Ursachen und Auswirkungen der Ausbreitung von Lupinus polyphyllus Lindl. im Bergwiesenökosystem der Rhön und Maßnahmen zu seiner Regulierung

Abstract

Das Naturschutzgebiet Lange Rhön (2666 ha) liegt im Grenzraum der Bundesländer Bayern, Hessen und Thüringen. Seit einigen Jahrzehnten überwächst dort die Stauden-Lupine (Lupinus polyphyllus) artenreiche Storchschnabel-Goldhaferwiesen und Borstgrasrasen und impliziert dadurch Habitatsveränderungen für die zentralen Leitarten der Rhön (Wiesenbrüter: Birkhuhn und Wachtelkönig). Die Erhaltung repräsentativer Ausschnitte dieser Kulturlandschaft wird damit gefährdet. In der vorliegenden Arbeit wurden die Ursachen für den Etablierungserfolg und der damit verbundenen starken Ausbreitung von Lupinus polyphyllus in den Hochlagen der Rhön untersucht. Die Folgen für das Artenspektrum geschützter Biotoptypen im Biosphärenreservat Rhön wurden aufgezeigt und die Möglichkeiten eines zukünftigen Managements von Lupinus-Beständen anhand von Pflegeversuchen ermittelt und dargestellt. Die Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen:

Der ursprünglich im Nordwesten Amerikas beheimatete Neophyt Lupinus polyphyllus wurde 1942 zur Standortsverbesserung in Fichtenaufforstungen der Langen Rhön eingesät. Diese mit Absicht erfolgte antrophogene Fernausbreitung von Lupinus polyphyllus war Voraussetzung für seine weitere Ausbreitung. Die flächige Ausbreitung des Neophyten konnte erst durch Nutzungsveränderung in den letzten Jahrzehnten erfolgen. Durch die Veränderungen der Rahmenbedingungen in der Landwirtschaft (Verbrachung, späte Mahd, Minimalpflege) wurden die Eigenschaften des Neophyten Lupinus polyphyllus zur Einnischung in das Bergwiesenökosystem der Hochrhön gefördert. Der Vertragsnaturschutz hält eine Flächennutzung nur monitär über Prämien aufrecht, wodurch die Ausbreitungsmechanismen und -strategien von Lupinus polyphyllus z. T. unterstützt werden. Die Amplitude der Pflanzengesellschaften, in denen sich Lupinus polyphyllus einnischt, reicht von artenreichen Borstgrasrasen über Goldhaferwiesen bis hin zu Feuchtwiesen und Kleinseggenrasen, wobei der Schwerpunkt ihrer Verbreitung in den frischen Standorten der Goldhaferwiesen liegt. Die Ausbreitung von Lupinus polyphyllus findet vorwiegend über den generativen Weg statt. 120 2094 Samen je adulter Pflanze werden jährlich im Radius von 6 m ausgeschleudert. Die Diasporen sind mit hohen Stickstoff- und Alkaloidgehalten ausgestattet und erreichen bei allen Temperaturstufen hohe Keimungsfähigkeitsraten. Allerdings sind die Samen zur Keimung auf offene, konkurrenzarme Bodenstellen (safe-sites) angewiesen, die durch Auflösung der Grasnarbe durch späte Pflege, durch mechanische Beschädigung der Grasnarbe bei Pflegearbeiten oder durch Tiere entstehen. Die vegetative Ausbreitung über Polykormonbildung kann bis 0,2 m im Jahr betragen. Sobald Lupinus polyphyllus in die Bergwiesenökosysteme Borstgrasrasen und Goldhaferwiesen eindringt, überwächst sie diese ab dem zweiten Lebensjahr (Schichtenumbau in Bergwiesen). Hierdurch wird die ursprüngliche Vegetation beschattet (u. a. Leitarten der Naturschutzpraxis), Licht liebende Arten werden verdrängt und die dichte Gras- und Krautschicht löst sich im Laufe der Zeit auf. Diasporen bekommen ideale Keimbedingungen. Zusätzlich reichert Lupinus polyphyllus seine Bestände mittels N2-fixierender Bradyrhizobien mit Stickstoff an und das tief in den basaltischen Untergrund hineinwachsende Wurzelsystem nimmt Nährstoffe aus dem Untergrund auf, transportiert sie in die oberirdische und oberflächennahe Phytomasse und reichert somit an Pflanzennährstoffen arme Ah-Horizonte an (Nährstoffpumpe). Durch die Nährstoffanreicherung verschiebt sich das Arteninventar zugunsten Nährstoffe liebender Gräser und Kräuter. In Lupinus-Beständen sind die Nährstoffkonzentrationen von Stickstoff, Kalzium und Magnesium deutlich höher als in benachbarten Goldhaferwiesen. Ende Juni bis Mitte August sind die höchsten Nährstoffgehalte in der oberirdischen Biomasse gebunden, wobei die Stickstoffkonzentration in der Wurzel von Lupinus polyphyllus bereits ab Mitte Juni wieder ansteigt. Die Biomasseproduktion ist in Lupinus-Dominanzbeständen um ein Drittel höher ist als in benachbarten Beständen ohne Lupinus polyphyllus. Lupinus polyphyllus kann sowohl durch den Einsatz von Maschinen als auch durch Schafe reguliert werden. Entscheidend für den Erfolg sind der Zeitpunkt (vor Ausreifung der Samen) und die Wiederholung der Maßnahmen. Jede Pflege muss über 3 5 Jahre hinweg mindestens zweimal jährlich durchgeführt werden.

The nature reserve Lange Rhoen (2,666 hectares) is situated in the border area of the German federal states of Bavaria, Hesse and Thuringia. For some decades already the large-leaved lupine (Lupinus polyphyllus) has grown over a large number of species of crane's bill-yellow oat meadows and mat-grass pastures, and thus implies habitat changes for the leading species of the Rhoen region (meadow breeders: black grouse (Tetrao tetrix) and corncrake (Crex crex). The preservation of representative sections of this man-made landscape is thus jeopardized. The reasons for the settlement success and thus the extensive spread of Lupinus polyphyllus in the uplands of the Rhoen region was examined in this paper. The consequences for the variety of species in protected types of biotope in the Rhoen biosphere reserve have been described, and the possibilities for a future management of the Lupinus stock were determined and described by means of cultivation trials. The results can be summarised as follows:

The neophyte Lupinus polyphyllus originally resident in the north-western regions of America was used as sub-seed for location improvement in spruce afforestation in Lange Rhoen. This intentionally caused anthropic long-distance dispersal of Lupinus polyphyllus was the pre-requisite for its further spread. The areal dispersal of the neophyte could occur only on account of the utilization changes in the last few decades. On account of the changes in the framework conditions in agriculture (fallow land, late hay harvest, minimum cultivation), the nature of the neophyte Lupinus polyphyllus to niching was supported in the ecological upland meadow system of the Hochrhoen region. Contractual protection of nature ensures land cultivation by premiums only, which supports the dispersal mechanisms and strategies of Lupinus polyphyllus in addition. The amplitude of plant populations, in which Lupinus polyphyllus settles, reaches from a large number of species of mat grass and yellow oat grass to wet meadows and marshy wasteland meadows, whereby the priority of their dispersal lays in the fresh locations of the yellow oat grass. The dispersal of Lupinus polyphyllus takes place primarily through generative means. One hundred-and-fifty to two thousand seeds of each adult plant are catapulted across a radius of 6 metres every year. The diaspores contain a high amount of nitrogen and alkaloid and reach a high capability of germination at all temperature stages. However, for germination the seeds depend on open locations (safe sites) with little competition which are produced by the thinning of the turf, by mechanical damage of the turf during cultivation or by animals. The vegetative dispersal by polycormons may amount up to 0.2 metres per year. As soon as Lupinus polyphyllus penetrates the ecological upland meadow systems of mat grass and yellow oat grass, it starts growing over them as from the second year (zone change in upland meadows). This causes a shading of the original vegetation (among others leading species of the nature reserve), displacing heliophilic species and dissolving the dense grass and weed layers in the course of the time. Diaspores find ideal germination conditions. In addition, Lupinus polyphyllus will enrich its stock with nitrogen by means of N2 bonding bradyrhizobias, and the root system reaching deep down into the basaltic subsoil absorbs nutrients from the subsoil, transports them into the topsoil and near-surface phytomass, and thus enrich Ah-horizons poor in plant nutrients (nutrient pump). On account of the nutrient enrichment, the stock of species shifts in favour of nutriophilic grasses and weeds. In Lupinus populations, the nutrient concentrations of nitrogen, calcium and magnesium are distinctly higher than in neighbouring yellow oat meadows. From the end of June to the middle of August, the highest nutrient concentrations are bound in the topsoil biomass whereby the nitrogen concentration in the root of Lupinus polyphyllus starts increasing as from the middle of June. The biomass production in Lupinus dominated populations is higher by one third than in neighbouring locations without Lupinus polyphyllus. Lupinus polyphyllus can be controlled by the use of machines as well as by sheep. The point in time (prior to ripening of the seeds) and the repetition of the measures are decisive for the success. Each control measure has to be carried out at least twice a year over a period of three to five years.