Universiẗat, Diss., 2002--Essen.

Universiẗat, Diss., 2004--Bremen.

Zugl.: Kassel, Gesamthochsch., Diss., 1987.

Techn. Univ., Diss.--München, 2000.

Einerseits werden anthropogene Störungen oft genannt, um erfolgreiche Invasionen von invasiven Organismen in ihren neuen Arealen zu erklären. Andererseits sind gängige Theorien pflanzlicher Invasionen häufig für ihren limitierten erklärenden und voraussagenden Wert kritisiert worden, hauptsächlich aus Gründen der ökologisch komplexen Zusammenhänge, die Invasionen zu Grunde liegen. Die ökologische Komplexität eines andauernden Invasionsprozesses zweier invasiver Brassicaceen berücksichtigend, wurde diese Studie durchgeführt, um experimentell die wichtigsten Faktoren zu bestimmen, die den an Feldstandorten zu beobachtenden variablen Dominanz-Mustern der Arten im Vergleich zu vergesellschafteten indigenen Arten zugrunde liegen. Das Vorkommen, die relative Häufigkeit und die Dynamik der genannten Arten in spontanen Beständen stand daher im Zentrum dieser Arbeit. Ziel der Arbeit war es, auf der Basis des erlangten Verständnisses der funktionellen Ökologie der Kodominanzgesellschaften Vorhersagen zum gegenwärtig fortschreitenden Invasionsprozeß zu machen. Die Bestandsentwicklung (Wachstum und Fitneß) der zwei invasiven Arten wurde in Abhängigkeit unterschiedlicher Artenkombination, Etablierungsstadium und anthropogenem Störungsregime in experimenteller Vegetation untersucht. Diese Untersuchungen sind von unmittelbarer Bedeutung für das untersuchte System, weil eine möglichst 'naturgetreue' Artenvergesellschaftung an einem geeigneten Standort gewählt wurde. Darüber hinaus sollte durch die Dauer des Experiments (3 volle Vegetationsperioden) vermieden werden, daß es zu Fehleinschätzungen von Bestandsentwicklungsdynamiken kommt, die aus zu kurzen Beobachtungszeiträumen resultieren können und für prädiktive Aussagen bedeutungslos sind. Die dieser Arbeit zugrunde liegenden Fragen und Hypothesen waren: (?) Werden die invasiven relativ zu den indigenen Arten durch Störungsmanagements gefördert? Führt wiederholte Störung zu einer Verstärkung der Effekte über die Zeit? (!) Hypothese: Die invasiven können relativ zu den indigenen Arten unter dem Einfluß von Störungsmanagements profitieren, wobei die Unterschiede mit der Zeit stärker werden. (.)Die Hypothese wird durch die Ergebnisse bestätigt. Kumulative, durch wiederholte Störungen verursachte Effekte, fördern die Invasiven relativ zu den Indigenen. (?) Unterscheiden sich die unterschiedlichen Störungsregime in ihren Effekten voneinander? (!) Hypothese: Beide invasive Arten reagieren in ähnlicher Weise. Eine zunehmende Störungsintensität (P>M2>M1>K) verstärkt die Effekte. (.)Diese Hypothese wird durch die Ergebnisse teilweise bestätigt. Insgesamt gesehen werden die Invasiven durch eine zunehmende Intensität der Störung stärker gefördert. Allerdings unterscheiden sich die beiden Arten in ihrer Reaktion auf unterschiedliche Störungen erheblich. B. orientalis profitierte nur mäßig, sowohl von Mahd als auch von Bodenabtragung. R. austriaca dagegen wurde von Mahd eher beeinträchtigt und profitierte sehr stark von Bodenabtragung. (?) Wie wirken sich Variationen in der Zusammensetzung von Etablierungsstadien zu Beginn einer Bestandsentwicklung aus? (!)Hypothese: Ein Entwicklungsvorsprung, i.a. ein weiter fortgeschrittenes Etablierungssstadium im Vergleich zu den vergesellschafteten Indigenen, sollte für die Invasiven von Vorteil sein. Im Falle, daß beide Gruppen durch gleiche Etablierungsstadien vertreten sind, sollte die Etablierung aus juvenilen Stadien vorteilhafter sein als jene aus adultem Pflanzenmaterial, weil angenommen wird, daß invasive Arten hohe anfängliche Wachstumsraten juveniler Stadien aufweisen. (.) Auch diese Hypothese kann durch die Ergebnisse nur teilweise bestätigt werden. Ein Etablierungsvorsprung ist für die Invasiven nur zu Beginn der Bestandsentwicklung bedeutend. Darüber hinaus profitiert R. austriaca relativ stärker von der Regeneration aus adultem Pflanzenmaterial. Zurückzuführen ist das auf das enorme Potential dieser Art, aus fragmentierten Pflanzen erfolgreich zu regenerieren. (?) Haben unterschiedliche Artenkombinationen einen Einfluß auf die Reaktion der Invasiven auf die unterschiedlichen Störungsregime und Etablierungsstadien? (!) Hypothese: Ein Unterschied in der Reaktion wird erwartet, aber keine Veränderung der wesentlichen Muster. (.) Der Austausch einer Art (funktioneller Ökotyp) der fünf (sechs) vergesellschafteten Arten in experimenteller Vegetation hatte einen stärkeren Effekt auf die Ergebnisse als erwartet. Es zeigt sich, daß die An- oder Abwesenheit eines funktionellen Ökotyps dafür verantwortlich ist, ob die invasive Art in ihrer Bestandsentwicklung prosperiert oder beeinträchtigt wird. Zusammenfassend läßt sich sagen, daß die Invasiven schwache Konkurrenten sind, aber von anthropogener Störung opportun profitieren. Ihre Entwicklung in den weit verbreiteten 'Co-Dominanzgesellschaften', welche Betrachtungsgegenstand dieser Untersuchung waren, hängt eindeutig mit allen vier untersuchten Faktoren zusammen und ist von diesen abhängig: Artidentität, Art der Störung, Etablierungsstadium und Artkombination. Die Effekte dieser Faktoren interagieren in komplexer Art und Weise. Zieht man die gegenwärtige Art der Landnutzung in der Region in Betracht, muß davon ausgegangen werden, daß beide Arten in mäßig bis stark gestörten krautigen Gesellschaften mit ausreichender Nährstoffversorgung weiter zunehmen werden. Der Invasionserfolg von R. austriaca wird stärker von Bodenstörung und Bodentranslokation abhängen, während für B. orientalis zu erwarten ist, daß sie vor allem an gemähten Standorten mit nicht zu dichtem Bestand an Gräsern weiter expandieren wird. / On the one hand anthropogenic disturbance is often adressed explaining successful invasions of non-indigenous species in their new locations. On the other hand current theories of plant invasion have been criticized for their limited heuristic and predictive value for different reasons referring to their ecological complexity. Including the ecological complexity of an ongoing invasion process of two invasive Brassicaceae, the purpose of this study was to analyse experimentally the most important factors that determine the varied dominance patterns of the invasives as compared to the co-occurring indigenous species that can be observed in the field. Therefore, this study focused on the occurrence, the relative abundance and dynamics of the species in spontaneous stands. The main objective was to predict the further invasion process of the neophytes based on an understanding of the functional ecology of the surveyed co-dominance stands. The development of the stands (growth and fitness) of the two invasives, B. orientalis and R. austriaca, was examined in experimental vegetation in dependence on species association, life stage composition and anthropogenic disturbance regime. These investigations are directly relevant for evaluating the processes in spontaneous field stands that are composed of the same species. The experiment was run over a period of 3 years to avoid misinterpretations by premature results. The underlying questions and hypotheses of this study and the corresponding results were: (?) Do the invasive species profit from anthropogenic disturbance regimes relative to the indigenous species? Do repeated disturbances add up in their effects (cumulative effects)? (!) Hypothesis: the invasive species do profit from disturbances relative to the indigenous species and the differences between the groups will increase if disturbances are repeated. (.) This hypothesis is confirmed by the results. Cumulative effects by repeated distur-bances promote the invasives relative to the indigenous. (?) Do the different disturbance regimes differ from each other in their effects? (!) Hypotheses: both invasive species will benefit in a similar way. A higher disturbance intensity (P>M2>M1>K) will strengthen the effects. (.) These hypotheses are only partly confirmed by the results. On the whole, increased disturbance intensity had a stronger beneficial effect on the invasives. Still, the two species differed strikingly with respect to their response to the various treatments. Whereas B. orientalis profited only moderately by both mowing and soil disruption, R. austriaca rather suffered from mowing but was greatly benefitted by soil disruption. (?) What is the effect of variations in the composition of life stages at the beginning of stand development? (!) Hypotheses: a head start, i.e. an advanced life stage relative to the co-occurring indigenous, should be advantageous for the invasive species. In case both groups co-occur in the same life stage, stand initiation by juveniles should favour the invasives over stand initiation by regeneration of adult plant material because invasive species are supposed to have rapid initial growth. (.) Again, these hypotheses are only partly confirmed by the results. A head start is important for the development of the invasive species, at least initially. However, at least R. austriaca appears to profit relatively more from regeneration by adult plant material. This is due to the enormous regeneration Potential of fragmented plants. (?) Are the responses of the invasive species to the different disturbance regimes and life stage compositions dependent on the association of co-occurring indigenous species? (!) Hypothesis: the responses may vary somewhat but there will be no changes in the major patterns. (.) An exchange of one species (functional type) out of the five (six) species mixed in the experimental stands had a more pronounced effect on the outcome of the results than expected. It appears that the presence or absence of just one functional type (species) in a stand can determine whether the invasive species can thrive under the given site conditions or whether it will be impaired in its development. In sum, the results show that the two invasive species are weak competitors but profit opportunistically from anthropogenic disturbance. Their development in the widespread 'co-dominance stands' that were in the focus of this study is clearly related to and dependent on all four investigated factors, species identity, type of disturbance, life stage composition and species association. The effects of these factors may interact in a complex way. In general, given the present situation of land use in the region, the results suggest that both species will further advance their presence in moderately to intensively disturbed forb communities at sites with sufficient nutrient availability. Invasion success of R. austriaca will be more dependent on soil disruption, transport and deposition while B. orientalis is expected to particularly expand at mown sites that do not have dense cover by meadow grasses.

Zugl.: Kiel, Univ., Diss.

Stuttgart, Univ., Habil.-Schr., 2000.

Diss. Nr. 13197 Naturwiss. ETH Zürich. / Literaturverz.

Universiẗat, Diss., 2001--Osnabrück.

Die Untersuchungsschwerpunkte der vorliegenden Promotion, die von 1996-1999 im Rahmen des BMBF-Projektes "Auenregeneration nach Deichrückverlegung" im Biosphärenreservat Flusslandschaft Elbe - Brandenburg durchgeführt wurde, waren: - Lage und räumliche Verteilung der Vegetationstypen des Auengrünlandes in einem geplanten Rückdeichungsgebiet bei Lenzen (Elbe-km 476-484) im jetzigen Deichvor- und Deichhinterland - Erforschung der kausalen Zusammenhänge zwischen der jetzigen Vegetationszonierung im überflutungsgeprägten Deichvorland und den abiotischen und biotischen Standortsfaktoren vor Ort - aus den zwei erstgenannten Untersuchungen ableitend die Erstellung einer verbindlichen Prognose zur Zonierung der Grünlandvegetation nach der Deichrückverlegung (Übertragung der standortsbezogenen Untersuchungsergebnisse auf das Rückdeichungsgebiet im Geografischen Informationssystem GIS) - Auswirkung verschiedener Weide- und/oder Mahd-Nutzungsformen auf die jetzige Grünlandvegetation und Prognose der landwirtschaftlichen und naturschutzfachlichen Nutzungsmöglichkeiten nach einer Rückdeichung - Landschaftpflegerische Möglichkeiten zur Wiederansiedlung gefährdeter Stromtal-Arten nach einer Deichrückverlegung Anhand multivariater Verfahren (Kanonische Korrespondenzanalyse CCA, Hauptkomponentenanalyse DCA) konnte festgestellt werden, daß die mittlere jährliche Überflutungsdauer sich dazu eignet, die rezente Vegetationszonierung im Auengrünland zu beschreiben und zukünftige Vegetationsverteilung im Rückdeichungsgebiet zu prognostizieren. Die Überprüfung der Prognosergebnisse an Hand des rezenten, bereits überflutungsgeprägten Vordeichgrünlandes ergibt hohe bis sehr hohe Übereinstimmungen zwischen vorhergesagter und Ist-Vegetation bei wechselfrischen bis wechselfeuchten Grünlandbeständen der Typen Leucanthemo-Rumicetum thyrsiflori und Elytrigia repens-Alopecurus pratensis-Gesellschaft. Bei den wechselfeuchten bis wechselfrischen Flutrasen (Alopecuretum geniculati) und Rohrglanzgras-Röhrichten (Phalaridetum arundinaceae) weichen die Prognoseergebnisse in Flächenausdehnung und Kongruenz weiter von der rezenzten Vegetationsverteilung ab. Ursächlich sind hierfür vor allem das Mikrorelief des Deichvorlandes und seine Auswirkungen auf den Wasserzu- und abfluss während und nach Hochwässern verantwortlich. In der Diskussion werden die standortbezogenen Untersuchungesergebnisse mit ökologischen Modellen zur Sukzession und Überflutungstoleranz in Beziehung gesetzt. Das verwendete Prognosemodell wird anhand aktueller Literatur bewertet. Vor dem Hintergrund der weitreichenden hydrologischen Eingriffe in die Flussaue wird deutlich, dass nur solche Grünlandarten und -gesellschaften wieder angesiedelt werden können, die dynamische Grundwasserverhältnisse tolerieren. Eine Wiederbesiedlung kann mit Hilfe verschiedener Techniken aus nahegelegenen Restpopulationen im rezenten Deichvorland gelingen. / The investigations described in this study have been carried out between 1996 and 1999 as a part of the research project "Auenregeneration durch Deichrückverlegung" promoted by the German Federal Ministry of Education and Research (BMBF) in the "Mankind and the Biosphere" (MAB) reserve "Flusslandschaft Elbe - Brandenburg". The main objectives of the study were - to map the spatial distribution of different types of riparian grassland within a prospective re-inundation area near the town of Lenzen on the river Elbe (river kilometer 476-484) comprising the current grassland in front of the river dike and in its hinterland, - to quantify the influence of non-biotic and biotic site factors on temporarily inundated areas by thorough investigation of the present/current vegetation zonation of the dike's foreland, - to integrate the results of vegetation mapping and environmental research using a Geographical Information System (GIS) in order to predict the future vegetation zonation after the re-flooding of the proposed area, - to predict the impact of different types of land use on characteristic riparian grassland communities (extensive types of land use with hay harvest(ing) and grazing vs. hay harvest(ing) twice a year) with respect to nature preservation aspects and economic aspects of agricultural land use, and - to propose measures suitable to recover characteristic and endangered plant species and communities of riparian grassland after the setting back of the dike. By means of multivariate statistics (Canonical Correspondence Analysis CCA, Detrended Correspondence Analysis DCA) the mean annual duration of the inundation period was identified as a parameter suitable to describe the current grassland zonation and to predict the future zonation of the prospective re-inundation area. The results of the prediction were evaluated by comparing the predicted areas with the mapped areas of the present grassland types: The spatial distribution of the rarely flooded Leucanthemo-Rumicetum thyrsiflori and Elytrigia repens-Alopecurus pratensis grassland communities were highly congruent and matched well while the predicted and the mapped areas differed widely in more frequently flooded grassland types such as Alopecuretum geniculati and Phalaridetum arundinaceae These differences, however, were due to the microtopography of the dike's foreland (e. g. enbankments) governing the access and reflux of flooding water during inundation periods (site factor "isolation"). Furthermore the results of the evironmental studies were compared with current models of vegetation dynamics and inundation tolerance. The thus developed prediction model was evaluated. Taking the profound alterations in the hydrological characteristics of the flood plain into account it became evident that only those grassland species and communities that are able to tolerate highly dynamic ground water movements can be rehabilitated. Their restitution can be achieved by different techniques making use of left-over plant populations that can be found in the nearby grasslands of the dike's foreland.