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Titel: Ecology, syntaxonomy and recruitment of treeline ecotonevegetation in Rolwaling Himal, Nepal : Vegetation dynamics in response to climate change
Sonstige Titel: Ökologie, Syntaxonomie und Verjüngung in einem Waldgrenzökoton im Rolwaling Himal, Nepal : Vegetationsdynamik in Folge klimatischer Veränderungen
Sprache: Englisch
Autor*in: Bürzle, Birgit
Schlagwörter: Verjüngung; Abies spectabilis; Betula utilis; Rhododendron campanulatum; Keimlingsetablierung; recruitment; Abies spectabilis; Betula utilis; Rhododendron campanulatum; seedling establishment
GND-Schlagwörter: Pflanzensoziologie; Pflanzengesellschaft; Waldgrenze; Baumgrenze; Ökoton; Himalaja; Hochgebirge; Nepal; Pflanzenökologie
Erscheinungsdatum: 2020
Tag der mündlichen Prüfung: 2020-06-10
Zusammenfassung: 
Mountains are characterized by a large diversity of plant species and plant communities over short horizontal and vertical distances, primarily corresponding to gradual changes of temperature. Specific zonations of vegetation types along elevational gradients are to be observed in mountains, with the most conspicuous change in mountain vegetation occurring at the alpine treeline ecotone, which represents the transition from closed forest to treeless alpine vegetation. Rapid climate warming at high elevations is predicted to trigger extensive vegetation dynamics within treeline ecotones, primary related to recruitment processes. Vegetation dynamics involve shifts in species distribution, community structure and treeline position. In the Himalayas, species richness as well as rates of climate change are among the highest on earth, yet studies addressing respective relationships are underrepresented in scientific research.

The studies compiled in this thesis investigated the phytosociology and ecology of alpine treeline ecotone vegetation in the Nepalese Himalayas and analysed tree seedling establishment of dominating tree species as a critical component of the dynamics of spatial treeline position. This work contribute to assessing vegetation dynamics in alpine treeline ecotones under climate warming conditions. During extensive field research in a near-natural treeline ecotone of Rolwaling Valley in east-central Nepal, we collected data on floristic composition and environmental conditions along three elevational transects. The microhabitat characteristics of naturally germinated tree seedlings of Abies spectabilis, Betula utilis and Rhododendron campanulatum were recorded along the altitudinal gradient from subalpine forests via treeline to alpine dwarf shrub heaths.

By applying ordination methods and cluster analysis, we identified five communities belonging to two different classes: the Synotis alata – Abies spectabilis and Ribes glaciale – Abies spectabilis communities occupy the upper part of the subalpine forest zone, representing the uppermost forest stands below the treeline. Above the treeline, the mixed forest stands are replaced by the species-poor Boschniakia himalaica – Rhododendron campanulatum community, forming a dense krummholz belt. We assigned the forest and krummholz communities to the class Betula utilis – Abies spectabilis forests. In the alpine zone, two communities were classified: the species-poor Pedicularis cf. microcalyx – Rhododendron anthopogon community and the Anaphalis royleana – Rhododendron anthopogon community, which is characterised by higher species richness of herbs and grasses. Both communities were assigned to the class Dasiphora arbuscula – Rhododendron anthopogon dwarf shrub heaths. The species composition of identified communities is related to an elevational gradient of deteriorating growth conditions, reflecting an increasingly unfavourable constellation of soil temperature, soil moisture and nitrogen supply and availability.

Our research on seedling establishment emphasises the importance of safe sites for successful tree regeneration in mountain environments. We found species-specific microhabitat preferences for seedling establishment. While Abies spectabilis seedlings establish on ground that is covered with litter, Betula utilis and Rhododendron campanulatum seedlings primarily emerge on bryophyte mats. The microhabitat structure did not vary significantly in relation to different vegetation types encompassing the treeline ecotone. The majority of seedlings of all species grew close to at least one potentially protective element. Geomorphic elements and deadwood were the most important shelters for seedling establishment.

The identified critical drivers for community differentiation and for tree seedling establishment - particularly soil temperature, water and nitrogen supply - are directly or indirectly related to climatic conditions. Thus, we suggest distinct alterations to species distribution and treeline position in the Rolwaling treeline ecotone with climate warming. As growth conditions in high mountain ecosystems may substantially alter under contemporary climate change, the need for species-specific safe sites for tree recruitment to buffer potential extremes will likely increase.

Gebirge zeichnen sich durch eine hohe Vielfalt an Pflanzenarten und Pflanzengesellschaften auf kleinstem Raum aus, welche insbesondere auf den höhenabhängigen Temperaturgradienten zurückzuführen ist. Die Gebirgsvegetation ist gekennzeichnet durch eine charakteristische Abfolge von Vegetationstypen entlang des Höhengradienten. Am deutlichsten wird dieser Vegetationswechsel im alpinen Waldgrenzökoton. Dieses stellt den Übergang vom geschlossenen Wald hin zur baumfreien, alpinen Vegetation dar. Aufgrund einer rasanten Klimaerwärmung in den Höhenlagen von Gebirgen sind weitreichende Vegetationsveränderungen innerhalb des Ökotons, welche primär auf Verjüngungsprozessen basieren, zu erwarten. Die ablaufende Vegetationsdynamik zeigt sich in der Veränderung des Verbreitungsareals von Arten und des strukturellen Aufbaus von Pflanzengesellschaften, sowie in der Verschiebung der Waldgrenze. Der Himalaya gehört zu den Hotspots der globalen Artenvielfalt und ist gleichzeitig überdurchschnittlich von klimatischen Veränderungen betroffen.

Diese Forschungsarbeit untersucht die Pflanzensoziologie und die Ökologie der alpinen Waldgrenzvegetation in der nepalesischen Himalaya-Region und analysiert darüber hinaus die Keimlingsetablierung der vorherrschenden Baumarten als bedeutenden Faktor der Waldgrenzdynamik. Die Arbeit trägt zur Erforschung der klimawandelbedingten Vegetationsdynamik in alpinen Waldgrenzökotonen bei. Basierend auf umfangreichen Feldforschungen in einem naturnahen Waldgrenzökoton im Rolwaling-Tal im östlichen Zentralnepal, haben wir Datenmaterial zur Vegetationszusammensetzung und den Standortbedingungen entlang dreier höhenabhängiger Transekte erhoben. Die Erfassung der Mikrohabitateigenschaften des natürlich gekeimten Baumjungwuchses der Arten Abies spectabilis, Betula utilis and Rhododendron campanulatum erfolgte entlang des Höhengradienten vom subalpinen Wald, über die Waldgrenze bis hin zur alpinen Zwergstrauchheide.

Durch die Anwendung von Ordinationsmethoden und Clusteranalysen, konnten wir fünf Pflanzengesellschaften ermitteln und diese zwei syntaxonomischen Klassen zuordnen: Die Synotis alata – Abies spectabilis Gesellschaft und die Ribes glaciale – Abies spectabilis Gesellschaft sind im unteren Teil der subalpinen Waldzone, welche die höchste Verbreitung des geschlossenen Waldbestand unterhalb der Waldgrenze darstellt, zu finden. Oberhalb der Waldgrenze löst die artenarme Boschniakia himalaica – Rhododendron campanulatum Gesellschaft den Mischwaldbestand ab und bildet einen dichten Krummholzbestand aus. Die Wald- und Krummholz-Gesellschaften haben wir der Klasse der Betula utilis – Abies spectabilis Wälder zugeordnet. Im alpinen Bereich des Waldgrenzökotons konnten wir zwei Pflanzengesellschaften klassifizieren: Die artenarme Pedicularis cf. microcalyx – Rhododendron anthopogon Gesellschaft sowie die Anaphalis royleana – Rhododendron anthopogon Gesellschaft, welche durch eine hohe Vielfalt an krautigen Arten, insbesondere Gräser, gekennzeichnet ist. Beide Gesellschaften gehören der Klasse der Dasiphora arbuscula – Rhododendron anthopogon Zwergstrauchheiden an. Die Artenzusammensetzung der erfassten Pflanzengesellschaften korreliert mit den sich verschlechternden Wachstumsbedingungen entlang des Höhengradienten, insbesondere in Bezug auf Bodentemperatur, Bodenfeuchte, sowie Stickstoffgehalt und Stickstoffverfügbarkeit im Boden.

Unsere Forschungsergebnisse zur Keimlingsetablierung bekräftigen die Bedeutung von geeigneten Mikrohabitaten für die erfolgreiche Verjüngung von Baumarten in Gebirgsregionen. Wir konnten artspezifische Mikrohabitate zur Keimlingsetablierung ermitteln. Während sich die Keimlinge der Art Abies spectabilis primär auf streubedeckten Untergrund entwickeln, sind Keimlinge der Arten Betula utilis und Rhododendron campanulatum vorwiegend auf moosbedecktem Untergrund zu finden. Die artspezifischen Ansprüche an das Mikrohabitat waren unabhängig von den floristischen Veränderungen entlang des Höhengradienten des Waldgrenzökotons. Die Mehrheit der Keimlinge aller untersuchten Arten wuchs in der Nähe von mindestens einem potentiellen Schutzelement. Dabei waren geomorphologische Strukturen sowie Totholz die wichtigsten Schutzelemente für die Keimlingsetablierung.

Die erfassten Hauptfaktoren für die Differenzierung von Pflanzengesellschaften und der Etablierung von Baumkeimlingen, insbesondere die Bodentemperatur, sowie Wasser- und Stickstoffgehalte im Boden, sind direkt oder indirekt klimatisch bedingt. Wir erwarten daher im Waldgrenzökoton des Rolwaling-Tals, im Zuge der Klimaerwärmung, deutliche Veränderungen in der Artenzusammensetzung und der Position der Waldgrenze. Da anzunehmen ist, dass sich die Wuchsbedingungen in Hochgebirgsökosystemen unter dem gegenwärtigen Klimawandel substantiell verändern werden, wird die Bedeutung von artspezifischen Mikrohabitaten weiter zunehmen, um mögliche Extrembedingungen abzumildern.
URL: https://ediss.sub.uni-hamburg.de/handle/ediss/8468
URN: urn:nbn:de:gbv:18-106075
Dokumenttyp: Dissertation
Betreuer*in: Schickhoff, Udo (Prof. Dr.)
Enthalten in den Sammlungen:Elektronische Dissertationen und Habilitationen

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