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Spatial aggregations in annual wild plant communities: Competition, Performance, and Coexistence

dc.contributor.advisorTscharntke, Teja Prof. Dr.de
dc.contributor.authorWaßmuth, Birte Eleende
dc.date.accessioned2009-03-16T14:39:24Zde
dc.date.accessioned2013-01-18T10:19:46Zde
dc.date.available2013-01-30T23:51:01Zde
dc.date.issued2009-03-16de
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-B02D-6de
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-1961
dc.description.abstractDie Biodiversität in der Agrarlandschaft hat in den letzten Jahrzehnten stark abgenommen. Bereits 1982 waren 15 der 93 in der Roten Liste aufgeführten Ackerwildpflanzenarten ausgestorben, das entsprach 25% aller in Deutschland ausgestorbenen Pflanzenarten. Zum Schutz der Ackerwildpflanzen wurden im Rahmen der europäischen Agrarumweltprogramme Ackerrandstreifenprogramme eingerichtet. Hierbei werden Randstreifenansaaten finanziell unterstützt. Allerdings ist die Anlage artenreicher Randstreifen aufgrund einiger weniger, jedoch sehr konkurrenzstarker und somit dominanter Pflanzenarten nicht immer erfolgreich. Die Artenzusammensetzung von Pflanzengesellschaften wird durch die Konkurrenz zwischen verschiedenen Pflanzen bestimmt. Jede einzelne Pflanze wird von ihren Nachbarpflanzen, deren Entfernung, Wuchsform und Artidentität beeinflusst. In der vorliegenden Arbeit wurde die Auswirkung intra- und interspezifischer Konkurrenz auf einjährige Ackerwildpflanzen untersucht. Es wurde getestet, ob ein räumliches Aussaatmuster genauer gesagt die intraspezifische Aggregation (die geklumpte Aussaat bzw. Anordnung von Pflanzen einer Art), die Etablierung konkurrenzschwacher Arten fördern kann. Zusätzlich wurde die Bedeutung und Auswirkung der intraspezifischen Aggregation auf unterschiedlichen räumlichen Ebenen, in verschiedenen Artenzusammensetzungen und bei veränderter Nährstoffversorgung untersucht. In dieser Arbeit werden die Ergebnisse von jeweils zwei Freilandexperimenten und Gewächshausexperimenten vorgestellt. Die Untersuchungen wurden mit unterschiedlichen Ansaaten bestehend aus einjährigen Gräsern, Kräutern und Leguminosen durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, dass die intraspezifische Aggregation konkurrenzschwache Arten unabhängig von der Artidentität und des Versuchsaufbaus positiv beeinflusst. Die Biomasseproduktion der Leguminosen Trifolium campestre und Medicago lupulina stieg bereits bei einer intraspezifischen Aggregation auf einer kleinen räumlichen Skala an; die Aggregation auf einer größeren räumliche n Skala steigerte die Produktivität nochmals signifikant. Poa annua und Bromus mollis reagierten auf die intraspezifische Aggregation auf großer räumlicher Skala: Poa annua produzierte mehr Biomasse, während Bromus mollis weniger produktiv war. Wurden nur wenige Pflanzen in Töpfen unterschiedlich stark intraspezifisch aggregiert, zeigte sich, dass die räumliche Skala auf der intra- und interspezifische Konkurrenz wirkt, artspezifisch ist und zwischen der konkurrenzschwachen und der konkurrenzstarken Art variiert. Bereits die intraspezifische Aggregation von vier Individuen förderte die konkurrenzschwache Art, während die konkurrenzstarke Art erst bei 16 aggregierten Individuen reagierte. Die funktionelle Gruppe der Arten in den Ansaaten wirkte sich stark auf die einzelne Art aus. Die angesäten Gräser profitierten von den Leguminosen, während die Kräuter keine Reaktion zeigten. Die Leguminosen waren am erfolgreichsten in der Leguminosenmischung. Sobald Konkurrenz durch Gräser und Kräuter auftrat, nahm die Produktivität durch die verstärkte (interspezifische) Konkurrenz ab. Im Gegensatz dazu produzierten die Kräuter in der Kräutermischung weniger Biomasse und waren in den Mehrartenmischungen mit unterschiedlichen funktionellen Gruppen produktiver. Die Nährstoffverfügbarkeit beeinflusste alle untersuchten Pflanzenarten unabhängig von ihrer Konkurrenzstärke und ihrer funktionellen Gruppe. Die Gräser und Kräuter produzierten weniger Biomasse bei geringer Nährstoffversorgung, während die Leguminosen in den nährstoffarmen Flächen im Vergleich zu nährstoffreichen Flächen produktiver waren. Die positive Wirkung der intraspezifischen Aggregation auf die konkurrenzschwachen Leguminosen war daher besonders in der nährstoffreichen Variante deutlich zu sehen. Auch in artenreichen Ansaaten wirkte sich die intraspezifische Aggregation positiv aus. In den aus sechs Ackerwildpflanzenarten bestehenden Ansaaten konnte Medicago lupulina nur bei intraspezifisch aggregierter Aussaat geerntet werden. In der zufälligen Aussaat war die Konkurrenz offensichtlich so hoch, dass alle aufgelaufenen Individuen bis zur Ernte wieder abstarben. Diese Ergebnisse heben die Bedeutung der intraspezifisch aggregierten Aussaat für das Auftreten, Überleben und Vermehren einzelner Ackerwildpflanzenarten und somit für die Etablierung und den Erhalt von artenreichen Pflanzengemeinschaften bei hohem Konkurrenzdruck hervor. In der vorliegenden Arbeit wurde experimentell der Nachweis erbracht, dass konkurrenzschwache Arten durch intraspezifische Aggregation gefördert werden können. Konkurrenzschwache Pflanzenarten sind häufig seltene und bedrohte Arten. Sie können sich bei intraspezifischer Aggregation besser etablieren und sogar vermehren, wodurch sie langfristig gesehen ein fester Bestandteil des lokalen Artenvorkommens und Samenvorrats werden. Ansaaten mit einem aggregierten Aussaatmuster können daher erfolgreich im Arten- und Naturschutz eingesetzt werden und zum Schutz der Ackerwildpflanzen beitragen. Eine intraspezifische Aggregation ermöglicht die Koexistenz unterschiedlich konkurrenzstarker Pflanzenarten und kann somit die Pflanzendiversität in der Agrarlandschaft erhöhen.de
dc.format.mimetypeapplication/pdfde
dc.language.isoengde
dc.rights.urihttp://webdoc.sub.gwdg.de/diss/copyr_diss.htmlde
dc.titleSpatial aggregations in annual wild plant communities: Competition, Performance, and Coexistencede
dc.typedoctoralThesisde
dc.title.translatedRäumliche Aggregation in einjährigen Ackerwildpflanzenansaaten: Auswirkungen auf Konkurrenz, Produktivität und Koexistenzde
dc.contributor.refereeTscharntke, Teja Prof. Dr.de
dc.date.examination2008-11-06de
dc.subject.dnb630 Landwirtschaftde
dc.subject.dnbVeterinärmedizinde
dc.description.abstractengBiodiversity in agroecosystems has been declining at an alarming rate. Already in 1982, 15 of the 93 arable wild plant species listed in the German Red Data Book were extinct, which equalled 25% of all extinct plant species in Germany. In the European Community agri-environment schemes including incentives to create species-rich field margin strips have been established to improve the conservation of plant communities. However, establishing such communities is often not successful due to a few common and very competitive species. Competition is known to determine the composition of plant communities. Individual plant performance depends on the distance, size, and identity of neighbouring plants. In our experiments, we studied the effect of intra- and interspecific competition on the performance of annual arable wild plant species. We investigated whether a certain spatial seeding pattern, namely intraspecific aggregation, enables competitively weak species to establish and to propagate. Moreover, we studied whether the effect of intraspecific aggregation will change depending on the spatial scale, species combination, and nutrient regime. In the present work, we analysed two field and two pot experiments of varying species mixtures with grasses, forbs and legumes in different combinations and with different treatments. We showed that intraspecific aggregation had a positive effect on the performance of competitively weak species, irrespective of species identity and experimental setup. Increasing the scale of intraspecific aggregation enhanced especially the biomass production of the legume species Trifolium campestre and Medicago lupulina. Poa annua and Bromus mollis responded to the large scale of aggregation: Poa annua yielded more biomass, while the biomass of Bromus mollis decreased. Moreover, increasing the scale of intraspecific aggregation in a small-scale pot experiment showed that the effects of intra- and interspecific competition were species-specific and scale-dependent. The decreasing performance of the competitively strong species was detectable at a large scale of interspecific aggregation, whereas, the enhanced performance of the competitively weak species was already detectable at a small scale of interspecific aggregation. Hence, intraspecific aggregation may already at a small scale of spatial aggregation reduce the dominance of competitively strong species. Functional group identity of the species in mixtures had a strong effect on the performance of a single species. Grass species were positively affected by the presence of legumes, whereas the forb species did not respond. The performance of legume species was enhanced in the only-legumes mixture, but, as soon as grass or forb species appeared as competitors, their biomass decreased due to the higher (interspecific) competition. In contrast, the competitively strong forbs Calendula arvensis and Centaurea cyanus performed better in multi-species mixtures with species of different functional groups, while they were suppressed in the only-forbs mixtures. Nutrient availability was crucial for the performance of all species. Grass and forb species suffered from nutrient deficiency while the legume species produced relatively more biomass in nutrient poor plots. The positive effect of intraspecific aggregation was most pronounced in nutrient rich plots for the competitively poor legumes. It was as well pronounced in species rich mixtures: In six-species mixtures yielded Medicago lupulina only individuals when cultivated intraspecifically aggregated. Competition in the randomly dispersed plots was so strong that all individuals died until harvest. These results highlight the importance of intraspecific aggregation for plant survival and plant-diversity conservation especially when competition is severe. In conclusion, we provide strong and experimental evidence that the performance of competitively weak plant species can be enhanced by intraspecific aggregation. Competitively weak and therefore often particularly rare and endangered plant species can be tter establish and propagate when cultivated intraspecifically aggregated and might, in the long run, establish sustainable populations in the local species pool. Hence, sowings with spatial seeding patterns can successfully contribute to conservation measures by enabling the coexistence of plant species with different competitiveness and thereby, enhance overall plant biodiversity.de
dc.contributor.coRefereeStoll, Peter PD Dr.de
dc.contributor.thirdRefereeIsselstein, Johannes Prof. Dr.de
dc.subject.topicAgricultural Sciencesde
dc.subject.gerAussaatmusterde
dc.subject.gerEinjährige Pflanzende
dc.subject.gerinner- und ziwschenartliche Konkurrenzde
dc.subject.gerKoexistenzde
dc.subject.gerNaturschutzde
dc.subject.gerräumliche Ebenede
dc.subject.engannualsde
dc.subject.engbiodiversity conservationde
dc.subject.engcoexistencede
dc.subject.enginterspecific and intraspecific competitionde
dc.subject.engseeding patternde
dc.subject.engspatial scalede
dc.subject.bk48.16de
dc.subject.bk52.59de
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-webdoc-2055-0de
dc.identifier.purlwebdoc-2055de
dc.affiliation.instituteFakultät für Agrarwissenschaftende
dc.subject.gokfullYA 000: Land- und Forstwirtschaftde
dc.identifier.ppn611715368de


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