Phytodiversity in Short Rotation Coppice plantations
Phytodiversität in Kurzumtriebsplantagen
by Sarah Baum
Date of Examination:2012-06-08
Date of issue:2012-07-19
Advisor:Prof. Dr. Andreas Bolte
Referee:Prof. Dr. Martin Weih
Referee:Prof. Dr. Norbert Lamersdorf
Persistent Address:
http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-000D-F05A-1
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Abstract
English
Woody biomass plantations are considered the most crucial source of biomass used for energy production. An increasing demand for wood from Short Rotation Coppice (SRC) plantations is predicted for the nearer future and could result in major land-use changes. As agriculture plays a major role in the global loss of biodiversity, it is of great importance to analyse possible impacts of SRC plantations on the environment.Analyses on phytodiversity of 15 willow (Salix spp.) and poplar (Populus spp.) SRC plantations in Central Sweden and Northern Germany were conducted on field level (chap. 3), local landscape-scale (chap. 4) and higher landscape-scale (chap. 5). The main objectives were (i) to identify factors influencing phytodiversity within willow and poplar SRC plantations and (ii) to investigate the contribution of SRC plantations to phytodiversity in agricultural landscapes.Chap. 2 gives an overview of the current state of knowledge on phytodiversity in SRC plantations and presents derived management recommendations. Although SRC plantations can have clear benefits for biodiversity, negative effects are also possible. The location of SRC establishment should be considered carefully. Areas with nature conservation status should be avoided whereas areas dominated by agriculture are suitable. A proper management, e.g. creating structural diversity by planting several smaller instead of a large SRC plantation, planting different crops at one site and harvest in different rotation regimes are beneficial for phytodiversity.The influences of light availability stand dynamics in terms of plantation and shoot age, photosynthetic active radiation (PAR), and soil properties on phytodiversity in SRC plantations were investigated (chap. 3). Particularly plantation age and irradiance, but also soil nutrient contents influenced species composition and ground vegetation cover in SRC plantations. The results implicate that phytodiversity shifts over time: with increasing age and decreasing irradiance reaching through to the ground, the ground vegetation cover decreased and species composition shifted towards more forest species, more nutrient-demanding species, and more indicator species for basic soils. Ground vegetation cover and basic soil indicator species were positively related to nutrient availability. An influence of the studied site variables on species number could not be proven. Phytodiversity in terms of species richness and species composition of SRC plantations was compared with that of adjacent arable lands, forests and grasslands (chap. 4). Species number per area was higher in SRC plantations than in arable lands, coniferous forests and mixed forests in Germany. It was similar to that of grasslands and slightly lower than in marginal grassland strips and Swedish mixed forests. Species abundances were more heterogeneous in SRC plantations than in arable lands. Arable land, coniferous forests and German mixed forests differed most from SRC plantations regarding species composition. Similarity with SRC species composition was highest in marginal grassland strips, grasslands, and Swedish mixed forests. At increased tree cover, SRC plantations became less similar to grasslands but more similar to forests. The habitat-specific species diversity was highest in SRC plantations.The suitability of landscape matrix parameters derived from CORINE land cover data and SRC characteristics for predicting the contribution of α-diversity of SRC plantations to vascular plant γ-diversity in fragmented agricultural landscapes was analysed in eight study areas (chap. 5). The number of habitat types proved to be a significant predictor for species richness: the more habitat types, the higher the γ-diversity and the lower the proportion of SRC plantation α-diversity to γ-diversity. SRC plantations contained a subset of the landscape species pool that comprised on average a share of 6.9 % and were more dominated by species adapted to frequent disturbances and anthropo-zoogenic impacts than surrounding landscapes.Our results show that SRC plantations can enhance phytodiversity in agricultural landscapes, especially in areas dominated by arable fields and coniferous forests, as well as in landscapes with low habitat heterogeneity. Plant diversity enrichment was mainly effected by additional common perennial species typical for disturbed and anthropogenic environments. Species composition changes over time. Therefore we conclude that several different SRC plantations with varying crop species, ages, and cutting cycles are more beneficial for phytodiversity than large monocultures.
Keywords: Short Rotation Coppice; SRC; energy wood; phytodiversity; biodiversity; land use; species-area relation; species composition; photosynthetic active radiation; PAR; gamma diversity
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Der Anbau holziger Pflanzenarten wird als
wichtigste Quelle für die Energiegewinnung aus Biomasse betrachtet.
Für die nahe Zukunft wird mit einer ansteigenden Nachfrage nach
Holz aus Kurzumtriebsplantagen (KUP) gerechnet, was zu bedeutenden
Landnutzungsänderungen führen kann. Da Landwirtschaft eine große
Rolle beim weltweiten Biodiversitätsverlust spielt, ist die
Untersuchung möglicher Umweltauswirkungen von KUP von hoher
Bedeutung.Die Phytodiversität von 15 Weiden- und Pappel-KUP
(Salix ssp., Populus ssp.) in Mittelschweden und
Norddeutschland wurde auf Feld-Ebene (Kap. 3), lokaler
Landschaftsebene (Kap. 4) und höherer Landschaftsebene (Kap. 5)
analysiert. Die Hauptziele waren (i) die Identifizierung der die
Phytodiversität in Weiden- und Pappel-KUP beeinflussenden Faktoren
und (ii) die Untersuchung des Beitrages, den KUP zur
Phytodiversität in Agrarlandschaften leisten. Kap. 2 gibt einen
Überblick über den gegenwärtigen Wissenstand zur Phytodiversität in
KUP und präsentiert daraus abgeleitete Management-Empfehlungen.
Obwohl KUP klare Vorteile für die Biodiversität haben können, sind
auch negative Auswirkungen möglich. Der Standort von KUP sollte
sorgfältig ausgewählt werden. Gegenden mit Naturschutzstatus
sollten gemieden werden. Von Landwirtschaft und Nadelwald
dominierte Gebiete hingegen sind geeignet. Eine angemessene
Bewirtschaftung, wie z. B. Schaffung von Strukturvielfalt durch
Pflanzung mehrerer kleinerer anstelle einer großen KUP, Anpflanzung
unterschiedlicher Anbauarten an einem Standort und Ernte in
unterschiedlichen Zyklen begünstigen die Phytodiversität.Der
Einfluss des Plantagen- und Sprossalters als die Lichtverfügbarkeit
beeinflussende Faktoren der Bestandesdynamik, der Einfluss der
photosynthetisch aktiven Strahlung (PAR) und der Bodeneigenschaften
auf die Phytodiversität in KUP wurde untersucht (Kap. 3). Besonders
Plantagenalter und Strahlung, aber auch der Bodennährstoffgehalt
beeinflussten die Artenzusammensetzung und Bodendeckung der
Vegetation. Die Ergebnisse lassen darauf schließen, dass sich die
Phytodiversität mit der Zeit verändert: mit zunehmendem Alter und
Rückgang der Strahlung verringerte sich die Bodendeckung, und die
Artenzusammensetzung verschob sich in Richtung Waldarten,
nährstoffanspruchsvollen Arten und Indikatorarten für basische
Bodenverhältnisse. Die Bodendeckung und der Anteil der
Indikatorarten für basische Bodenverhältnisse stiegen mit der
Nährstoffverfügbarkeit an. Zwischen den untersuchten
Standortvariablen und der Artenzahl konnte kein Bezug festgestellt
werden.Die Phytodiversität der KUP im Sinne von Artenzahl und
Artenzusammensetzung wurde mit derjenigen angrenzender
Schlagwörter: Kurzumtrieb; KUP; Energieholz; Phytodiversität; Biodiversität; Landnutzung; Arten-Areal-Beziehung; Artenzusammensetzung; photosynthetisch aktive Strahlung; PAR; Gamma-Diversität
