Impact of land-use practices on phytodiversity of mesic grasslands in a sub-mountainous region (Western Germany)

Abstract

This thesis evaluates the impact of land-use practices (management) on phytodiversity of mesic grasslands in a Central European sub-mountainous region (Lahn-Dill Highlands, Hesse, Germany). Evaluation of suitable management types is of crucial importance for the maintenance of species rich grasslands. The overall aim of the studies is to assess the relative impact of current management types (low-intensity grazing and mowing regimes) on three components of phytodiversity: the aboveground vegetation, the soil seed bank and the population structure of selected plant species. Furthermore, site conditions such as edaphic parameters and topography are considered. In the first study the relative impact of management, site conditions, grassland age and regional scale geomorphology on aboveground vegetation of grasslands is quantified. The current management has relatively low impact on floristic composition. In contrast, soil chemical variables, together with topography, explain almost twice as much variation in floristic composition as does the current management. There is no evidence that the different management types exert a large impact on species richness. The second study of soil seed banks in grasslands shows that the type of management has no significant impact on species richness and seed density of the seed bank, but significantly influences the floristic composition and functional characteristics. Irrespective of management type only a limited proportion of characteristic grassland species is likely to re-establish from the seed bank after disappearance from aboveground vegetation. In the third study we investigated the population stage structure of three model species (Pimpinella saxifraga, Leontodon autumnalis and Sanguisorba officinalis) of grasslands with respect to management, site conditions and vegetation structure. The results show that viable populations of all three species may occur in all of the studied management types. The species respond differently to site conditions and vegetation structure and significant effects are stage-specific. The main variables of influence are soil moisture, nutrient availability and litter coverage. The variability of site conditions, due to the heterogeneity of the region, and moderate variation in intensity of current grassland management are most likely responsible for the observed relationships. Finally, in accordance with other studies, our analyses show that there is a wide variety of low-intensity management options to contribute to the maintenance of phytodiversity in European mesic grasslands. Diese Arbeit untersucht den Einfluss von Landnutzungstypen (Management) auf die Phytodiversität mesophilen Grünlands in einer zentraleuropäischen Mittelgebirgsregion (Lahn-Dill-Bergland, Hessen, Deutschland). Die Evaluation geeigneter Nutzungstypen ist für die Erhaltung artenreichen Grünlands von entscheidender Bedeutung. Das übergeordnete Ziel der Studien ist die Untersuchung des relativen Einflusses von aktuellen Nutzungstypen (extensive Beweidungs- und Mahd-Regime) auf drei Komponenten der Phytodiversität: Oberirdische Vegetation, Bodensamenbank und Populationsstruktur ausgewählter Pflanzenarten. Weiterhin werden Standortbedingungen wie edaphische Parameter und Topographie berücksichtigt. In der ersten Studie wird der relative Einfluss von Nutzungstypen, Standortbedingungen, Grünlandalter und regionaler Geomorphologie auf die oberirdische Vegetation der Grünlandflächen quantifiziert. Die aktuelle Nutzung hat relativ geringen Einfluss auf die floristische Zusammensetzung. Im Gegensatz dazu erklären bodenchemische Einflussgrößen und die Topographie zusammen fast zweimal soviel der Variation innerhalb der floristischen Zusammensetzung wie die aktuelle Nutzung. Es konnte nicht nachgewiesen werden, dass die unterschiedlichen Nutzungstypen großen Einfluss auf den Artenreichtum ausüben. Die zweite Studie über die Bodensamenbanken des Grünlands zeigt, dass der Nutzungstyp keinen signifikanten Einfluss auf den Artenreichtum und die Dichte der Samen in der Samenbank hat. Die floristische Zusammensetzung und funktionelle Charakteristika werden jedoch signifikant beeinflusst. Unabhängig vom Nutzungstyp ist es nur für einen begrenzten Teil charakteristischer Grünlandarten wahrscheinlich sich nach Verschwinden aus der oberirdischen Vegetation aus der Samenbank zu reetablieren. In der dritten Studie untersuchten wir die Stadienstruktur der Populationen dreier Modellarten des Grünlands (Pimpinella saxifraga, Leontodon autumnalis and Sanguisorba officinalis) im Bezug auf Nutzung, Standortbedingungen und Vegetationsstruktur. Die Ergebnisse zeigen, dass überlebensfähige Populationen aller drei Arten in allen untersuchten Nutzungstypen auftreten können. Die Arten reagieren unterschiedlich auf Standortbedingungen und Vegetationsstruktur und signifikante Effekte sind Stadien-spezifisch. Die hauptsächlichen Einflussgrößen sind Bodenfeuchte, Nährstoffverfügbarkeit und Streubedeckung. Aufgrund der Heterogenität der Region ist die Variabilität der Standortbedingungen und eine nur mäßige Variation in der Intensität der aktuellen Nutzungstypen sehr wahrscheinlich für die beobachteten Verhältnisse verantwortlich. Übereinstimmend mit anderen Studien zeigen unsere Analysen schließlich auf, dass es eine große Vielfalt an Optionen nicht-intensiver Nutzung gibt, die zur Erhaltung der Phytodiversität mesischen Grünlands in Europa beitragen können.