580 Pflanzen (Botanik)
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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.
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.