570 Biowissenschaften; Biologie
Filtern
Erscheinungsjahr
Dokumenttyp
- Dissertation (14)
- Bachelorarbeit (2)
- Masterarbeit (2)
Schlagworte
- Biodiversität (4)
- Epigenetik (2)
- Habitat (2)
- Laufkäfer (2)
- Altes Land (1)
- Baltic Sea (1)
- Bees (1)
- Bienen (1)
- Bioassay (1)
- Biologische Landwirtschaft (1)
Institut
The role of tree diversity for individual tree growth, crown architecture and branch demography
(2012)
In the light of the concurrent loss of biodiversity, biodiversity and ecosystem functioning (BEF) research attracted a great deal of attention and emerged as one of the important fields of research in ecology. Since important ecological interactions such as competition occur between individuals, the understanding of individual tree growth was considered to be fundamental for forest related BEF research. Individual tree growth is determined by the above- and belowground interactions of a tree individual with its local neighbourhood. To obtain a deeper understanding of BEF relationships, I broadened the focus from individual tree growth (usually measured as diameter or biomass increment) to the arrangement and dynamics of the above-ground modules of trees in dependence of their local neighbourhood. More precisely, the main objective of the present thesis was to analyse the impact of tree diversity on individual tree growth, crown architectural and branch demographic variables. Thereby I considered crown architectural variables as important indicators of the competition for light. In addition, crown architectural variables impacted ecosystem services such as erosion control. Furthermore, the results of the present thesis contributed to the current discussion on species coexistence theories, which may be differentiated by two opposing views: one that relies on neutral processes and one that implicates a role for meaningful differences in the ecological strategy (niche) of co-occurring species. The studied forest ecosystems were the subtropical broad-leaved evergreen forests of southeast China, which have been under high human pressure due to a long history of intensive land-use. The area is of particular interest for BEF research due to the high species richness of woody plants, including many, yet poorly studied species, and due to the rough terrain with steep slopes, which cause severe soil erosion. The present thesis combines three observational with two experimental studies, applying the local neighbourhood approach along an age gradient from tree saplings to mature trees. In the Gutianshan National Nature Reserve (GNNR), I conducted two observational studies on permanent plots which were chosen according to a space-for-time substitution design. The aim of the first study was to reveal the effects of diversity (species richness, functional diversity) together with other biotic and abiotic variables on morphological growth parameters (crown area, crown displacement and stem inclination) of target trees of four tree species (Castanea henryi, Castanopsis eyrei, Quercus serrata and Schima superba). In the second study, the same target trees together with their neighbours were used to analyse the relation between stand related functional diversity and the horizontal and vertical structure of the canopy. The third study was conducted in a young secondary broad-leaved evergreen forest. Using two target species (Castanopsis fargesii and Quercus fabri), the role of diversity, intra- vs. inter-specific competition and the mode of competition (symmetric vs. asymmetric) on the target individuals was tested by analysing five-year radial growth increments. The two other studies were carried out in an experimentally established plantation, using saplings of four tree species (C. henryi, Elaeocarpus decipiens, Q. serrata and S. superba), which were planted in monoculture, twoand four-species combinations and in three densities. The fourth study focused on mechanisms of coexistence and the role of species richness, species composition, species identity and density on sapling growth. The fifth study tested the effect of sapling density and identity on the througfall kinetic energy, which represents a measure for the erosive power of rain. It was found that functional diversity does affect crown architectural and canopy related parameters of forests in the GNNR. However, no effects of species richness on radial-growth were detected in the younger forest. Since I also did not find strong effects of species richness on saplings in the experimental plantation, diversity effects may evolve at a later age stage. The importance of the diversity effect may be related reversely to that of species identity in an age gradient of forest stands. The findings suggest that different mechanisms of coexistence operate simultaneously but that their relative importance may shift through the life stages of trees. During the sapling stage, species-specific differences in growth and architectural traits support niche theory. In older forest stands, no species-specific differences in growth parameters could be detected. However, I did find effects of functional diversity on horizontal canopy structure. I conclude that mechanisms of coexistence may not only change with forest stand age, but may also differ for distinct traits. The present thesis, being the first to apply the local neighbourhood approach with regard to crown architecture and branch demography within the BEF field of research, stresses the importance of this individual based approach. Although the observed forest systems are very complex, crown architectural and canopy structural variables were found to be affected by diversity. The finding that the degree of erosive power of rain could be elucidated by crown architectural variables, encourages further studies to reveal possible relations between biodiversity and other ecosystem functions or services, which might be mediated by crown architectural and canopy structural variables.
In den Jahren 2006 und 2007 wurden auf dem Gebiet der Lüneburger Heide nach einer Vorstratifizierung im Rahmen ausgedehnter Feldforschung Umweltdaten für die stark bedrohte Spinnenart Eresus kollari Rossi 1846 und die eurytope Spinnenart Trochosa terricola Thorell 1856 erhoben. Ziel der Arbeit war es, die Habitatbindung beider Arten zu beschreiben und Heidepflegemaßnahmen vor allem für erstere zu benennen, um zu ihrem dauerhaften Erhalt beizutragen. Außerdem sollten beide Arten auf dem gleichen Standort in ihren Habitatansprüchen verglichen werden. Mit Hilfe der vorliegenden Untersuchungen konnte die spezifische Habitatbindung von E. kollari in der Lüneburger Heide beschrieben werden. Heidepflegemaßnahmen, die dazu führen, dass die organische Auflage des Bodens gering, die Temperatur auf Höhe der Röhren der Tiere (in 10 cm Tiefe) hoch und die Heidebedeckung gleichzeitig relativ groß ist, entsprechen den ermittelten Mikrohabitatansprüchen der Art Eresus kollari. Der Nischenvergleich der stenotopen Art E. kollari mit der eurytopen Art T. terricola zeigte, dass die beiden Arten sich hinsichtlich ihrer Habitatparameter nur in den drei Faktoren ‚Bedeckungsgrad Bäume‘, ‚Dicke der organischen Auflage‘ und ‚Bedeckungsgrad Gräser‘ unterschiedlich verhalten. Dabei stellt sich der Reaktionsraum von E. kollari wie eine Teilmenge desjenigen von T. terricola dar. Unter diesem Aspekt kann E. kollari nicht nur als Leitart sondern auch als Schirmart in der Lüneburger Heide dienen. Pflegemaßnahmen wie kontrolliertes Brennen und Schoppern, variabel in Zeit und Raum angewandt, erscheinen vor dem Hintergrund der Ergebnisse der Habitateignungsmodellierung als besonders geeignet, um langfristig die Mikrohabitatansprüche für E. kollari (aber auch für T. terricola) zu sichern. Angesichts des geringen Ausbreitungspotentials von E. kollari werden vielleicht manche geeignete Lebensräume nicht besiedelt. Ein Monitoring sowie (Wieder-) Besiedlungsexperimente auf geeignet erscheinenden Flächen sollten daher für den dauerhaften Erhalt der Art im norddeutschen Raum in naher Zukunft ausgeführt werden.
This thesis gives an overview on the diversity of some beetle species in different Mediterranean habitats as well as on the influence of forest management on insect diversity. Primarily, this work involved fundamental research, because very little research had previously been conducted under biodiversity aspects on either ground beetles or saproxylic beetles in the Mediterranean area of Israel. It was possible to prove that stenotopic ground beetles occur in different habitat types. Furthermore, the results of Chapter I and Chapter III show that additional research is needed to obtain a clear view of the beetle diversity in this area. Future studies should consider that a variety of catching methods are needed throughout the annual cycle in order to catch a good spectrum of ground beetles living in these habitats. It is clearly not sufficient to conduct a study of ground beetles using only pitfall traps and/or to restrict the study to the wet winter months. The conclusions and management recommendations are therefore as follows: More studies on insect biodiversity are needed to obtain a comprehensive overview of insects in natural and planted Mediterranean woodlands. To facilitate this for a wide spectrum of scientists, identification keys for the Mediterranean insect fauna are urgently needed. Furthermore, foresters are in a position to decide which tree species composition has to be established and for what purpose. Nowadays, issues of forest management are primarily led by the objectives and potential uses of the forests. In times of global change, however, the potential future climatic situation and the ecosystem services provided by different woodlands also have to be considered when planning forest management (cf. also DUFOUR-DROR 2005 for Israel). Forest management is therefore also a matter of regional development and must thus include social demands and conservation actions. In a recent paper, OSEM et al. (2008) propose that forest management should consider different objectives, e.g. forests as a provider of ecosystem services, such as water infiltration, carbon sequestration and biodiversity. For these reasons, foresters should take the opportunity to establish oak individuals as a woody understorey component in pine stands. This would not only increase forest diversity but also strengthen the forests’ resistance and resilience to pest outbreaks, and would ensure better ecosystem functioning and soil stabilisation (cf. GINSBERG 2006; OSEM et al. 2008; PAUSAS et al., 2004). Moreover, both old and recent woodlands provide unique sections of biodiversity, as revealed by the occurrence of species restricted to specific microhabitats. However, not only forest management but the management of all natural or semi-natural habitats in northern Israel is important. Many, if not all of these habitats, have been severely affected or completely destroyed by urban, industrial and agricultural development and fragmentation or by dense afforestation with non-native trees (e.g. Eucalyptus). This development, especially the loss of open space, is continuing because of Israel’s high human population density. For these reasons, all natural or semi-natural habitats are endangered (YOM-TOV & MENDELSSOHN 2004). This alarming development is in contrast with the overall importance of the region as a biodiversity hotspot (YOM-TOV and TCHERNOV 1988). This thesis demonstrates that there are numerous (also stenotopic) beetle species with preferences to specific habitats of open space (e.g. old-growth oak woodlands, recent oak woodlands, pine plantations, batha and old oak tree individuals). If Israel’s beetle diversity is to be preserved in future, it will be vital to protect all habitats and their succession stages.
In der vorliegenden Arbeit wurde ein spurenanalytisches Verfahren zur simultanen Identifizierung und Quantifizierung von Estrogenen in Küstengewässern entwickelt. Für die chemische „target“-Analyse wurden die natürlichen Steroide Estron, 17ß-Estradiol, Estriol, das synthetische Hormon 17α-Ethinylestradiol, die Phytoestrogene Daidzein und Genistein sowie mit Nonylphenol, 4-tert-Octylphenol und Bisphenol A drei weit verbreitete Xenoestrogene ausgewählt. Das Verfahren beinhaltet eine großvolumige Festphasenextraktion von durchschnittlich 49 Litern Oberflächen-wasser mit Hilfe des Copolymers Oasis HLB und eine sich anschließende Extraktaufreinigung an Kieselgel. Von 400 µL Extraktvolumen wurde ein 100 µL Aliquot für die chemisch-analytische Bestimmung der ausgewählten Analyte verwendet. Mit Hilfe der großvolumigen Anreicherung in Kombination mit leistungsstarker Messtechnik, Hochleistungs-Flüssigchromatographie in Kombination mit Elektrospray-Tandem-Massenspektrometrie, wurden Nachweisgrenzen im Bereich zwischen 0,02 (Estron) und 1 ng L-1 (Estriol) erreicht. Bei der Vermessung von Realproben auftretende Signalsuppressionen wurden für jede Probe ermittelt und die Ergebnisse diesbezüglich korrigiert. Die für die entwickelte Methode kalkulierten Wiederfindungen der Extraktion lagen zwischen 52 (4-tert-Octylphenol) and 91% (Nonylphenol). Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass nicht nur Kläranlagenausläufe und Flüsse vom Eintrag anthropogener Estrogene betroffen sind, sondern auch die Küstenzonen mariner Ökosysteme. Das Vorkommen von Estrogenen in einem umweltrelevanten Konzentrationsbereich und das damit verbundene estrogene Wirkpotenzial im küstennahen Oberflächenwasser der Deutschen Ostsee stellen eine mögliche Erklärung für die in dieser Küstenzone bei Fischen festgestellten Reproduktionsstörungen dar. Vor diesem Hintergrund sollten auch Küstenzonen zunehmend im Fokus wissenschaftlicher Studien zum Thema Endokrine Disruptoren stehen.
Der Einfluss der Bewirtschaftung auf die Artenvielfalt und Artenzusammensetzung epiphytischer Moose und Flechten in Buchenwäldern Nordost-Deutschlands wurde analysiert. Die Untersuchungen erfolgten in einem unbewirtschafteten und einem benachbarten bewirtschafteten Waldgebiet in jeweils 45 Untersuchungsflächen à 400 m2. In den Untersuchungsflächen wurden die Stetigkeit der Epiphyten an jeweils 2–4 zufällig ausgewählten Trägerbäumen (100 Bäume je Waldtyp) sowie sieben Umweltvariablen aufgenommen. Im Naturwald war die Gesamtartenzahl sowie die mittlere Artendichte der Flechten bezogen auf die Mantelfläche höher als im Wirtschaftswald. Die Regressionsanalysen und die DCA wiesen den Brusthöhendurchmesser (BHD) als den für die Artenvielfalt und Artenzusammensetzung bedeutsamsten Faktor aus. Der BHD korrelierte positiv mit der Anzahl an Wuchsanomalien und der Rindenrauigkeit der Trägerbäume und ist deshalb ein guter Indikator für die Habitatqualität. Weiterhin zeigten die Lichtverhältnisse einen signifikanten Einfluss auf die Artenzusammensetzung in beiden Waldtypen sowie auf die Artenvielfalt im Wirtschaftswald. Insbesondere schattentolerante und austrocknungsempfindliche Arten können durch die plötzliche Lichtstellung und Veränderung des Mikroklimas infolge von forstlichen Eingriffen geschädigt werden. Die Arten mit deutlich höherer Stetigkeit im Naturwald sowie die meisten seltenen Arten gelten als stenök, da sie die schattigen und luftfeuchten Bedingungen eines geschlossenen Waldinnenklimas benötigen und überwiegend an alten, starken Bäumen siedeln. Zur Erhaltung der Artenvielfalt epiphytischer Moose und Flechten, sollten daher im Rahmen forstlichen Managements starke Bäume über den Zieldurchmesser hinaus erhalten werden. Weiterhin ist eine einzelstammweise Nutzung anzustreben, um Schwankungen im Mikroklima zu minimieren.
Seit in den 1970er Jahren erkannt wurde, dass der Einsatz von „Pestiziden“ und die Fragmentierung der Landschaft den Rückgang der Arten maßgeblich verursacht haben, verstärkten sich die Bemühungen, diesen Rückgang zu stoppen. Um dem Aussterben vieler Tier- und Pflanzenarten in der Kulturlandschaft entgegen zu wirken, werden Auswege aus dem Konflikt zwischen ökonomischer Notwendigkeit und nötigem Naturschutz gesucht. Anfang der 1990er Jahre begann die Hansestadt Hamburg die ökologische Landwirtschaft zu fördern und parallel wissenschaftliche Begleituntersuchungen auf den auf ökologische Bewirtschaftungsmethoden umgestellten Flächen durchzuführen. In diesem Spannungsfeld zwischen Landwirtschaft und Naturschutz entstanden die vorliegende Arbeit, deren Untersuchungen in den Jahren 1993 bis 1995 durchgeführt wurden. Es wurde die epigäische Fauna mit Hilfe von Bodenfallen nach BARBER (1931) gefangen und die Laufkäfer bis auf Artniveau bestimmt. Es wurden verschiedene Qualitäten der Intensivierung und besonders die speziellen Bedingungen im Obstbau beleuchtet. Anschließend wurden die Auswirkungen der intensiven landwirtschaftlichen Nutzung auf die Laufkäfer betrachtet. Einer der Hauptgründe für den Rückgang der Laufkäfer auf landwirtschaftlich genutzten Flächen ist der Einsatz von chemischen Pflanzenschutzmitteln. Durch Extensivierungsmaßnahmen, wie z.B. der Umstellung auf die ökologische Wirtschaftsweise, kann die Diversität von Laufkäferzönosen zum Teil deutlich gefördert werden. Durch die vorliegende Arbeit, konnten – bezogen auf die Laufkäferzönosen – aber praktisch keine Unterschiede zwischen den ökologisch und nichtökologisch bewirtschafteten Flächen im Alten Land nachgewiesen werden. Es konnten jedoch – bei einer seit zehn Jahren ökologisch bewirtschafteten Fläche – erste Tendenzen zur „Erholung“ gezeigt werden. Als Gründe für ein Ausbleiben der Erholung der Laufkäferzönosen wurden folgende drei Bereichen diskutiert: 1. Die Größe der ökologisch bewirtschafteten Flächen, die – vor dem Hintergrund der Bewegungsmuster von Laufkäfern – durchweg zu klein bzw. zu schmal waren, um einen positiven Effekt auf das Gesamtökosystem des Alten Landes zu haben. 2. Die nach der Umstellung vorherrschende Bewirtschaftung, die man als sehr intensiv bezeichnen muss und die nicht automatisch mit einer Extensivierung gleichzusetzen war. 3. Die Möglichkeiten der Neubesiedlung, die Aufgrund der immer noch vorherrschenden integrierten Anbauweise im Alten Land, für viele Carabiden-Arten nicht möglich ist, da es keine spritzmittelfreien Korridore hin zu den ökologischen Flächen gibt. Es wurde empfohlen, die Bereitstellung von Ressourcen, die nicht oder nur temporär (z.B. als Fahrgasse) für den Kulturpflanzenanbau genutzt werden, in einem Förderprogramm zu berücksichtigen. Die Einsaat von Blütenpflanzen in den Mittelteil der Fahrgasse ist hierfür ein Beispiel. Weitere Maßnahmen (z.B. Förderung von Hochstammanlagen, Förderung und Wiederherstellung der Durchgängigkeit von Grabensystemen und deren sensible Pflege und eine extensivere Bewirtschaftung) sind dringend erforderlich, um eine Verbesserung im Naturhaushalt zu erzielen.