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Zur zukünftigen Rolle der Buche (Fagus sylvatica L.) in der natürlichen Vegetation - waldökologische Untersuchungen zur Buchen-Naturverjüngung an der östlichen Buchenwald-Verbreitungsgrenze

dc.contributor.advisorBolte, Andreas Prof. Dr.de
dc.contributor.authorCzajkowski, Tomaszde
dc.date.accessioned2007-01-29T15:11:51Zde
dc.date.accessioned2013-01-18T10:57:16Zde
dc.date.available2013-01-30T23:51:26Zde
dc.date.issued2007-01-29de
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-B0F7-Bde
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-2285
dc.description.abstractDie Kenntnisse zur Verbreitungsgrenze von Buchenwäldern (Fagus sylvatica L.) und zu den limitierenden klimatischen Faktoren der Buchenexistenz im nordöstlichen Mitteleuropa (Nordostdeutschland, Polen) sind lückenhaft. Dies führt zu großen Unsicherheiten bei der aus Sicht des Naturschutzes und der Forstwirtschaft erwünschten Erhaltung und Ausweitung naturnaher Buchenwälder. Der laufende Klimawandel vergrößert diese Unsicherheiten, da die prognostizierte weitere Temperaturerhöhung und sommerliche Niederschlagverminderung in der Region möglicherweise eine große Gefahr für die trockenheitsempfindliche Baumart Buche darstellt. In der Phase der Bestandesregeneration sind die jungen Buchenpflanzen wegen den noch nur oberflächlich ausgeprägten Wurzelsystemen und der Konkurrenz von Altbäumen und Bodenvegetation besonders durch Trockenheit gefährdet.Anhand von Literaturstudien erfolgte eine Analyse des aktuellen Wissensstandes zur Ostgrenze der Buchenwaldverbreitung und deren möglichen Ursachen. In unterschiedlichen Freiland- und Laboruntersuchungen wurde der Einfluss von Trockenheit auf junge Buchenpflanzen sowie die Interaktion zwischen Trockenheits- und Frostwirkung untersucht. Aus den Ergebnissen sollen Hinweise zum Risiko einer Buchenwaldausbreitung im nordöstlichen Mitteleuropa, auch unter dem Gesichtspunkt des Klimawandels, abgeleitet werden. Die Literaturauswertung erbrachte, dass sich derzeit die Buche im nordöstlichen Mitteleuropa spontan oder waldbaulich gefördert ausbreitet, z. T. über die Grenzen ihres bisher beschriebenen Areals hinweg. Einiges spricht dafür, dass die Buche ihre geographische sowie klimatisch-standörtliche Ostgrenze nacheiszeitlich durch menschlichen Einfluss noch nicht erreicht hat. Neuere Ansichten, dass sich der ökologische Potenzbereich der Buche in den trockenen Bereich hinein verschieben lässt, unterstützen diese Meinungen. Die Limitierung des Vorkommens und der Dominanz der Buche in Nordosteuropa wird allgemein nicht einem einzigen Klimafaktor zugeschrieben, sondern einer Kombinationswirkung von Niederschlagsarmut, thermischer Kontinentalität (heiße Sommer, kalte und lange Winter) und einer verkürzten Vegetationsperiode. Ungünstige Witterungsereignisse wie Trockenperioden, Spätfröste oder extreme Winterkälte überprägen langfristige Klimatrends und können sehr einschneidende limitierende Wirkung auf die Buche haben.In Freilanduntersuchungen an Buchennaturverjüngungen wurde im extremen Trockensommer 2003 und im folgenden feuchten Sommer 2004 die Reaktion der Pflanzen auf die Wassermangelsituation unter natürlichen Bedingungen untersucht. Die Aufnahmen wurden auf 8 Versuchsflächen in Nordostdeutschland und Nordpolen entlang eines West-Ost-Gradienten zunehmender klimatischer Kontinentalität durchgeführt. In Laboruntersuchungen (Topfexperimente) wurde in Ergänzung zu den Freilanderhebungen die Reaktion von kultivierten 2- und 3-jährigen Sämlingen von 12 anerkannten deutschen und polnischen Buchenherkünften auf Trockenheit untersucht. Zur Untersuchung des Einflusses von Trockenheit auf die Frosttoleranz von Jungbuchen wurde im Winter 2005/2006 ein bifaktoreller Frosttoleranztest an sechs ausgewählten Buchenherkünften durchgeführt. Anhand der Ergebnisse konnte die letale Temperatur (LT50) für die Buchenknospen bestimmt werden. Zusätzlich wurden zur Bewertung der Spätfrostempfindlichkeit phänologische Beobachtungen zum Blattaustriebverhalten verschiedener Buchenherkünfte im Frühjahr 2004 durchgeführt. Die Ergebnisse der Freilanduntersuchungen im Jahrhundertssommer 2003 zeigten klare regionale Differenzierungen in der Reaktion auf die Trockenperiode. Pflanzen aus dem östlichen Rand der Buchenverbreitung in Zentralpolen wiesen im August 2003 einen höheren Wasserstatus (höhere Predawn-Wasserpotenziale = niedrigerer Stress) auf als die aus den mehr westlich liegenden Flächen in Nordostdeutschland. Ein angespannter Pflanzenwasserstatus beeinflusst negativ den Zuwachs, so dass die östlichen Herkünfte unter dem Trockenheitseinfluss einen höheren relativen Zuwachs leisteten. Diese Reaktion zeigte sich im Trockenjahr 2003, noch mehr aber im Folgejahr. Der negative Überschirmungseinfluss auf den Zuwachs nimmt mit dem zunehmenden Trockenstress zu. Die Ergebnisse der Laborexperimente bestätigten den Trend der Freilanduntersuchungen und gaben Hinweise auf die Ursachen des höheren Wasserstatus bei Trockenheit: Der Wasserverbrauch der Buchenpflanzen unter Trockenheit lag bei den Pflanzen aus östlichen Herkunftsgebieten (Zentral-Polen) deutlich unter dem Verbrauch der Buchen nordostdeutscher und westpolnischer Herkunft. Dementsprechend traten die negativen Trockenheitsauswirkungen, d.h. kritische Predawn- und Mittags-Wasserpotenziale bei zentralpolnischen Pflanzen deutlich später auf.Die Untersuchungen zur Frostresistenz der Buchenknospen zeigen einen geographischen Gradienten. Die winterliche Frosthärte steigt, gemessen am Index LT50, von West nach Ost. Es wurde kein eindeutiger Einfluss des Trockenstresses in der Vegetationsperiode auf die Frostresistenz im folgenden Winter nachgewiesen. Bei der Frühjahrsphänologie sind große zeitliche Unterschiede zwischen den Buchenherkünften ersichtlich. Die Austriebsverzögerung von nord- und zentralpolnischen Herkünften um fast drei Wochen gegenüber einer norddeutschen Herkunft korreliert mit einer erhöhten Spätfrostgefahr und niedrigeren Januartemperaturen. Die sowohl in den Freiland- als auch Laborstudien aufgetretenen klaren Unterschiede zwischen den Buchenherkünften bzw. -populationen in der Reaktion auf Trockenheit und Frost machen deutlich, dass die Regelung physiologischer Prozesse zum erheblichen Anteil genetisch bedingt sein dürfte. Die im Vergleich zu den westlichen Buchenherkünften deutlich höhere selektionsbedingte Anpassung an Trockenheit und Forstereignisse der zentralpolnischen Herkünfte zeigt das erhebliche evolutionäre Anpassungspotenzial der Buche an Klimaänderung auf. Eine Unterstützung der Klimaanpassung der Buche durch waldbauliche Maßnahmen reicht von der Naturverjüngung autochtoner Buchenbestände und dem passiven Wirken lassen von Klima und Witterung als natürliche Selektionsfaktoren bis hin zur aktiven Einbringung erwiesenermaßen besonders trockenheitstoleranter und lokalklimatisch anpassungsfähiger Fremdherkünfte. Die vorliegenden Untersuchungsergebnisse sprechen gegen eine pauschale Risikoabschätzung des Buchenanbaus mit statischen geographischen Grenzen, da die Dynamik von Klima- und Standortsänderung einerseits und dadurch bedingter evolutionärer Anpassung unzureichend berücksichtigt wird. Allerdings stimmen die Befunde optimistisch, dass die genannten Maßnahmen eines klimaangepassten Waldbaus auch weiterhin den Buchenanbau, z. T. in Mischung, innerhalb des heute bekannten Buchenareals grundsätzlich ermöglichen.de
dc.format.mimetypeapplication/pdfde
dc.language.isogerde
dc.rights.urihttp://webdoc.sub.gwdg.de/diss/copyr_diss.htmlde
dc.titleZur zukünftigen Rolle der Buche (Fagus sylvatica L.) in der natürlichen Vegetation - waldökologische Untersuchungen zur Buchen-Naturverjüngung an der östlichen Buchenwald-Verbreitungsgrenzede
dc.typedoctoralThesisde
dc.title.translatedThe future role of European beech (Fagus sylvatica L.) in natural vegetation – forest ecological studies of beech natural regeneration at its eastern distribution boundaryde
dc.contributor.refereeBeese, Friedrich Prof. Dr.de
dc.date.examination2006-09-29de
dc.subject.dnb500 Naturwissenschaftende
dc.description.abstractengThe knowledge about the distribution boundary of European beech forests (Fagus sylvatica L.) in the northeastern part of Central Europe (North-East Germany and Poland) is still incomplete. The same is true for those climatic factors that limit the existence and dominance of beech in this region. This generates uncertainties regarding the preservation and extension of close-to-nature beech forests in Central Europe, which is aimed at by nature conservation and forestry administration. The processes of ongoing climate change enhance these uncertainties, since the predicted increase of temperature and reduction of summer precipitation could threaten beech , which is known to be drought-sensitive. Young beech trees in the phase of natural regeneration are especially affected by drought, due to shallow root systems and strong competition with ground vegetation and overstorey. A literature review was done in order to analyse the present knowledge about the eastern distribution boundary of beech forests and the governing factors. In various field studies and laboratory experiments, the impact of drought on young beech plants and the interaction between drought and frost was investigated. The results are expected to yield indications for the risks of beech forest expansion in north-eastern Central Europe and the possible implications of climate change.The review revealed that, at present, European beech is spreading spontaneously or by silvicultural treatments in north-eastern Central Europe, partly beyond its known distribution boundary. There are some indications that beech has not yet reached its postglacial geographical and climatic boundary, in particular due to anthropogenic influence. Recent findings demonstrate that the ecogram of beech can be shifted towards dryer sites. The distributional limitations of beech and its dominance in north-eastern Central Europe can commonly not be attributed to one single climatic factor, but rather to a combination of effects; i.e. low amount of precipitation, continental climate with hot summers and long, cold winters as well as short vegetation periods. Unfavorable weather conditions such as drought periods, late frosts or extreme winter coldness interfere with long-term climatic trends and limit beech growth. During the extremely dry summer of 2003 and the subsequent humid summer of 2004, the reaction of natural regeneration of beech to water stress was examined in field experiments under natural conditions. In north-eastern Germany and northern Poland, data were collected from eight (mixed) beech stands that cover a west-east gradient with increasing continental climate conditions. Complementary to the field experiments, the reaction of cultivated 2- and 3-year old seedlings of 12 different German and Polish beech provenances to induced drought stress was studied in pot experiments. In order to determine the influence of drought on the frost tolerance of young beech plants, a bifactoral frost tolerance test was conducted in six selected provenances in winter 2005/2006.According to the results, the lethal temperatures (LT50) for beech buds were derived. In addition, phenologic observations regarding foliation of the different beech provenances were made in spring 2004, in order to assess the plants' sensitivity to late frosts. The results of the field studies in summer 2003 showed clear regional differences in reaction to the drought period. In August 2003, plants from the eastern boundary of the distribution area in Central Poland showed a higher water status (higher predawn water potentials = less stress) than plants from more western plots in north-eastern Germany. A low water status of the beech plants influenced growth negatively, so that the lower drought stress caused the eastern provenances to yield higher relative increments compared to the western provenances. This reaction became obvious in the dry year 2003, but even more in the following year 2004. With increasing drought, the negative influence of overstorey competition on the regeneration increment was enhanced.The results of the laboratory experiments confirmed these trends of the field studies and gave indications on the causes of different water status under drought conditions: the water consumption of beech plants under dry conditions was notably lower for the plants of eastern provenances (Central Poland) than for plants of north-eastern German and western Polish provenances. Accordingly, negative effects of drought stress such as low water potentials occurred much later in the plants from Central Poland. The results of the frost experiment pointed to a geographic gradient of frost tolerance of different beech provenances. The frost resistance in winter, measured by the index LT50, increased from west to east. However, a clear effect of drought stress during the vegetation period on frost resistance in the subsequent winter could not be detected. Great differences in spring foliation development have been observed between the beech provenances. North and Central Polish provenances were almost 3 weeks delayed in leaf foliation compared to northern German provenances. This correlated with an enhanced risk of late frosts and lower temperatures in January for these regions. The clear differences between the reactions of the different beech provenances towards drought and frost, observed in both the field and the laboratory experiments allow the conclusion that the regulation of plant physiological processes is to a great extent genetically determined. The higher adaptation to drought and frost events observed in Central Polish provenances in comparison with western ones exhibits the notable evolutionary adaptation potential of beech to climate change. The climatic adaptation can be supported by silvicultural measures such as natural regeneration of autochthonous beech stands and, more passively, allowing climate and weather to act as natural selection factors for beech, or even by active introduction of especially drought tolerant and adaptive beech provenances from other regions. The present results indicate that it might be wise to refrain from an overall risk assessment of beech cultivation within strict geographical limits, since this does not take into account the dynamics of changes in climate and site conditions and the necessary evolutionary adaptations. The results indicate, however, that beech cultivation in pure or mixed stands might be possible within the presently known distribution area, if the silvicultural measures are applied to support the adaptation of beech to climate change.de
dc.subject.topicForest Sciences and Forest Ecologyde
dc.subject.gerFagus sylvaticade
dc.subject.gerRotbuchede
dc.subject.gerProvenienzde
dc.subject.gerVerbreitungsgebietde
dc.subject.gerAnpassungspotentialde
dc.subject.gerKlimawandelde
dc.subject.gerTrockenstressde
dc.subject.gerTopfexperimentde
dc.subject.gerBlattwasserpotentialde
dc.subject.gerDiffuse Site Factorde
dc.subject.gerrelativer Zuwachsde
dc.subject.gerWinterfrostde
dc.subject.gerSpätfrostde
dc.subject.gerPhänologiede
dc.subject.gerLT50de
dc.subject.engFagus sylvaticade
dc.subject.engEuropean beechde
dc.subject.engprovenancede
dc.subject.engdistribution rangede
dc.subject.engadaptation potentialde
dc.subject.engclimate changede
dc.subject.engdrought stressde
dc.subject.engpot experimentde
dc.subject.engleaf water potentialde
dc.subject.engdiffuse site factorde
dc.subject.engrelative incrementde
dc.subject.engwinter frostde
dc.subject.englate frostde
dc.subject.engphenologyde
dc.subject.engLT5de
dc.subject.bk48.00 Land- und Forstwirtschaft: Allgemeinesde
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-webdoc-1396-3de
dc.identifier.purlwebdoc-1396de
dc.affiliation.instituteFakultät für Forstwissenschaften und Waldökologiede
dc.subject.gokfullYS 000 Waldbaude
dc.identifier.ppn559822537de


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