Schädigungsausmaß an ausgewählten Polsterpflanzenpopulationen auf klimatisch kontrastierenden Standorten am Schrankogel in Tirol

• Main Author: Prohaska, Reingard
• Format: Thesis
• Language: German
• Published: (:none) 2011
• Subjects: Alsos; Boden; Poa alpina
• Online Access: https://dx.doi.org/10.25365/thesis.14730; https://othes.univie.ac.at/14730/

Diverging climate change projections show potential species losses of around 60% of the alpine flora in some European mountain regions within this century (THUILLER et al., 2005 in GRABHERR et al., 2008). As climatic parameters have an impact on plant physiology and plant productivity plants will possibly respond sensitively to climate warming (KLÖTZLI et al., 2010). The alpine flora in particular can act as a good indicator for the impacts of climate change on plant diversity (GRABHERR et al., 2007). Due to their special growth cushion plants have special characteristics to collect warmth and are therefore suitable to study plant responses to climate change (GRABHERR, 1997). To know more about the implication of climate change on the vegetation and in particular on cushion plants it is important to study their physiological adaptability and sensitivity. This study aims to deepen the already established knowledge of plant response and sensitivity on different climatic conditions. Distribution, size and damage of three different cushion plants – Silene exscapa L., Saxifraga bryoides L. and Minuartia sedoides L. – were analyzed. For this study a moraine (2600m.a.s.) on Mount Schrankogel in Tyrol was chosen as research site. Due to the two contrary slopes – north-slope and south-slope – and their different climatic conditions, the moraine is especially suitable for this study. For temperature measurements, five dataloggers on each slope were buried in 5-10cm soil depth. To assess plant response and sensitivity of the three different species, size and damage from each cushion found on the observation site was analyzed (Table 1). All statistical analyses were performed with Chi-Quadrat-Test. Additionally the plant communities of each slope was analyzed. On the north-slope Androsacion alpinae was found (Fig.1). On the warmer south-slope a Festuca halleri–Poa alpina–Association (Dullinger, 1998) could be detected. On this slope the growth period lasts 70 days longer than on the north-slope. On the north-slope – with an estimated snow cover duration of 224 days – 70% of all analyzed cushion plants were recorded (Table 1). In particular Saxifraga bryoides (77%) und Silene exscapa cushion (78%) could be found on the colder north-slope. The smallest cushions were rather found on the north-slope than on the south-slope. The sparsely populated north-slope seems to favour not only colonisation of cushion plants but also their rejuvenation. The biggest cushions could also be recorded on the northexposed site (Table 1). S. bryoides cushions in general seem to grow not as big as S. exscapa and M. sedoides cushions. But middle sized cushions of mainly S. exscapa were mostly found on the southexposed site. The damage of all three species depends significantly on exposition (p< 0, 001), but a clear difference exists between the analysed species. Contrary to S. exscapa and M. Sedoides, S. bryoides cushion are more often „undamaged“ on the northslope (Table 1). The nival species (Pauli et al., 2007) seems to be better adapted to the colder site with longer lasting snow cover. 80% of all analysed S. exscapa cushion from the southslope were found “undamaged”, on the northslope only 60% could be found “undamaged”. In the case of M. sedoides more cushions „undamaged“ or “with little damage” were found on the southslope than on the northslope. The dimension of damage of S. bryoides and M. sedoides cushions depend very significantly on their size (p < 0,001). Little cushions were found less often damaged than big ones – on the northslope as well as on the southslope. Only in the case of Silene exscapa no dependence of damage of size could be detected by chi-square-tests. Especially on southexposition a little p-value was calculated (p=0.89). S. exscapa cushions are possibly so well adapted to this site that even the big cushions showed little damage. Compared to Minuartia sedoides and Saxifraga bryoides this species seems to have the strongest preference for the southexposed site. To find reasons for the different degree of damage one must look at their different range of distribution. Especially between the nival species S. bryoides (PAULI et al., 1999) and the alpin-subnivale species (PAULI et al., 2007) S. exscapa and M. sedoides a big difference exists in their climatic adaptation resulting in their different distribution. Another explanation could be the different growth. Compact cushions – like S. exscapa and M. sedoides – may improve their own climate in the cushion, so they can reduce their loss of heat during cold spells and bear frostevents better after early snowmelt on the southslope. On top of that compact cushions have an improved ablity of waterstorage in their cushion and thus can bear dry periods easier and balance warmer temperature through higher transpiration cooling. But there also exists a higher risk of heat damage (BUCHNER et al., 2007). An increasing risk of temperatur-extremes initiated by global climate change is predicted (WAGNER, 1996 in BUCHNER et al., 2007). Therefore, it would be required to deepen knowledge about sensitivity of plant species to summer frost events and heat damage. Further research of climate induced plant-physiological reaction and changes in distribution of plants will be necessary and could potentially be tied to this research. : Für die alpinen Blütenpflanzen der europäischen Hochgebirge wurde im Zuge von Klimaveränderungs-Prognosen eine Aussterberate von bis zu 60% bis zum Ende des 21. Jahrhunderts vorhergesagt (THUILLER et al., 2005 in GRABHERR et al., 2008). Da klimatische Parameter die Physiologie und Produktivität von Arten beeinflussen, ist anzunehmen, dass klimasensitive Arten auf ein sich änderndes Klima reagieren (KLÖTZLI et al., 2010). Insbesondere die alpine Flora gilt als guter Indikator für die ökologische Relevanz des Klimawandels (GRABHERR et al., 2007). Polsterpflanzen eignen sich für eine Studie über mögliche Reaktionen von Pflanzen auf Klimaveränderungen besonders gut, da sie durch ihre Wuchsform spezielle wärmesammelnde Eigenschaften besitzen (NAGY & GRABHERR, 2009; GRABHERR, 1997). Um Auswirkungen des Klimawandels auf die Vegetation – insbesondere auf Polsterpflanzen – besser abschätzen und prognostizieren zu können, ist es wichtig mehr über ihre mikroklimatischen Standortbedingungen herauszufinden. Die vorliegende Arbeit soll bereits vorhandene Erkenntnisse über die Abhängigkeit von klimatischen Bedingungen bei Polsterpflanzen vertiefen. Dazu wurden drei verschiedene Polsterpflanzenarten (Silene exscapa L., Saxifraga bryoides L. und Minuartia sedoides L.) auf ihre jeweilige Verteilung, Größe und Beschädigung untersucht. Als Untersuchungsgebiet wurde eine Moräne am Schrankogel in Tirol auf ca. 2600m.ü.A. ausgewählt, die sich aufgrund ihrer zwei expositionell kontrastierenden Flanken – Nord und Süd – sehr gut dafür eignet. Auf den beiden Flanken herrschen unterschiedliche klimatische Bedingungen, welche mittels Temperaturlogger in 5-10cm Bodentiefe ermittelt wurden. Um die mikroklimatische Abhängigkeit und Empfindlichkeit der unterschiedlichen Arten zu untersuchen, wurde von jedem auf den Untersuchungsflächen aufgefundenen Polster die Polstergröße und das Ausmaß der Beschädigung geschätzt. Die statistische Auswertung erfolgte mit Chi-Quadrat-Tests. Zur Ergänzung wurden die unterschiedlichen Vegetationsgesellschaften der beiden Flanken ermittelt. Die Vegetation der Nordflanke konnte dem Verband Androsacion alpinae zugewiesen werden. Auf der im Jahresmittelwert 3°C wärmeren Südflanke wurde eine Festuca halleri–Poa alpina–Gesellschaft (Dullinger, 1998) aufgenommen. Auf dieser Untersuchungsfläche wurde eine um 70 Tage längere Vegetationsperiode als auf der Nordflanke berechnet. Auf der Nordflanke kann mit Hilfe der Temperaturanalyse die Dauer der Schneedecke mit 224 Tagen angenommen werden. 70% aller untersuchten Polsterpflanzen wurden auf dieser Untersuchungsfläche verzeichnet. Vor allem bei Saxifraga bryoides (77%) und Silene exscapa (78%) konnte ein überwiegender Anteil der Polster auf der kälteren und konkurrenzärmeren Nordflanke verzeichnet werden. Polster der kleinsten Größenklasse aller drei untersuchten Arten wurden ebenfalls vermehrt auf der Nordflanke aufgefunden. Der offenere Boden der Nordflanke erleichtert den Polsterpflanzen nicht nur eine Besiedelung und somit eine Verjüngung. Auch die größten Polster konnten sowohl bei Saxifraga bryoides als auch bei Silene exscapa und Minuartia sedoides auf der nordexponierten Untersuchungsfläche verzeichnet werden. Dabei wurde festgestellt, dass die S. bryoides – Polster, verglichen mit den beiden anderen Arten, weniger groß werden. Hingegen wurden Polster der mittleren Größenklassen vor allem bei Silene exscapa überwiegend auf der südexponierten Untersuchungsfläche aufgefunden. Die Beschädigung hängt bei allen drei Arten hoch signifikant von der Exposition ab (p< 0, 001). Es konnte jedoch ein deutlicher Unterschied zwischen den untersuchten Arten ausgemacht werden. S. bryoides - Polster sind – im Gegensatz zu S. exscapa und M. sedoides – auf der Nordflanke häufiger „unbeschädigt“. Die nivale Art (Pauli et al., 2007) scheint an den kälteren und länger schneebedeckten Standort besser angepasst zu sein. Von allen untersuchten S. exscapa - Polstern der Südflanke wurden 80% „unbeschädigt“ vorgefunden. Auf der Nordflanke konnten nur 60% als „unbeschädigt“ verzeichnet werden. Auch bei M. sedoides konnten auf der Südflanke mehr „unbeschädigte“ und „wenig beschädigte“ Polster verzeichnet werden als auf der Nordflanke. Das Ausmaß der Beschädigung der S. bryoides und der M. sedoides - Polster hängt signifikant von ihrer Größe ab (p < 0,001). Kleine Polsterindividuen sind sowohl auf Nord- als auch auf Südexposition prozentuell seltener beschädigt als große. Für Silene exscapa konnte keine Abhängigkeit der Beschädigung von der Größe ermittelt werden. Möglicherweise sind die S. exscapa - Polster auf diesem Standort so gut angepasst, dass auch die großen Polster wenig Beschädigung zeigen. Die Art scheint, verglichen mit Minuartia sedoides und Saxifraga bryoides, die größte Präferenz für die südexponierte Untersuchungsfläche zu haben. Gründe für das unterschiedliche Beschädigungsausmaß der drei untersuchten Arten sind zum einen in ihrer unterschiedlichen Höhen-Verbreitungsgrenze zu suchen. Die klimatischen Anpassung und das daraus resultierende jeweilige Nischenoptimum unterscheidet sich vor allem zwischen der nivalen Art S. bryoides (PAULI et al., 1999) und den alpin-subnivalen Arten (PAULI et al., 2007) S. exscapa und M. sedoides. S. bryoides scheint an die klimatischen Bedingungen der Südflanke weniger gut angepasst zu sein als S. exscapa und M. sedoides. Letztere befinden sich auf der Untersuchungsfläche in ihrem Nischenoptimum. Vor allem die geringe Beschädigung bei Silene exscapa entspricht daher den Erwartungen. Zum anderen kann auch die verschiedene Wuchsform eine unterschiedliche Anpassung an die jeweilige Exposition mit sich bringen. Kompakte Polster – wie jene von S. exscapa und M. sedoides können ihr Eigenklima derart verbessern, dass ein übermäßiger Wärmeverlust in Kaltphasen verhindert wird. Dadurch können einerseits Frostereignisse nach frühzeitiger Ausaperung auf der Südflanke besser ertragen werden. Andererseits haben kompakte Polster auch eine verbesserte Fähigkeit der Wasserspeicherung im Polsterinneren und können so trockene Phasen leichter bewältigen und warme Temperaturen durch erhöhte Transpirationskühlung ausgleichen. Nach BUCHNER et al. (2007) besteht für kompakte Polster jedoch auch ein größeres Risiko Hitzeschäden zu erleiden. In den nächsten Jahren wird eine Steigerung von Temperatur-Extremen – ausgelöst durch den globalen Klimawandel – erwartet (WAGNER, 1996 in BUCHNER et al., 2007). Daher wäre es gut, bereits bestehendes Wissen über die Empfindlichkeit von Pflanzenarten auf Sommer-Frostereignisse und Überhitzung zu vertiefen (KÖRNER und ALSOS, 2009). Weiterführende Forschungen im Bereich der klimainduzierten pflanzenphysiologischen Reaktion und der Änderung von Verbreitungsgrenzen von Pflanzen werden deshalb notwendig sein und können an diese Arbeit anknüpfen.