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Influence of forest age dynamics on ground vegetation and epiphytic diversity in montane spruce forests

dc.contributor.advisorHauck, Markus Prof. Dr.
dc.contributor.authorDittrich, Sebastian
dc.date.accessioned2014-01-21T09:30:47Z
dc.date.available2014-01-21T09:30:47Z
dc.date.issued2014-01-21
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0022-5E01-D
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-4326
dc.description.abstractDie Wälder Mitteleuropas wurden seit dem Neolithikum stark durch den Menschen beinflusst. Die meisten Wälder weisen keine naturnahe Struktur mehr auf, es fehlen große, alte Bäume ebenso wie stehendes und liegendes Totholz. Die Fortwirtschaft lässt die Herausbildung später Entwicklungsphasen mit alternden und absterbenden, zusammenbrechenden Baumindividuen nicht zu. Zahlreiche Studien haben jedoch die Bedeutung alter und zerfallender Waldbestände für spezialisierte Waldorganismen gezeigt. Die vorliegende Studie beabsichtigte, die Bedeutung der späten Sukzessions-Stadien für die Pflanzendiversität im Rahmen der natürlichen Dynamik eines unbewirtschafteten Fichtenwaldes (Picea abies (L.) Karst.) auf dem Brocken in Norddeutschland herauszustellen. Zusätzliche Untersuchungen behandelten die Autökologie epiphytischer Flechten in einer naturnahen, wenig belasteten Waldumgebung und das Potenzial alter und zerfallender Waldstadien für die Speicherung von Kohlenstoff. Die verschiedenen Untersuchungen bauen auf Plot-basierte Erhebungen in den verschiedenen Waldentwicklungsstadien auf, und bezogen dabei sowohl die Epiphyten- als auch die Bodenvegetation ein. Die Ergebnisse zeigen eindeutig die Bedeutung der späten Wald-Sukzessionsstadien für die Diversität von Epiphyten. Während die Artenvielfalt der Epiphyten in Alters- und Zerfallsstadien höher war als in jüngeren Sukzessionsstadien, unterschied sich die Bodenvegetation kaum zwischen den verschiedenen Sukzessionsstadien. Weiterhin unterschied sich die Zusammensetzung der Epiphytenvegetation im Zerfallsstadium deutlich von allen übrigen Stadien. Einige seltene Arten kamen vorwiegend auf den abgestorbenen Bäumen der Zerfallstadien vor. Hier entstehen große stehende und liegende Totholzobjekte, die auch in jüngeren Entwicklungsstadien erhalten bleiben (‚deadwood legacy’), und über den gesamten Waldentwicklungszyklus die Epiphytenansiedelung auf Bäumen ermöglichen. Es zeigte sich auch, die Präsenz alter und abgestorbener Bäume wichtiger war als die Kontinuität in der Waldbedeckung. Die Vegetation des studierten Urwaldes und eines benachbarten Sekundärwaldes, die beide viele alte und tote Bäume aufwiesen, hatten sich innerhalb von 200 Jahren stark angenähert. Untersuchungen der Vegetation des liegenden Totholzes bestätigten einen starken Einfluss der Substrateigenschaften Stammgröße und Holz-Zerfallsgrad. Der Kronenschlussgrad der Waldbestände hatte hingegen einen geringeren Einfluss. Totholz hat eine hohe Bedeutung für die Waldpflanzen-Diversität. Viele seltene Arten wuchsen ausschließlich auf liegendem Totholz, während viele häufige Arten, neben anderen Substraten, ebenfalls auf Totholz vorkamen. Während kleine Totholzobjekte kaum besiedelt wurden, beherbergten große Totholzobjekte eine artenreichere Epiphytenvegetation. Die höchste Epiphytendiversität wurde jenseits mittlerer Zerfallsgrade erreicht. Zusätzliche Untersuchungen von epiphytischen Flechten zeigten einen extremen Rückgang der acidophytischen Flechte Lecanora conizaeoides bei einer leichten Erhöhung des pH-Wertes der Baumrinden. Zudem zeigte sich, dass die Artenvielfalt der Epiphyten sich weniger zwischen lebenden und abgestorbenen Bäumen unterschied, als es unter höherer Luftverschmutzung. Zusätzlich wiesen biochemische Analysen der Flechten Hypogymnia physodes einen hohen Gehalt an Flechtenstoffen nach, die auch bei geringer Umweltbelastung die Aufnahme von Schwermetallen regulieren. Auch hier waren nur geringe Unterschiede zwischen den Proben von den verschiedenen lebenden und abgestorbenen Bäumen festzustellen. Es wurde außerdem nachgewiesen, dass die Alters- und Zerfallsstadien sich durch eine hohe Kohlenstoffspeicherung in Boden und Biomasse auszeichnen. Zusammen mit den Ergebnissen zur Pflanzendiversität, der Bedeutung der großen Totholz-Objekte sowie alter und abgestorbener Bäume, wurde die Bedeutung der Alters- und Zerfallsstadien klar bestätigt. Schutzmaßnahmen, die auf den Ausschluss der Bewirtschaftung großer Waldgebiete abzielen und damit die natürliche Herausbildung der Alters- und Zerfallsstadien zulassen, können sicher einen Rückgang der Biodiversität begrenzen und die Folgen des globalen Klimawandels abmildern.de
dc.language.isoengde
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/
dc.subject.ddc570de
dc.titleInfluence of forest age dynamics on ground vegetation and epiphytic diversity in montane spruce forestsde
dc.typedoctoralThesisde
dc.contributor.refereeHauck, Markus PD Dr.
dc.date.examination2013-01-23
dc.description.abstractengCentral European forests haven been strongly shaped by human activities since the Neolithic. Most forests lack a near-natural stand structure and large, over-mature trees as well as standing or lying deadwood. Forest management does not admit the evolvement of late successional stages with senescent, live trees or dying and collapsing trees. Numerous studies have pointed on the importance of over-mature and decaying forest patches for specialised forest organisms. The present study aimed to outline the importance late-successional stages within the framework of natural forest dynamics, for the plant diversity in an old-growth spruce forest (Picea abies (L.) Karst.) at Brocken Mountain, Northern Germany. Additional assessments addressed the autecology of epiphytic lichens in a near-natural, lowly-polluted forest environment, and the potential function of over-mature and decaying forest patches for carbon storage. The different investigations were founded in plot-based sampling across the different forest development stages, including both ground and epiphyte vegetation. The results clearly indicate the high importance of late forest succesional stages for the diversity of epiphytes. While the epiphyte richness on trees in both over-mature and decay stage was much higher, the ground vegetation did not change across the different successional stages. Furthermore, the epiphyte vegetation in the decay stage strongly differed in composition from all the other stages. Some rare species preferably occurred on the dead trees of the decay stages. Furthermore, the late forest development stages provided a deadwood legacy, as large standing and lying deadwood, was present across all forest development stages, enabling epiphyte colonization throughout the whole forest ageing cycle. The presence of old and dead trees was also shown to be more significant than the forest continuity. As the old-growth forest and a neighbouring secondary forest,with both numerous over-mature and dead trees, had widely converged within less than 200 years. By testing determinants of the epiphyte cover and richness on lying deadwood, highest impact was substantiated for the substrate variables log size and grade of wood decay, with a low impact of the canopy cover. Deadwood was shown to be important to the total forest plant diversity, as many rare species exclusively occurred on deadwood, and many frequent species also occurred on deadwood among other substrates. While small-sized deadwood was barely colonized by epiphytes, large deadwood, provided space for a rich epiphyte vegetation.Analyses on epiphytic lichens revealed a dramatic decline of the acidophytic species Lecanora conizaeoides due to a slight increase in bark pH. Additionally, the epiphyte communities on dead and live trees were shown to be less different than they had been under higher air pollution. Biochemical studies on the lichen Hypogymnia physodes showed a high content of lichen substances, regulating metal-uptake even under lower pollution levels. Thereby, variation between lichen samples of live and dead trees was also low. Over-mature and decay stages were also proven to be characterized by high carbon storage in the soil and biomass. Together with the results on the plant diversity in the late successional stages, the importance of large deadwood pieces and over-mature and dead trees, the importance of over-mature and decay stages in forest is clearly illustrated. Conservation approaches which exclude management from large forest areas and thus admit the evolvement of over-mature and decay stages, will certainly limit biodiversity losses and mitigate global change.de
dc.contributor.coRefereeLeuschner, Christoph Prof. Dr.
dc.subject.engForest dynamicsde
dc.subject.engbryophytesde
dc.subject.englichensde
dc.subject.engsprucede
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-11858/00-1735-0000-0022-5E01-D-7
dc.affiliation.instituteBiologische Fakultät für Biologie und Psychologiede
dc.subject.gokfullBiologie (PPN619462639)de
dc.identifier.ppn77677204X


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