The relationship between floristic diversity at the field layer and the habitat heterogeneity after windthrow in a natural beech forest
Final Report Abstract
Das vorliegende Projekt basiert auf einem natürlichen Experiment, das durch einen flächenhaften Windwurf ermöglicht wurde, der in einem naturnahen Buchenwald im Naturschutzgebiet "Gipskarstlandschaft Hainholz" im südwestlichen Harzvorland im Jahr 1997 stattfand. Durch die Kenntnis des Ausgangszustands aufgrund von vor dem Sturm im Jahre 1996 angelegter, markierter Dauerflächen, ergab sich die einmalige Situation, die Vegetationsentwicklung und daraus abgeleitet Stabilitätskenngrößen des Ökosystems auf den Ausgangszustand (wie ursprüngliche Artenzahl und Vegetationsdeckung) und die Intensität der Störung durch Windwurf (quantifiziert als relativer Lichtgenuss und als Verlust der Kronendeckung) zurückführen zu können. Es stellte sich heraus, dass sowohl Ausgangszustand als auch Störungsintensität gute Prädiktoren für die Änderungen der Artenzusammensetzung und die Resistenz der Vegetation gegenüber Störungen waren. Dagegen waren diese Indices nicht geeignet, die Resilienz, d.h. das Bestreben der Vegetation nach der Störung wieder zum Ausgangszustand zurückzukehren, vorherzusagen. Die anfängliche Artenzahl spielte im Gegensatz zur Krautschicht-Deckung keine Rolle, was der Versicherungs-Hypothese (insurance hypothesis) der Biodiversitätstheorie widerspricht. Die Artenzahl selber wurde nicht nur von Ausgangszustand und Störungsintensität beeinflusst, sondern auch von der kleinräumigen Heterogenität der Probeflächen, die durch Lichtmessungen, Bodenuntersuchungen und Strukturerhebungen in 25 Suplots in jeder der 42 Untersuchungsflächen quantifiziert wurde. In einem multiplen Regressionsmodell erklärten dabei die Lichtverhältnisse den größten Anteil der Variabilität der Artenzahl, gefolgt von der Unterschiedlichkeit in der Mächtigkeit des Oberboden-Horizontes und der gesamten Bodengründigkeit in der Fläche, während der Einfluss der Struktur selber nur gering war. Ein weiteres Ergebnis des Projekts war, dass die Reaktion einzelner Arten auf die Störung sehr unterschiedlich ausfiel. Dies wurde sowohl aus den vegetationskundlichen Erhebungen abgeleitet als auch durch populationsökologische Untersuchungen an vier häufigen Waldgrasarten im Projektgebiet. Insgesamt zeigten sowohl die Kulturversuche mit den Arten im Gewächshaus als auch ein Common Garden-Experiment klar, dass zwischen dem beobachteten Verhalten im Gelände und physiologischen Ansprüchen der Arten ein enger Zusammenhang besteht. Die insgesamt deutlich weitere Fundamentale Nische von Brachypodium sylvaticum in Bezug auf Licht und Feuchte, wie sie durch die Experimente belegt wurde, erlaubt der Art, sich in einem weiteren Bereich an Lückenbedingungen nach dem Sturm anzusiedeln und zu behaupten. So profitierte die Art vor allem von der Zunahme der Lichtintensität bei gleichzeitiger Toteranz gegenüber der mit den veränderten Lichtverbindungen verbundenen Trockenheit. Im Gegensatz dazu geht der Rückgang von Hordelymus europaeus direkt nach dem Sturm auf eine hohe Empfindlichkeit gegenüber Trockenheit und insgesamt geringere Wachstumsraten zurück. Insgesamt kann daraus der Schluss gezogen werden, dass eine Zu- oder Abnahme der vier Grasarten nach Windwurf sehr gut mit ihrer Fundamentalen Nische übereinstimmt.
Publications
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Secondary succession after windthrow - the role of disturbance intensity and pre-disturbance state for determing diversity. Poster, 33rd Annual Conference of the Ecological Society (GfOE), Halle/ Saale (Sept. 2003)
Luginbühl, U. & Bruelheide, H.
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The population dynamics of four woodland grass species in relation to disturbance intensity after windthrow. Poster, 33rd Annual Conference of the Ecological Society (GfOE), Halle/ Saale (Sept. 2003)
Scherwing, C., Luginbühl, U. & Bruelheide, H.
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xperimental approach to explain the differential response of four woodland grass species after windthrow. Poster, 33rd Annual Conference of the Ecological Society (GfOE), Halle/ Saale (Sept. 2003)
Kammermeier, S., Luginbühl, U. & Bruelheide, H.
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Plant species diversity in forests: What does disturbance contribute? Vortrag, 13th European Vegetation Science Workshop (IAVS), loannina (April 2004)
Bruelheide, H. & Luginbühl, U.
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Correspondence of fundamental and realized niche of four woodland grass species. Poster, 35th Annual Conference of the Ecological Society (GfOE), Regensburg (Sept. 2005)
Kammermeier, S., Luginbühl, U. & H. Bruelheide
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Greenhouse experiments to test the fundamental niche of four woodland grass species after windthrow. Poster, 48th Annual Conference of the International Association of Vegetation Science (IAVS), Lisboa (July 2005)
Kammermeier, S., Luginbühl, U. & H. Bruelheide
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(2008): Peeking at ecosystem stability - Making use of a natural disturbance experiment to analyse resistance and resilience of a beech forest community. Ecology
Helge Bruelheide, and Ute Luginbühl
