Management, biodiversity and restoration potential of salt grassland vegetation of the Baltic Sea: Analyses along a complex ecological gradient

Abstract

Salt grasslands along the Baltic Sea coasts are characterized by several ecological gradients: Salinity decreases towards the Northeast, climate becomes more continental and winters more ice-rich. Different soils developed because of land rise in the North and land subsidence in the South as a result of glacial history. It was only due to many years of grazing and mowing, that extensive salt grasslands could develop along the Baltic Sea coasts. Because of sedimentation and peat formation, salt grasslands and brackish reed beds can play an important role in the nutrient balance of coastal waters. In addition to diking and drainage, the cessation of agricultural use in the last decades has lead to a strong decline of salt grasslands. Today, low intensity grazing is funded to maintain these ecosystems or re-introduced to restore abandoned salt grasslands. The restoration potential depends inter alia on dispersal and persistence of viable seeds in the soil seed banks.

This thesis is composed of three parts:

In the first part, the impact of grazing and abandonment of the vegetation of Baltic salt grasslands was studied along the complex ecological gradient. Therefore, species composition and diversity of the vegetation were analysed on three spatial scales (1-25-625 m²) in four regions (Northern Denmark, Schleswig-Holstein/Western Germany, Mecklenburg-Vorpommern/Eastern Germany, Estonia). For this study, grazed salt grasslands were compared with early and late successional stages (late: cover of Phragmites australis > 25%).

The second part focussed on the impact of grazing, abandonment and restoration on the vegetation and seeds banks of Estonian salt grasslands. To assess the potential of the seed bank for the restoration of characteristic salt grassland vegetation, the species composition of the seed bank of grazed salt grasslands as well as early and late successional stages was analysed using the emergence method. Further on, the vegetation of five salt grassland sites under restorative grazing was analysed in Estonia (in addition to the vegetation analyses from part 1) to estimate the potential of grazing as a restoration measure.

In the third part, it is suggested including also salt grasslands and brackish reed beds at the non-tidal Baltic Sea in the classification of the ecological status of coastal waters following the European Water Framework Directive. Salt grasslands and brackish reed beds of the Baltic are the ecological equivalent to the vegetation of the intertidal zone of the North Sea and can be relevant to the quality of coastal waters, particularly regarding eutrophication. For salt grasslands of the German Baltic coast, a classification method is presented which is based on vegetation parameters such as areal extent, zonation and species composition of the vegetation and supplemented by hydromorphological parameters such as creeks, ditches and dikes.

Salzrasen entlang der Ostseeküsten sind durch mehrere ökologische Gradienten geprägt: Der Salzgehalt nimmt nach Nordosten ab, das Klima wird kontinentaler und die Winter eisreicher. Durch Landhebung im Norden bzw. Landsenkung im Süden aufgrund der Glazialgeschichte entstanden unterschiedlichen Böden. Nur durch langjährige Beweidung und Mahd konnten an den Küsten der Ostsee großflächige Salzrasen entstehen. Salzrasen und Brackwasserröhrichte können aufgrund von Sedimentation und Torfbildung eine wichtige Rolle im Nährstoffhaushalt der Küstengewässer spielen. Neben Deichbau und Entwässerung hat die Nutzungsaufgabe in den letzten Jahrzehnten zu einem starken Rückgang der Salzrasen geführt. Heute wird zum Erhalt dieser Ökosysteme eine extensive Beweidung gefördert bzw. zur „Restitution“ brachgefallener Salzrasen wieder eingeführt. Das Restitutionspotenzial hängt dabei unter anderem von Ausbreitung und Überdauerung keimfähiger Samen in den Samenbanken des Bodens ab.

Die vorliegende Arbeit gliedert sich in drei Teile:

Im ersten Teil wurde der Einfluss von Beweidung und Brache auf die Vegetation von Ostseesalzrasen entlang des komplexen ökologischen Gradienten untersucht. Hierzu wurden in vier Regionen (Nord-Dänemark, Schleswig-Holstein, Mecklenburg-Vorpommern, Estland) Artenzusammensetzung und -vielfalt der Vegetation auf drei räumlichen Maßstabsebenen (1-25-625 m²) analysiert. Für diese Untersuchung wurden beweidete Salzrasen mit frühen und späten Brachestadien (Schilfdeckung > 25%) verglichen.

Im zweiten Teil stand der Einfluss von Beweidung, Brache und Restitution auf Vegetation und Samenbanken estnischer Salzrasen im Mittelpunkt. Um das Potenzial der Samenbank für die Restitution der charakteristischen Salzrasenvegetation zu ermitteln, wurde die Artenzusammensetzung der Samenbank beweideter Salzrasen sowie früher und später Brachestadien mithilfe der Keimungsmethode untersucht. Weiterhin wurde dort (zusätzlich zu den Untersuchungen aus Teil 1) die Vegetation von fünf wieder in Beweidung genommenen Salzrasen untersucht, um das Potenzial von Beweidung als Restitutionsmaßnahme abzuschätzen.

Im dritten Teil wird vorgeschlagen, Salzrasen und Brackwasserröhrichte der gezeitenfreien Ostseeküste in die Bewertung des ökologischen Zustands der Küstengewässer nach der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie einzubeziehen. Salzrasen und Brackwasserröhrichte der Ostsee stellen das ökologische Pendant zur Vegetation der Gezeitenzone der Nordsee dar und können – insbesondere hinsichtlich der Eutrophierung – für die Qualität der Küstengewässer relevant sein. Für Salzrasen der deutschen Ostseeküste wird ein Bewertungsverfahren vorgestellt, das auf Vegetationsparametern wie Flächenausdehnung, Zonierung und Artenzusammensetzung basiert und durch hydromorphologische Parameter wie Priele, Gräben und Deiche ergänzt wird.