bodenschutz in steillagen die bedeutung der alpinen vegetation dr. erika hiltbrunner botanisches...
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Bodenschutz in Steillagen die Bedeutung der alpinen Vegetation
Dr. Erika HiltbrunnerBotanisches Institut der Universität Basel
Ein Viertel der CH-Landesfläche liegt oberhalb der WaldgrenzeEin Viertel der CH-Landesfläche liegt oberhalb der WaldgrenzeAlpine Ökosysteme umfassen rund eine Million HektareAlpine Ökosysteme umfassen rund eine Million Hektare
> ½ ist von Fels, Eis, Firn und Geröll bedeckt> ½ ist von Fels, Eis, Firn und Geröll bedeckt M.A.Jeger
ca. ¼ Viertel wird landwirtschaftlich genutzt ca. ¼ Viertel wird landwirtschaftlich genutzt (rund 2´500 km(rund 2´500 km22))
1960 1970 1980 1990 2000 2010Year
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
Nu m
ber
of a
nim
als
small ruminantsCattle
1960 1970 1980 1990 2000 2010Year
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
Nu m
ber
of a
nim
als
SheepGoats
?
Gesömmerte Tiere im Urserntal Talarchiv Andermatt
-695 -558-1143
-2196
-3655
-8567
-1401
+355
-10000
-8000
-6000
-4000
-2000
0
1000
Forest
Bushes
UnproductiveAgriculture (lowland)
Without vegetation
ha
-18`000 ha
Settlement
Traffic
Woods
Kulturlandverlust in den Schweizer Alpen Kulturlandverlust in den Schweizer Alpen zwischen 1979/85 and 1992/1997zwischen 1979/85 and 1992/1997
Flächen wurden früher als Wiesen und Weiden genutzt
Ch. Körner
Ch. Körner
Ergebnisse aus 3 StudienErgebnisse aus 3 Studien
‘‘Monitoring‘ StudieMonitoring‘ Studie Einfluss der alpinen Vegetation auf Oberflächenabfluss,Einfluss der alpinen Vegetation auf Oberflächenabfluss, SedimentabtragSedimentabtrag
Experiment (global change, Interaktionen von Einflussfaktoren) Experiment (global change, Interaktionen von Einflussfaktoren) Auswirkungen von klimatischer Erwärmung, erhöhtem Auswirkungen von klimatischer Erwärmung, erhöhtem Stickstoffeintrag und Trittbelastung auf alpine Stickstoffeintrag und Trittbelastung auf alpine RasengesellschaftenRasengesellschaften
Störungsexperiment (2003-2007)Störungsexperiment (2003-2007)3 Typen von Störungen 3 Typen von Störungen Einfluss auf pflanzliche Diversität, Produktivität, morphologische Einfluss auf pflanzliche Diversität, Produktivität, morphologische AnpassungenAnpassungen
182 Regensimulationen in alpinem Grasland ( 2050-2500 m a.s.l., 2 km182 Regensimulationen in alpinem Grasland ( 2050-2500 m a.s.l., 2 km22))
‘‘Monitoring‘ StudieMonitoring‘ Studie
Portable rain simulator (16 mm)Portable rain simulator (16 mm)
Total plant species richness 162 species
Per irrigated plot (means, SD)Total plant cover (%) 77.1 ± 21.0
Species richness 12.2 ± 3.7
Shannon diversity index 1.54 ± 0.45
Evenness index 0.62 ± 0.15
0 20 40 60 80 100 1200
5
10
15
L m
-2
0.01
0.10
1.00
10.00
100.00
g m-2
0 20 40 60 80 100 120
Vascular plant cover (%)Vascular plant cover (%)
Sediment loss (g mSediment loss (g m-2-2))
P<0.001 (n=107, >20% soil moisture) P<0.001 (n=182)
Water runoff (L mWater runoff (L m-2-2))
Diversity indices (Shannon, Evenness) were not directly correlated to runoff nor sediment loss.
Wa
t er
r un
off
(L m
Wa
t er
r un
of f
(L m
-2-2))
± se± se
Areas with dwarf shrubs Areas with dwarf shrubs p < 0.01 (n=57) p < 0.01 (n=57)
Dwarf shrub cover (%) Dwarf shrub cover (%)
ControlControl TramplingTrampling00
55
1010
1515
< 20 vol% (n=75)< 20 vol% (n=75)Soil moistureSoil moisture
00 2020 4040 6060 8080 10010000
55
1010
1515
13 dwarf shrub species (13 dwarf shrub species (CallunaCalluna, , EmpetrumEmpetrum, , LoiseleuriaLoiseleuria, , Vaccinium, SalixVaccinium, Salix))
> 20 vol% (n=107)> 20 vol% (n=107)
160 steps m160 steps m-2-2
Erwärmung
Tritt
3-faktorielles Experiment (2002-2005)Krummseggenrasen
N-Deposition 25 kg ha-1 a-1
Biomass 2005 Warming P<0.001N-addition P<0.001Trampling P<0.001Warming x Trampling P<0.05
0
100
200
300
400B
iom
ass
g m
-2
c->wc->c
0 kg N 25 kg N0
100
200
300
400
Necr
om
ass
g m
-2
0 kg N 25 kg N
Necromass
Biomass
-N +N+N-N
No trampling Trampling
n.s.
Biomass Harvest 2005
n.s.
N-addition kg N ha-1 a-1
Standardized by 2002 cover data
sen
=1
0
n=
10
n=
10
n=
10
n=
10
n=
10
n=
10
n=
10
100 cm3
0-~2.0 cm fully organic layerBulk density 0.71 ± 0.10 (sd)
~2.0-5.0 cm organic layerBulk density 0.74 ± 0.10 (sd)
77.2% ± 7.7 (sd) of the total root mass are fine and finest roots <1 mm
Rooting density 0-5cm
cool warm0
1000
2000
3000
4000
Fin
e ro
ot d
e ns i
ty [
g m
-2]
Lower: 2-5cmUpper: 0-2cm
cool warm cool warm
Lower: 2-5cmUpper: 0-2cm
cool warm
No trampling Trampling
-N -N +N+N
Fine roots density <1 mm
Fine roots 2005 (ANOVA; both layers)Warming P<0.01N-addition n.s.Trampling n.s.Warming x N-addition P<0.001
Soil layer P<0.001
± se
Störungsexperiment (2003-2007):Störungsexperiment (2003-2007):
20052005 20042004
•Clipping / Rasur 0.5 mClipping / Rasur 0.5 m22
•Wurzelschnitt/Transplantat (Wurzelschnitt/Transplantat (Ø 28 cm)Ø 28 cm)•Überschüttung 2 x 15 L /0.5 mÜberschüttung 2 x 15 L /0.5 m22
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Dec
kung
h.P
f l .[%
]
Verschuettet (2x) n=10Transplantat n=12; d=28cmRasiert (2x) n=10Kontrolle n=9, 10
Masterprojekt L.Reissig 2007
2003 2004 2005 2006 2007
P<0.001
Erste Ergebnisse aus dem Störungsexperiment 2003-2007
Störungen (2003, 2004)
Veränderte Artenzusammensetzung(z.B. Agrostis schraderiana, verschüttet)
Schlussfolgerungen
Geschlossene Pflanzendecke - effizienter ErosionsschutzFunktionelle Typen (z.B. Zwergsträucher) beeinflussen Oberfläcenabfluss
Unterirdische Biomasse widerspiegelt nicht die Veränderungen in der oberirdischen Biomasse (Feinwurzelmasse nimmt zu unter Erwärmung in Kombination mit erhöhtem N-Deposition)
Störungen (v.a Verschüttungen) - langfristige Auswirkungen auf die alpine Vegetation (Deckung, Biomasse, Artverschiebungen)
After 3 years of experimental After 3 years of experimental treatments treatments rain simulationsrain simulations were conductedwere conducted
cool warm0
5
10
15R
unoff (
L m
-2)
cool warm0
1
2
3
Sedim
ent
loss
(g m
-2)
± SE
cool warm0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
soil moisturesoil moisture(vol %)(vol %)
Tra
mp
ling
W p<0.001W p<0.001T n.s.T n.s.
Surface runoffSurface runoff Sediment lossSediment loss
Tri
ttT
rit
t
Runoff Warming P<0.001 Trampling P<0.001 LAI P<0.01 ( Soil moisture T P=0.104)
Multiple reg.model R2=0.769, n=79, P<0.001
Sed. loss Warming P<0.01 Trampling P<0.05
Multiple reg.model R2=0.364, n=77, P<0.01
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