Federgras-Bestände in Mitteldeutschland.: Teil II. Funktionelle Merkmale

Abstract

Funktionelle Merkmale sind Merkmale von Organismen, die sich auf deren individuelle Fitness auswirken. Die funktionelle Struktur (Zusammensetzung und Verteilung von Merkmalen in einer Gesellschaft) und funktionelle Divergenz (Ungleichmäßigkeit der Verteilung von Merkmalen in einer Gesellschaft) von Gesellschaften sind Bestandteil der funktionellen Diversität, die auch die Struktur und Dynamik von Xerothermrasen beeinflusst. In Mitteldeutschland stellen Stipa-Arten ein bedeutendes Element dieser Rasen dar. Frühere Studien zeigten, dass sich die von Stipa-Arten dominierten Rasen in ihrer floristischen Zusammensetzung sehr ähnlich sind, sich in ihrer Physiognomie jedoch unterscheiden. Ziel dieser Arbeit war es, zum einen die abiotischen Faktoren vergleichend zu betrachten, zum anderen anhand der funktionellen Merkmale der vier verschiedenen von Stipa gekennzeichneten Rasen (S. capillata, S. pennata, S. pulcherrima und S. tirsa) zu überprüfen, ob sich diese in ihrer funktionellen Diversität unterscheiden. Basierend auf den Vegetationsaufnahmen von Meier & Partzsch (2018) wurden funktionelle Merkmale (Wuchshöhe, Blattfläche, Blatttrockenmasse, LDMC (leaf dry matter content), SLA (spezifische Blattfläche), LNC (Blattstickstoffkonzentration), LCC (Blattkohlenstoffkonzentration), C/N-Verhältnis) erhoben und zusätzlich Temperaturmessungen und Bodenanalysen durchgeführt. Die erhobenen Daten wurden mittels linearer gemischter Modelle, Hauptkomponentenanalysen, Kanonischen Korrespondenzanalysen und Clusteranalysen miteinander verglichen. Hinsichtlich Lufttemperatur und Bodenparameter gab es keine signifikanten Unterschiede zwischen den Stipa-Rasen (Ausnahmen: Wassergehalt, N-Gehalt, C-Gehalt). Auch bezüglich der funktionellen Merkmale zeigten sich kaum signifikante Unterschiede zwischen den Stipa-Rasen, mit Ausnahme von SLA, LNC, und C/N-Verhältnis. Nur die Stipa capillata-Rasen wiesen signifikant höhere LNC als die Stipa tirsa-Rasen auf. Gradienten funktioneller Merkmale erlaubten nur auf der Ebene der Plots eine Differenzierung zwischen Stipa capillata- und Stipa tirsa-Rasen, ansonsten waren keine Differenzierungen nachweisbar. Die Clusteranalyse zeigte, dass die vier Stipa-Arten und u. a. Bromus erectus gemeinsam funktionell zu einer Gruppe gehören. Außerdem wurden die funktionellen Merkmale der Stipa-Rasen nicht signifikant durch abiotische Faktoren beeinflusst. Insgesamt lässt sich schließen, dass die Stipa-Rasen eine geringe Photosynthese- und Wachstumsrate sowie lange Blattlebensdauer besitzen, indem in die Erhaltung und langsame Rückführung von Nährstoffen investiert wird. Nach den Ergebnissen dieser Arbeit sind die Stipa-Rasen Mitteldeutschlands sowohl floristisch als auch funktionell nicht voneinander unterscheidbar und können nicht als eigenständige Gesellschaften betrachtet werden. Vielmehr haben die einzelnen Stipa-Arten ähnliche funktionelle Merkmale und können sich daher gegenseitig funktionell austauschen, sodass es zu Konkurrenzausschluss kommen könnte, wenn sich die abiotischen Faktoren ändern.

Functional traits are traits of organisms that affect their individual fitness. Functional structure (composition and distribution of traits in a community) and functional divergence (unevenness of distribution of traits in a community) of communities are an essential part of functional diversity, which influences, among others, the structure and dynamics of grassland communities. In Central Germany, Stipa species are an important element of xerothermic grasslands. Previous studies have shown that the grasslands dominated by Stipa species are very similar in floristic composition but differ in their structure. The aim of this study was to verify functional traits of four different grassland communities dominated by Stipa species (S. capillata, S. pennata, S. pulcherrima and S. tirsa) and to elucidate whether these differ in their functional diversity. Based on the vegetation surveys of Meier & Partzsch (2018), selected functional traits (plant height, leaf area, leaf dry mass, LDMC (leaf dry matter content), SLA (specific leaf area), LNC (leaf nitrogen concentration), LCC (leaf carbon concentration), C/N ratio) were measured, and additionally temperature measurements and soil analyses were carried out. To compare the four Stipa dominated communities, we used linear mixed effects models, principal component analyses, canonical correspondence analyses and cluster analyses. We found that there were no significant differences between the Stipa grassland communities in terms of air temperature and soil parameters (exceptions: water content, N content, C content). Also with regard to the functional traits, there were hardly any significant differences between the Stipa grassland communities except SLA, LNC, and C/N ratio. Only the S. capillata communities exhibited significantly higher LNC than the S. tirsa communities. Gradients of functional traits allowed differentiation between S. capillata communities and S. tirsa communities only at the plots level, otherwise no differentiation could be identified. The cluster analysis showed that the four Stipa species and Bromus erectus belong functionally together to one group. In addition, the functional traits of the Stipa grassland communities were not significantly affected by abiotic factors. Overall, it can be concluded that the Stipa grassland communities have a low photosynthetic rate and growth rate as well as a long leaf life by investing in the preservation and slow return of nutrients. According to the results of this study, the Stipa grassland communities of Central Germany are not mutually distinguishable both floristically and functionally and cannot be regarded as independent communities. Rather, the Stipa species (as well as associated species of the community) have similar functional traits and are therefore functionally redundant, so that it can lead to competitive exclusion when changing the abiotic factors.