Relative Bedeutung funktioneller Gruppen für die Systemdynamik offener Sandlebensräume – Störung, Etablierung, Musterbildung

Sandlebensräume

Offene Sandlebensräume finden sich in Europa vorwiegend entlang der Flusstäler. Die Sande wurden während der letzten Eiszeiten abgelagert. Sandökosysteme sind stark durch menschliche Nutzung geprägt, wie z.B. Beweidung. Die Ausdehnung offener Sandlebensräume hat in den letzten Jahrzehnten dramatisch abgenommen, so dass sie inzwischen stärker bedroht sind als Moore.
Auf Sandböden herrschen exteme Standortbedingungen: Durch die hohe Wasserdurchlässigkeit trocknet der Boden rasch aus. Der geringe Tonmineralgehalt und die Auswaschung führen zu starker Nährstoffarmut. Außerdem können große Temperaturschwankungen auftreten. Im Sommer kann die Bodenoberfläche Temperaturen bis zu 70°C erreichen.
Im Vergleich zu anderen Ökosystemen ist die Artenvielfalt offener Sandlebensräume relativ gering. Außerdem handelt es sich um ein äußerst dynamisches System, in dem die Arten recht schnell auf Störungen reagieren. Somit sind ideale Voraussetzungen gegeben, um ökologische Interaktionen und Prozesse der Systemdynamik zu erforschen.

Störungen

Nach Pickett & White 1985 versteht man unter Störung ein diskretes Ereignis in der Zeit, welches qualitative Veränderungen in einer Lebensgemeinschaft verursacht und die Ressourcen-Verfügbarkeit oder die physikalische Umwelt beeinflusst.
Natürliche Störungen in Sandlebensräumen sind Erosion durch Wasser oder Wind und Aktivitäten von Tieren (z.B. Ameisen, Kaninchen, Mäuse). Bei vielen größeren Sandlebenräumen handelt es sich um ehemalige militärische Übungsplätze, auf denen Panzer bei Manövern den Boden immer wieder aufwühlten. Weitere anthropogene Störungen sind Sandabbau, Beweidung und Pflegemaßnahmen wie z.B. Oberbodenabtrag.
Für die Bedeutung von Störungen für die Vegetationsdynamik sind Dauer, Häufigkeit und Ausmaß entscheidend. Störungen in Ökosystemen können Veränderungen des Vegetationsmusters hervorrufen, indem beispielswiese die Keimlingsetablierung gefördert wird oder Konkurrenzsituationen verändert werden.
Wiederkehrende Bodenstörungen sind ein entscheidender Faktor für die "Stablität der Vegetationsdynamik", doch die sind die zugrunde liegenden Mechanismen noch nicht vollständig geklärt.

Funktionelle Gruppen

Um die Funktionsweise von Ökosystemen zu untersuchen, sind Vereinfachungen unerlässlich. Anstatt die Interaktionen aller vorkommenden Arten zu analysieren, kann man sich beispielsweise auf die Entwicklung funktioneller Gruppen und ihre Reaktion auf bestimmte Störungen konzentrieren. Verschiedene Arten innerhalb einer funktionellen Gruppe gewährleisten Redundanz bestimmter Funktionen im System, was insbesondere nach Störungen zur Aufrechterhaltung der Systemfunktion von Bedeutung ist.
Die Einteilung in funktionelle Gruppen kann aufgrund verschiedener Kriterien erfolgen: z.B. Nutzung von Ressourcen, Reaktion auf Störung, Reaktion auf Veränderungen der Umweltbedingungen, Reproduktionsstrategien, Stresstoleranz, phänologische, morphologische und physiologische Eigenschaften.
Pflanzen gleicher Wuchsform werden auch häufig als funktionelle Gruppe beschrieben, allerdings ist noch unklar, ob strukturelle Übereinstimmungen auch tatsächlich eine funktionelle Bedeutung für die Vegetationsdynamik bedingen.

Experimentelle Untersuchungen

1. Entfernung funktioneller Gruppen

Auf Binnendünen im ehemaligen Standortübungsplatz und jetzigen Naturschutzgebiet "Tennenloher Forst" südöstlich von Erlangen erfolgte 2002 eine selektive Entfernung funktioneller Gruppen in drei verschiedenen Sukzessionsstadien, die von unterschiedlichen Wuchsformen dominiert werden. In diesen Sandökosystemen gehören die meisten Pflanzen zu einer der folgenden Wuchsform-Gruppen: Gräser, Rosetten-/Halbrosettenpflanzen und Krytogamen.
Auf Untersuchungsflächen mit einer Größe von je 0,5 m˛ wurde jeweils eine dieser Gruppen entfernt bzw. übrig gelassen (randomized block design). Während der Vegetationsperiode werden in bestimmten Zeitabständen Deckung und Frequenz der Arten bzw. Gruppen aufgenommen.

2. Funktion Stickstoff-fixierender Pflanzen

Sandökosysteme sind durch geringe Nährstoffverfügbarkeit gekennzeichnet.
Fabaceae (z.B. Lupinus, Trifolium, Medicago) leben in Symbiose mit Stickstoff-fixierenden Rhizobien und können einen Stickstoffeintrag ins System bedingen.
Auf Untersuchungsflächen mit und ohne Fabaceen wird die Vegetationsdynamik und der Nährstoffgehalt des Bodens beobachtet.  

3. Vegetationsdynamik nach Pflegemaßnahmen

Auf einem ehemaligen militärischen Übungsplatz und jetzigen Naturschutzgebiet "Hainberg" südwestlich von Nürnberg wurden im Herbst 2001 verschiedene Pflegemaßnahmen durchgeführt (Bodenstörungen durch Kettenpanzer, Oberbodenabtrag, Eggen).
Auf Untersuchungsflächen innerhalb der Störungen und in der umgebenen Matrixvegetation wird die Vegetationsdynamik verfolgt.

Dieses Projekt wird von der Universität Bielefeld (Ökosystembiologie) und dem UFZ Leipzig in Zusammenarbeit mit der Universität Erlangen-Nürnberg durchgeführt und von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.