Zur Struktur und Diversität der Bodenvegetation in Laubwäldern mit unterschiedlicher Baumartenvielfalt
On the structure and diversity of herb-layer vegetation in deciduous forests with contrasting tree-species diversity
by Andreas Mölder
Date of Examination:2008-06-13
Date of issue:2008-09-23
Advisor:Prof. Dr. Wolfgang Schmidt
Referee:Prof. Dr. Wolfgang Schmidt
Referee:Prof. Dr. Friedrich Beese
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Format:PDF
Description:Dissertation
Abstract
English
In this thesis, I investigate whether there are correlations between tree-layer diversity and herb-layer diversity as well as herb-layer productivity, and which environmental factors form the underlying mechanisms. Answers to these questions are very important, because many silvicultural management schemes allow for the development of mixed broadleaved stands instead of pure beech stands. The investigation area was in Hainich National Park (Thuringia, Central Germany). Main hypotheses of the project and related results: I. Herb-layer diversity is positively affected by increasing tree-layer diversity. It was found that herb-layer vegetation of deciduous forest stands rich in canopy species appeared to be more diverse than herb-layer vegetation of beech-dominated stands. It was surmised that herb-layer diversity was indirectly influenced by canopy tree species through the medium of the altered environmental factors soil pH and litter layer thickness. Apparently, lower beech proportion had a more profound effect than the number of secondary tree species. There were no correlations between herb-layer diversity and light transmissibility of the canopy layer, indicating that the light factor was not crucial for herb-layer diversity. At least for the Hainich research sites, the results indicated that small-scale light and soil heterogeneity is insignificant for herb-layer diversity. Several herb-layer species were found whose occurrence was particularly correlated with tree-layer diversity and environmental factors. Remarkably, all species positively correlated with soil pH were important for the phytosociological classification of the research sites. II. Herb-layer productivity is positively correlated with increasing herb-layer and tree-layer diversity. Herb-layer biomass was positively correlated with tree-layer diversity. Herb-layer productivity might be promoted in more diverse research sites by increased nutrient supply (particularly phosphorus) and base saturation as well as rising soil clay contents. It is also possible that greater beech proportion interfered with herb-layer productivity. Herb-layer biomass was also positively correlated with herb-layer diversity. Hence, this study hints that positive diversity-functioning relationships might occur in the herb-layer of the deciduous forest under investigation. Especially in slow-growing forest ecosystems it is difficult to identify underlying mechanisms and to recognise sampling effects and complementary effects, for instance. III. Beech (Fagus sylvatica) as an “ecosystem engineer” has an outstanding influence on the underlying ecosystem processes. Ecosystem engineers modify environmental factors to a great extent and have thereby an impact on biocoenosis composition and ecosystem functioning. Firstly, among the tree species occurring in the Hainich, beech (Fagus sylvatica) made itself conspicuous by its close correlations with herb-layer vegetation. Secondly, no other tree species on our research sites featured all characteristics that account for Fagus sylvatica’s competitiveness, such as shade tolerance, crown plasticity, and efficiency in taking up nutrients and water. In the Hainich, we found a strong impact of beech on environmental factors (litter-layer thickness, soil acidity) also in those stands, where beech was not predominant. The proportion of no other tree species was as closely correlated with those environmental factors influencing herb-layer vegetation as the proportion of beech.
Keywords: biodiversity; coppice with standards; deciduous forest; deer browsing; ecosystem engineer; ecosystem functioning; European beech; forest communities; natural regeneration; productivity; stand structure
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In dieser Dissertation wird der Frage
nachgegangen, ob es Zusammenhänge zwischen Baumschichtvielfalt und
sowohl Krautschichtdiversität als auch -produktivität in
Laubwäldern gibt und welche Umweltfaktoren für diese maßgeblich
sind. Diese Fragestellung ist insbesondere vor dem Hintergrund zu
sehen, dass viele Waldbauprogramme die Entwicklung von
Laubholzmischbeständen anstelle von Buchenreinbeständen vorsehen.
Das Untersuchungsgebiet ist der Nationalpark Hainich in Thüringen.
Leitende Hypothesen der Dissertation und zugehörige Ergebnisse: I.
Die Diversität der Waldbodenvegetation wird von einer zunehmenden
Vielfalt in der Baumschicht positiv beeinflusst. Auf den
Untersuchungsflächen im Hainich stieg die Diversität der
Waldbodenvegetation einschließlich Verjüngung mit einer zunehmenden
Vielfalt der Baumschicht an. Es konnte gezeigt werden, dass die
Krautschichtdiversität dabei maßgeblich indirekt über
Baumarteneffekte beeinflusst wurde, welche die Umweltfaktoren
Bodenazidität und Streuauflage veränderten. Dabei hatte ein
geringerer Buchenanteil in der Baumschicht offensichtlich größere
Auswirkungen als die Anzahl der Begleitbaumarten. Es wurde kein
Zusammenhang zwischen der Krautschichtdiversität und der
Lichtdurchlässigkeit des Kronendaches gefunden. Zudem hatte eine
kleinräumige Licht- und Bodenheterogenität keinen Einfluss auf die
Vielfalt der Krautschicht. Das Vorkommen zahlreicher
Krautschichtarten stand in engem Zusammenhang mit der
Baumschichtdiversität sowie mit Umweltparametern. II. Die
Produktivität der Waldbodenvegetation ist positiv mit zunehmender
Krautschicht- und Baumschichtvielfalt korreliert. Auf den
Untersuchungsflächen im Hainich stieg die krautige Biomasse der
Waldbodenvegetation mit einer zunehmenden Diversität der
Baumschicht an. Die Produktivität der Krautschicht könnte hierbei
von einer ansteigenden Nährstoffversorgung und Basensättigung sowie
erhöhten Bodentongehalten gefördert worden sein. Gleichzeitig
deutet sich an, dass ein zunehmender Buchenanteil die
Krautschichtproduktivität hemmt. Ferner fanden sich positive
Zusammenhänge zwischen Krautschichtbiomasse und
Krautschichtdiversität. Dies könnte ein Hinweis darauf sein, dass
eine steigende Krautschichtvielfalt die Krautschichtproduktivität
auf den Untersuchungsflächen im Hainich fördert. Allerdings ist es
besonders in langlebigen Waldökosystemen schwierig, die solchen
Beziehungen zugrunde liegenden Mechanismen zu ergründen und
beispielsweise Sampling-Effekte und Komplementaritätseffekte zu
erkennen. III. Die Buche (Fagus sylvatica) wirkt sich als
„Ökosystemingenieur“ besonders stark auf die zugrunde liegenden
Ökosystemprozesse aus. Ökosystemingenieure verändern die physischen
Eigenschaften der Umwelt in hohem Maße und beeinflussen dadurch die
Zusammensetzung der Lebensgemeinschaften und die Funktion von
Ökosystemprozessen. Unter den im Hainich vorkommenden Baumarten
zeichnete sich die Buche zum einen durch ihre enge Beziehung zur
Bodenvegetation aus, zum anderen wies keine andere der Baumarten
auf den Untersuchungsflächen alle Eigenschaften auf, welche
gebündelt die Konkurrenzstärke von Fagus sylvatica ausmachen, wie
z. B. Schattentoleranz, Kronenplastizität und Fähigkeit zur
effektiven Nährstoff- und Wasseraufnahme. Im Hainich konnte auch in
solchen Beständen, in denen Fagus sylvatica nicht vorherrschend
war, der starke Einfluss dieser Baumart auf physische
Umweltfaktoren wie Streumächtigkeit und Oberbodenazidität
festgestellt werden. Dies äußerte sich insbesondere dadurch, dass
der Anteil keiner anderen Baumart derart eng mit den die
Waldbodenvegetation beeinflussenden Umweltfaktoren korreliert war
wie derjenige der Buche.
Schlagwörter: Bestandesstruktur; Biodiversität; Fagus sylvatica; Galio-Fagetum; Hainich; Hordelymo-Fagetum; Laubmischwald; Mittelwald; Naturverjüngung; Ökosystemingenieur; Ökosystemfunktionen; Plenterwald; Produktivität; Stellario-Carpinetum; Wildverbiss