, seed dispersal distance is the crucial point, while for the safe site effect 1) passive facilitation (i.e. animals tend to create heterogeneous seed rain patterns because they frequent certain microhabitats more often than others) and 2) active facilitation (i.e. the positive influence of an existing woody or herbaceous plant individual on the establishment or the growth of another one) are crucial. The second section describes the performance of establishment of Quercus ilex L. in different microsites of terraced old fields. In November 2004, acorns were buried on a North-facing slope and on a South-facing slope in five different microsites: 1) under vine plants, 2) at wall bases, 3) under the canopies of isolated shrubs, 4) between small rock accumulations and 5) in open spaces (i.e. outside of any of the previously named microsites). In monthly checks, seedling emergence, survival, height and leaf number were recorded. Moreover, in April and July were measured air temperature and air humidity in the different microsites. Overall emergence rate was 52.4% (n = 1,020). More seedlings emerged on the South-facing slope (S; 59.8%) than on the North-facing slope (N; 45.0%). Emergence was higher when acorns were buried under vine plants and at the wall base than in other microsites of the old fields. At the end of the experiment (September 2006), 45.3% of all emerged seedlings were still alive (29.2% on N, 58.9% on S). Survival was higher in general on the South-facing slope, and higher under vine plants and at the wall base than in the open spaces of the old fields. From literature, it is known that seed vitality, seed germination and seedling survival of Quercus ilex are favoured by shady, wet and fresh conditions. The temperature and air humidity measurements showed that at the wall base, under vine plants and under isolated shrubs environmental conditions are milder than in open spaces. However, even if temperature and relative air humidity seem to play an important role for Quercus ilex seedling emergence and survival, they did not unambiguously explain the differences between the safe site types. A factor of major importance is probably soil moisture. As a last part, the present study discusses what does the obtained results mean for terrace landscape conservation and biodiversity management.
Anorganische Stickstoffformen, wie Nitrat oder Nitrit, dienen in Pflanzen als Quelle für die enzymatische Bildung des Signalmoleküls Stickstoffmonoxid (NO). In Wurzeln wird NO an der apoplastischen Seite der Plasmamembran (PM) durch die Nitrit:NO-Reduktase (NI-NOR) gebildet, die für Nitrit eine hohe Affinität aufweist. Die dafür benötigten Elektronen stammen aus der Oxidation von Succinat, wobei in vitro auch Elektronen aus reduziertem Cytochrom c akzeptiert werden. Zur fluoreszenzmikroskopischen Lokalisierung der NI-NOR (in planta) innerhalb der Tabakwurzeln (Nicotiana tabacum cv. Samsun) wurden DAF-Farbstoffe (Diaminofluoresceine) eingesetzt, die sich jedoch aufgrund zahlreicher NO-unspezifische Reaktionen zum Nachweis der NI-NOR unter den gegebenen experimentellen Bedingungen nicht eigneten. Die Bestimmung und Quantifizierung der NI-NOR-Aktivität in vitro, an isolierten PM-Vesikeln, solubilisierten PM-Proteinen und partiell gereinigten PM-Proteinen, erfolgte mittels Chemilumineszenzanalyse. Neben NO wurde unter Anwendung der Membran-Inlet-Massenspektrometrie an PM-Vesikeln außerdem die Bildung von N2O und NO2 nachgewiesen. In Abhängigkeit von der externen Nitraternährung der Tabakpflanzen bestand ein Zusammenhang zwischen der NI-NOR-Aktivität und der Kolonisierungsrate der Wurzeln mit dem vesikulär-arbuskulären Mykorrhizapilz Glomus mosseae, wobei geringe NI-NOR-Aktivitäten unter Stickstoffmangelbedingungen mit hohen Kolonisierungsraten und umgekehrt hohe NI-NOR-Aktivitäten bei optimaler Nitraternährung mit geringen Kolonisierungsraten korrelierten. Die NI-NOR-Aktivität wurde konzentrationsabhängig und reversibel durch die Anwesenheit von Sauerstoff gehemmt und erreichte bei einer Luftsauerstoffkonzentration von 21 % noch etwa 22 % ihrer ursprünglichen, unter anoxischen Bedingungen gemessenen Aktivität. Um die Identität dieses Enzyms über massenspektrometrische Analysen zu klären, wurde die NI-NOR ausgehend von isolierten PM-Vesikeln aus Tabakwurzeln durch Solubilisierung sowie über chromatographische und gelelektrophoretische Trennungsmethoden aufgereinigt. Mit Hilfe der Massenspektrometrie wurden vor allem verschiedene Aquaporine und Kanäle sowie einige noch unbekannte Proteine identifiziert, bei denen es sich möglicherweise um die NI-NOR handeln könnte. Eine Oxidoreduktase, als möglicher Kandidat für die NI-NOR, wurde jedoch nicht gefunden.
Kenntnisse über Strukturen und Dynamik natürlicher und naturnaher Wälder sind die Voraussetzung für naturnahe Waldbewirtschaftung. Die Ziele der Arbeit waren deshalb die Rekonstruktion von Waldzusammensetzung und Dynamik sowie die Identifizierung der natürlichen bzw. naturnahen Waldgesellschaften im Ablagerungsgebiet der Grundmoräne des letzten Stadiums der Weichselvereisung in Mitteleuropa. Das Untersuchungsgebiet, der Eldenaer Wald, ist ein 407 ha großes Naturschutzgebiet nahe Greifswald und liegt in einer flachwelligen Grundmoränenlandschaft mit nährstoff- und basenreichen Böden. Die Vegetation wird heute vom Eschen-Buchenwald (Fraxino excelsioris-Fagetum sylvaticae) dominiert, in dem auch Acer pseudoplatanus und A. platanoides, Prunus avium, Ulmus glabra, Carpinus betulus und als Nutzungsrelikt Quercus robur vorkommen. Für die Vegetationsrekonstruktion wurden an sechs Bohrkernen aus sechs im Untersuchungsgebiet verteilt liegenden Senken Mikrofossilien und z. T. Makrofossilien analysiert sowie der Glühverlust bestimmt. Die zeitliche Einordnung erfolgte mit 25 14C-AMS-Datierungen. Für die untersuchten Proben wurden Altersangaben inter- und extrapoliert. Weiterhin wurden historische Akten und Karten ausgewertet. Für die Rekonstruktion der Vegetation in der nahen Umgebung der Untersuchungspunkte (UP) wurde eine Methode zur Trennung von (extra)lokalen und regionalen Signalen der Mikrofossil-Typen entwickelt. Dabei werden Mikrofossil-Werte der UP mit den regionalen Daten eines Bohrkerns aus dem Greifswalder Bodden (Bucht der südlichen Ostsee) verglichen. (Extra)lokale Anteile zeigen sich in Form von überhöhten Werten im Vergleich zu den regionalen Werten. Der Vergleich wurde getrennt für Mikrofossil-Typen, die sich schlecht bzw. gut erhalten, durchgeführt, um die Unterbewertung der ersteren zu verringern. Mit Hilfe von Korrekturfaktoren (ANDERSEN 1970, 1984) wurden aus dem (extra)lokalen Anteil der Gehölz-Pollen die etwaigen Anteile der Gehölze an der gehölzbestandenen Fläche der frischen bis trockenen Standorten im Umkreis von etwa 100 m um den UP rekonstruiert. Der Offenheitsgrad der Vegetation wurde aus dem Auftreten indikativer Mikrofossil-Typen abgeleitet. Die rekonstruierte Vegetation innerhalb der Senken bildeten hauptsächlich nasse Erlenwälder. Durch anthropogene Entwässerungen und andere Eingriffe bildeten sich Röhrichte, Birken- und Weidengehölze sowie Erlen-Eschenwälder. Die Vegetation der frischen bis trockenen Standorte im Umkreis der Hohlformen war sehr unterschiedlich ausgebildet und wechselte auch an den verschiedenen UP sehr stark. Der Vergleich der UP zeigte, dass im Zeitabschnitt von AD 200 - 700, außer an einem UP, keine Hinweise auf Nutzungseinflüsse auftraten. Trotzdem waren die Gehölzbestände als Folge früherer menschlicher Aktivitäten z. T. noch sehr stark von Zwischenwaldarten (Acer, Fraxinus, Ulmus) geprägt. Nur an zwei Standorten traten auch über diesen Zeitabschnitt hinaus relativ stabile, von Tilia bzw. Fagus dominierte und nicht nachweisbar von menschlicher Aktivität beeinflusste Gehölzspektren auf. Ab AD 1100 sind nach und nach an allen UP massive Veränderungen im Gehölzspektrum nachweisbar, die mit dem wachsenden Nutzungsdruck infolge der slawischen Besiedlung, der Klostergründung (AD 1199) und den Dorfgründungen (ab AD 1250) einhergingen. Erst im Zeitraum AD 1820 - 2000 stellten sich mit der Einführung der geregelten Forstwirtschaft an fast allen Standorten ähnliche, von Fraxinus und Fagus dominierte Gehölzspektren ein. Mit Hilfe von Cluster-Analyse und Detrended Correspondence Analysis aller rekonstruierten Gehölzbestände wurden vier typische Gesellschaften der Gehölzvegetation der letzten 2000 Jahre herausgearbeitet. Fraxinus-Acer-Quercus-Bestände und Carpinus-Fagus-Quercus-Bestände stellen Vor- und/oder Zwischenwälder dar, die sich mit der Wiederbewaldung von Offenflächen einstellten und aus denen sich Schlusswälder entwickelten. (Betula-)Corylus-Tilia-Bestände beinhalten Schlusswälder, die noch bis etwa AD 1500 im Untersuchungsgebiet existierten. Die Fraxinus-Fagus-Bestände sind ebenfalls Schlusswälder, die fast im gesamten Untersuchungszeitraum nachgewiesen wurden. Aus den Untersuchungen wurde deutlich, dass die Entwicklung der Waldbestände stark durch anthropogene Einflüsse geprägt war. Das Verschwinden der Tilia-bestimmten Bestände und die Ausbreitung von Fagus wurden durch menschliche Aktivitäten ausgelöst. Das Gattungsspektrum der heute dominierenden Waldgesellschaft, des Eschen-Buchenwaldes (Fraxino excelsioris-Fagetum sylvaticae), konnte am Standort EXB bis ins 1. Jh. AD auch in nutzungsfreien Phasen zurückverfolgt werden, so dass es als natürlich gelten kann.
To uncover the genetic structure of Populus euphratica forests along the Tarim River in Xinjiang, China, a PCR set of eight microsatellite markers was established. 18 primer pairs originally developed for P. tremuloides and P. trichocarpa were screened for amplification in P. euphratica. The eight most variable loci were selected for further genotyping experiments. Subsequently, two multiplex PCR assays, each containing four loci, were set up and optimized. Three populations containing altogether 436 trees were used to characterize the selected loci. The set was found to be moderately polymorphic (mean expected heterozygosity = 0.57). The resolution was sufficient to discriminate even siblings with high confidence (PID = 1.81x10-5). Cumulative exclusion probabilities were 0.89 (single parent), 0.98 (paternity), and 1.00 (parent pair) and proved the set’s suitability for parentage analysis. Practical and theoretical analysis of consequences of genotyping errors in this semi-clonal plant showed that the vast majority of errors (62.1%) lead to division of identical genotypes. Merging of different genotypes was found to be a very rare case (0.4%). This always leads to an overestimation of genotypes. A similarity threshold of one allele difference between two genotypes to be regarded as being identical lead to an underestimation of clonal richness and genotype number of one per cent compared to an overestimation of more than 20 per cent without such a threshold. Allowing a certain amount of variation is therefore expected to reflect the clonal structure better than an analysis that considers exact matches only. Using a combination of morphological and molecular analyses, a first study demonstrated that root suckers are clearly distinguished from seedlings in their root architecture. Root suckering starts when trees are 10–15 years old and bridges distances of up to 40 m at a time. Root suckers depend on their parent tree for at least five years and are expected to have a higher mortality than generatively grown trees. Molecular analysis of old growth stands revealed a highly variable proportion of clonal growth between different stands. In the study area, the proportion of clonality decreases with distance to the main river bed (R = 0.31 at the site closest to the main river, R = 0.97 at the site farthest away from the river). An analysis of the history of river movements at different sites indicates a dependency of clonal growth on the frequency of ground water replenishment by the yearly floods. Genetic differentiation among the stands in the study area is low (FST = 0.055), and isolation by distance was not detectable (P = 0.058). Also, the river does not function as a vector for directed gene flow in downstream direction (P > 0.11). The forests are therefore considered to be one large panmictic metapopulation with unrestricted gene flow. Clonal growth does not lead to higher final stand densities (P = 0.99) and is obviously not of crucial importance for stand survival. Furthermore, analysis of vitality measures and size differences indicate that root suckers are in disadvantage both in vitality and in survival rate compared to seedlings. In this light, a possible function of clonal growth as a luxury strategy to enhance a genetic individual’s reproduction success under good site conditions can be discussed. The genetic structure of the (meta)population bears direct implications for management and conversation of the Tugai forest in Xinjiang. Due to the low degree of differentiation and the unhindered gene flow even small, fragmented, or isolated populations have conservational value, thereby clearly answering the SLOSS question (a single large or several small protected areas) in the latter sense. More than that, non-clonal stands with the highest amount of genotypic diversity can be easily identified on satellite and aerial images. Selection of such stands for conservation is therefore possible without expensive and time-consuming molecular analyses.
Vegetation dynamics and carbon sequestration of Holocene alder (Alnus glutinosa) carrs of NE Germany
(2010)
Erlenwälder auf Moorstandorten werden oft als Zeichen von Moordegradation und Torfoxidation gewertet, aber erlenholzreiche Moorablagerungen (teilweise mehrere Meter tief) sind unter anderem in Nordostdeutschland weit verbreitet. Die Genese von Erlen-Holztorfen wurde bisher überwiegend durch das Konzept der „Verdrängungstorfbildung“ erklärt. Hierbei wird ein von gehölzfreier Vegetation akkumulierter Torf nach einer Grundwasserabsenkung durch nachträglich einwachsende Baumwurzeln verändert. Dieses Prinzip ist aber auf tiefgründige Erlen-Holztorfe nicht übertragbar, da Alnus glutinosa auf naturnahen Moorstandorten meist nur wenige Dezimeter tief wurzelt. Anliegen der vorliegenden Dissertation mit dem Titel „Vegetation dynamics and carbon sequestration of Holocene alder (Alnus glutinosa) carrs in NE Germany“ war die Identifizierung torfbildender Erlenwälder. Die torfbildende Vegetation, die Wasserstände während der Torfbildung und die Vegetationsdynamik dieser bewaldeten Niedermoore wurden durch Analysen von Makrofossilien, Pollen und sonstigen Mikrofossilien (u.a. Pilz-, Pflanzen-, und tierische Reste) rekonstruiert. Hierbei wurden in enger Kooperation mit dem Promotionsvorhaben von Frau Anja Prager (Non-pollen palynomorphs [NPPs] from modern alder carrs [NE Germany] - Tools for reconstructing past vegetation and site conditions) ca. 150 bisher unbekannte Mikrofossilien beschrieben und teilweise identifiziert. Die Datenauswertung wurde anhand von Fossilien-Diagrammen und statistischen Methoden (DCA, Clusteranalysis; Broken Stick Analysis) durchgeführt. Zur Altersbestimmung erfolgten 14C-AMS-Datierungen und der Kohlenstoffgehalt wurde über die Bestimmung der Trockenrohdichte ermittelt, wobei ein durchschnittlicher Kohlenstoffanteil von 56% angenommen wurde. Die untersuchten Erlen-Holztorfe wurden überwiegend direkt in Erlenwäldern abgelagert („Echter Bruchwaldtorf“); sind aber auch teilweise als Verdrängungstorfe aus vorherigen Seggentorfen entstanden oder in von Weiden dominierten Gehölzen gebildet worden. Die jährlichen Medianwasserstände der torfbildenden Erlenwälder lagen einerseits über Flur („sehr nass“-„very wet“) und zum anderen 0 bis 10 cm unter Flur („nass“ - „wet“). Die Vegetationszusammensetzung der sehr nassen Erlenwälder ähnelte teilweise dem Wasserfeder-Erlen-Wald und in einem Fall dem Zweizahn-Erlen-Bruchgehölz. Die nassen Erlenwälder konnten nicht auf der Ebene von Vegetationsformen rekonstruiert werden; charakteristisch war das häufige Auftreten von Urtica und eine Carex-dominierte Krautschicht. Über einen Vergleich der Mikrofossilien der Erlenholz-Tofe mit Mikrofossilien von Oberflächenproben aus rezenten Erlenwäldern konnten die Medianwasserstände nasser, torf-akkumulierender Erlenwälder auf 0-10 cm unter Flur festgelegt werden. Alle untersuchten Profile zeigten eine zyklische Bewaldung mit Zwischenphasen von Offenvegetation (meist Seggenriede). Als Bindeglieder zwischen Erlenwald und Seggenried traten teilweise Weidengebüsche auf, welche sich mitunter auch langfristiger etablieren konnten. Die zyklische Vegetationsentwicklung von Seggenrieden, Weidengebüschen und Erlenwäldern basierte fast ausschließlich auf einem schwankenden Wasserangebot im Moor. Dieses war fast immer die Folge von zyklischen Ent- und Wiederbewaldungen der umliegenden, grundwasserfernen Standorte durch den Menschen. Die „Echten Bruchwaldtorfe“ sind unter verschiedenen hydrologischen Bedingungen entstanden (Verlandungs-, Versumpfungs-, Überrieselungs- und Überflutungsmoor). Die Kohlenstoff-Akkumulationsraten („LORCA“-long-term apparent rate of carbon accumulation) liegen zwischen 31-44 g C m-2 yr-1 in sehr nassen und 50-81 g C m-2 yr-1 in nassen Erlenwäldern. Die höheren Akkumulationsraten in nassen Erlenwäldern können durch die deutlich steigende Produktivität von Erlen-Wäldern schon bei leicht sinkenden mittleren Wasserständen erklärt werden. Eine Verringerung der durchschnittlichen Wasserstände von über Flur zu leicht unter Flur führt annähernd zu einer Verdopplung der Primärproduktion von oberirdischem Holz und Wurzelholz. Dadurch gelangt auch ein größerer Anteil von Wurzelholz in den dauerhaft wassergesättigten Bereich. Da mit sinkenden Wasserständen auch die oxidative Zersetzung zunimmt, ist für die teilweise sehr hohen Torfakkumulationsraten in Erlenwäldern die Zersetzungsresistenz von Holz (Lignin) von zentraler Bedeutung. Die Akkumulationsraten nasser Erlenwälder übersteigen die borealer Waldmoore deutlich und erreichen die Größenordnung der Kohlenstoffakkumulation in den tropischen Waldmooren Süddostasiens. Die vorliegende Dissertation belegt die weitverbreitete und oft umfangreiche Torf- bzw. Kohlenstoffakkumulation in Holozänen Erlen-Wäldern Nordostdeutschlands.
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.
Peatlands cover only about 3% of the terrestrial surface but are significant players in the global carbon (C) cycle and the climate system, since they store roughly one quarter of the global soil carbon (C) and are among the largest natural sources of methane (CH4). Since the resulting feedbacks on the climate system are uncertain, research efforts aim at identifying key processes and quantifying the C exchange from ecosystem to regional and global scales. To identify peatland ecosystem dynamics requires analysis of yet different scales. The key scale for their C dynamics is the microform scale, which is the smallest entity of the system. To estimate ecosystem dynamics, up-scaling from the microform scale is needed. Up-scaling demands (1) a correct estimation of the spatial heterogeneity and (2) the correct aggregation. In this thesis, the traditional spatial weighting of microform fluxes by the microform distribution is evaluated by (1) analyzing the flux calculation procedure, (2) investigating the effect of the resolution of the landcover maps on the up-scaling and by (3) cross-evaluating the up-scaling result with the directly measured ecosystem flux. Eventually, it is evaluated how these dynamics are considered in a mechanistic ecosystem model (LPJ-WHyMe). CH4 fluxes were measured on the microform scale with the closed chamber technique and on the ecosystem scale with the eddy covariance (EC) technique. The quantification of microform fluxes relies on the correct flux calculation. Since only few gas samples are taken during the closure period, traditionally the linear regression is applied when calculating CH4 fluxes from chamber measurements. Still, the chamber itself affects the diffusion gradient between peat and chamber atmosphere resulting in a theoretically non-linear concentration increase in the chamber. Using data with six data points per measurement from different microform types it is tested whether the linear or exponential regression fits the data better. In the majority of cases, the linear regression fits best. However, the exponential concentration change might still not be detectable resulting in an underestimation of the ’real‘ flux and the test of different techniqes to estimate the slope of a non-linear function with small sample amounts is recommended. To define the spatial heterogeneity of the peatland surface, the application of remote sensing techniques offer the advantage of supplying area-wide information with less uncertainty when compared to vegetation mapping along transects. However, the required resolution to resolve the microform distribution is <1m which in this study was derived from near-aerial photography. Besides for up-scaling, the resulting high-resolution landcover map was used in combination with a footprint model to analyze (1) the effect of landcover on the directly measured ecosystem flux and (2) its spatial representativeness. It was shown that fluctuations of the measured ecosystem flux over periods of several days could be explained by changes of the landcover composition in the source area of the EC measurements. The estimated budget was slightly biased towards the higher emissions from lawns which could be corrected. Still, the seasonal ecosystem CH4 budget was higher than the estimate derived from the up-scaling of microform fluxes. This is most likely due to an underestimation of microform fluxes by the chamber technique. Generally, the budget estimate derived from EC measurements was more accurate, i.e., characterized by less uncertainty than the up-scaled estimate. The developed approach depends on (1) identification and accurate measurements of all relevant microform types and (2) on spatial information which should be smaller than the footprint size of the EC measurements and available on the scale relevant for the studied process, i.e., the microform scale. The demonstrated effect of microform dynamics on the ecosystem flux highlights the importance of dealing with spatial heterogeneity of ecosystems in mechanistic modelling. For example, in LPJ-WHyMe, the ecosystem flux is simulated with mean input variables as water table level. To investigate its model performance, flux data from the rather homogeneous peatland margin and the more heterogeneous peatland centre were compared with the model output. At the homogeneous peatland margin, the ecosystem flux was clearly dominated (with a contribution of 91%) by one microform flux. In this case, one water table level as input variable could be used to estimate the ecosystem flux. However, for a heterogeneous site such as the peatland centre in this study, only one mean water table would simulate a mean microform flux but not the ecosystem flux. Consequently, it is recommended to incorporate at least one high-emitting and one low-emitting microform type in the model to increase the model performance.