京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(農学) / 甲第24907号 / 農博第2570号 / 新制||農||1102(附属図書館) / 京都大学大学院農学研究科森林科学専攻 / (主査)教授 柴田 昌三, 教授 松下 幸司, 教授 德地 直子 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Agricultural Science / Kyoto University / DFAM

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Mänskliga aktiviteter som till exempel urbanisering, har bidragit till förlusten av biologisk mångfald. En metod som man har föreslagit är att introducera gröna områden och plantera träd i stadsområden. Hypoteserna som testades i den här studien är att det finns en signifikant skillnad i trädartrikedom och trädartsdiversitet mellan tätorter och omgivande naturskogar i centrala Sverige; och att artrikedomen och diversiteten varierar mellan olika habitat i tätorterna. Studien utfördes inom fyra kommuner i Dalsland: Bengtsfors, Åmål, Dals-Ed och Mellerud. Man inventerade träd i fem olika habitater per kommun inom ett tätortsområde, samt ett naturskogsområde som ligger nära orten. Antalet trädarter och individuella träd beräknades och diversiteten inom varje kommun beräknades med hjälp av Shannon-Weavers diversitetsindex för det senare fallet. En signifikant skillnad i trädartrikedom och trädartsdiversitet uppmättes mellan ett tätortsområde och ett naturskogsområde (medianvärde på 10 respektive 3,5). Trädartrikedomen var högst i Bengtsfors med 13 olika trädarter och trädartdiversiteten var högst i Dals-Eds kommun (H’ = 1,22). En signifikant skillnad i trädartrikedom hittades, men inte i trädartsdiversitet. I tätorterna hade vattendrag det högsta medelvärdet i trädartrikedom tillsammans med förskolor med 4 trädarter. Den tidigare har också det högsta medelvärdet i trädartsdiversitet (H’ = 1,07). Resultaten stämde överens med den första hypotesen, men inte med den andra hypotesen. Sammanfattningsvis, är det välgörande att bibehålla och återställa gröna områden och träd i tätorter, och att det krävs mer forskning, för att föreslå strategier om att skydda biologisk mångfald och städerna från klimatförändringar och andra faror. / Anthropogenic activities, e.g. urbanization, have contributed to the loss to biological diversity. One method that has been proposed to combat urban biodiversity loss is to introduce green areas and to plant trees in urban areas. The hypotheses that were tested in this study are that; there is a significant difference in tree species richness and diversity between urban areas and surrounding natural forests in central Sweden; also, that the species richness and diversity varies between different habitats in urban areas. The study was performed in four municipalities in Dalsland: Bengtsfors, Åmål, Dals-Ed and Mellerud. Trees were inventoried in five different habitats per municipality within a suburban area, and in a natural forest area located near the locality. The number of tree species, individual trees, as well as the tree species diversity within each municipality were accounted for, with the use of Shannon-Weaver’s diversity index for the latter. A significant difference in tree species richness and diversity were found between suburban areas and surrounding natural forest areas (median of 10 and 3,5 respectively). The species richness was the highest in Bengtsfors’ municipality with 13 tree species, and the species diversity was the highest in Dals-Ed’s municipality (H’ = 1,22). A significant difference in tree species richness was found, but not in tree species diversity. In the suburban areas, sites near to water bodies had the highest average tree species richness, alongside kindergartens with 4 tree species. The former also has the highest average tree species diversity (H’ = 1,07). The results matched with the first hypothesis but did not match with second hypothesis. In conclusion, it is beneficial to maintain or restore green areas and trees in urban areas, and it requires more research, to propose strategies to protect biodiversity and cities from climate change and other dangers.

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In den meisten Ländern Mitteleuropas gilt weniger als ein Prozent des verbleibenden Laubwaldes als ungestört und temperierte Wälder sind Herausforderungen wie Arteninvasion, Klimawandel und steigender Stickstoff(N)-Deposition ausgesetzt. In der Vergangenheit wurde gezeigt, dass hohe N-Einträge N-Limitierungen verringern, Phosphor(P)aufnahme behindern und P-Mängel in der Buche auslösen können. Die Artendiversität von Bäumen kann die Bestandsproduktivität durch die Prozesse Komplementarität und Facilitation (Wachstumserleichterung) erhöhen, wenn diese einen wachstumslimitierenden Nährstoff betreffen. Ein Schlüsselprozess im Nährstoffkreislauf ist der Weg von Nährstoffen durch die mikrobielle Biomasse während der Dekomposition. Es wurde gezeigt, dass die mikrobielle Biomasse um N bspw. mit Buchen und um P mit tropischen Moorpflanzen konkurriert. Die Buche ist eine sehr konkurrenzfähige Baumart in temperierten Waldökosystemen aber kann von der Eiche in trockenen Bereichen übertrumpft werden, während Hainbuche und Linde eine geringere Rolle spielen. Eichen erfahren jedoch in der jüngsten Vergangenheit in europäischen Wäldern einen Rückgang, der womöglich auf hohe N-Einträge zurückzuführen ist. Für diese Arbeit untersuchten wir die Nährstoff-, Konkurrenz- und strukturelle Dynamik eines unbewirtschafteten, sehr naturnahen Laubwaldes in Mitteldeutschland, der aus Buche (Fagus sylvatica), Eiche (Quercus petraea und Quercus robur), Hainbuche (Carpinus betulus) und Linde (Tilia cordata und Tilia platyphyllus) aufgebaut ist. Unsere Ziele waren (1) zu erforschen, ob Komplementarität und/oder Facilitation die Produktivität in diesem Waldökosystem erhöht, (2) festzustellen, ob es Konkurrenz um die Nährstoffe N, P und K zwischen Bäumen und mikrobieller Biomasse gibt und, (3) die Nachbarschaftsdynamik der genannten Baumarten zu untersuchen und herauszufinden, ob der Eichenrückgang mit hoher N-Deposition einhergeht. In Beständen einer Art sowie verschiedenen Mischbeständen aus je drei Arten ermittelten wir Biomasseproduktion und Nährstoffverfügbarkeit. Nährstoffnutzungseffizienzkurven (Nährstoffnutzungseffizienz = Biomasseproduktion pro verfügbare Nährstoffe) wurden genutzt um festzustellen, ob ein bestimmter Nährstoff das Baumwachstum limitiert. Die jährliche Netto-Nährstoffveränderung wurde in einer Laubbeutel-Studie als Differenz zwischen ursprünglichem und verbleibendem Nährstoffgehalt des sich zersetzenden Laubfalls nach einem Jahr kalkuliert. Die Nährstoffresorptionseffizienz berechneten wir über die Ermittlung der N-, P- und Kalium(K)-Konzentrationen in sonnenexponierten Blättern und im gefallenen Laub. Die Nachbarschaftsdynamik von Bäumen wurde über die Durchmesserverteilung, überirdische Holzbiomasse für jede Artenkombination sowie eine Polygon-Abschätzung von Wachstumsräumen erforscht. Zusätzlich wurde eine durchmesserbasierte nearest neighbor(nächster-Nachbar)-Analyse für Baumpaare durchgeführt. Ein Geographisches Informationssystem (GIS) wurde genutzt um Wachstumsraum-Polygone zu erstellen und nächste Nachbarn zu bestimmen. Auf Einzelbaum-Level, ermittelt durch einen Nachbarschaftsansatz, waren relative Wachstumsraten von Buchen im Einzelbestand geringer als in der Mischung mit Linde und Hainbuche während das Wachstum von Linde im Einzelbestand größer war als in Mischung mit Buche und Eiche. Die Nährstoffnutzungseffizienzkurve für Buche zeigte optimale P- und K-Nutzungseffizienz für die Art in Mischbeständen, während sie in Einzelbeständen  P- und K-limitiert war. Während die jährliche Netto-Nährstoffveränderung in sich zersetzendem Blattlaub die Verfügbarkeit von P und K im Boden beeinflusste, war dies für N nicht der Fall. Resorptionseffizienzen von N, P und K hingen negativ mit der jährlichen Netto-Nährstoffveränderung zusammen. In unserer Studie zur Nachbarschaftsdynamik von Bäumen fanden wir heraus, dass intraspezifische nearest neighbors gleiche Durchmesser aufwiesen und ihren Durchmesser gleichzeitig mit dem des Nachbarn vergrößerten. Im Gegensatz dazu waren die Durchmesser von interspezifischen nearest neighbors im Allgemeinen unterschiedlich und der Durchmesser des Nachbarn verringerte sich mit zunehmendem Durchmesser des Zielbaums. Eichen konnten ihren Wachstumsraum mit zunehmendem Durchmesser nicht vergrößern, aber dominierten ihre nearest neighbor über die Größe. Unsere Ergebnisse zeigten, dass im untersuchten Waldökosystem Nährstofflimitierungen artabhängig waren und dass die Nutzung von Nährstoffnutzungseffizienz und Nachbarschaftsansatz geeignete Mittel sind, den Einfluss einzelner Baumarten auf die Produktivität einer Art im Rein- und Mischbestand zu ermitteln – so wie die beobachtete Facilitation der Buche im Mischbestand. Diese Werkzeuge stellen eine wichtige Basis zur verbesserten Bewirtschaftung typischer temperierter Mischwälder dar. Wir schlussfolgerten weiterhin, dass Konkurrenz zwischen mikrobieller Biomasse und Bäumen für P und K hoch, aber für N weniger bedeutend war, was wahrscheinlich in hoher N-Deposition in diesem Waldökosystem begründet liegt, welche den internen N-Kreislauf entkoppelte. Die hohe N-Deposition trug wahrscheinlich auch zu geringer Verjüngung der Eiche bei, während ältere Eichen in unserem Untersuchungsgebiet im Wettbewerb um Licht erfolgreich waren. Die Bestandsstruktur war charakterisiert durch stärkere interspezifische verglichen mit intraspezifischer Konkurrenz. Daraus resultierend bildeten Reinbestände aus Buche, Eiche und Linde Klimaxbestände hoher Biomasse innerhalb eines sich verändernden, kleinskaligen Mosaiks verschiedener Artenzusammensetzungen. In Reaktion auf neue Bewirtschaftungsanforderungen des Globalen Wandels sind weiterführende Forschungen zu Nutzungseffizienz unterschiedlicher Ressourcen für Baumarten in verschiedenen Zusammensetzungen empfehlenswert.

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