title: On the growth performance of two competing species in an Andean pasture of southern Ecuador - monitoring and simulations
title: Wachstumspotential von zwei konkurrierenden Arten auf einer Weidefläche in den Anden Süd-Ecuadors
Creators: name: Silva, Brenner Stefan Gomes
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2013
Subjects: Meteorologische Beobachtung
Fernerkundung
Geowissenschaften
Vegetation Modelling
Ecuador
Plant Physiology
Regenwald
Remote Sensing
Klima , Andenhochland
Modellierung
Bracken Fern
Vegetation
Climate Monitoring

description: Der Bergregenwald in den
      südöstlichen Anden von Ecuador mit seiner außergewöhnlich
      hohen Artenvielfalt und seinen wichtigen Ökosystemleistungen
      ist stark bedroht. Dies ist vor allem eine Folge von
      Klimaerwärmung und Landnutzungsänderungen. Auf Weideflächen
      erweist sich das landesübliche Abbrennen als nicht
      nachhaltige Pflegemaßnahme. Abbrennen begünstigt die
      Verbreitung von für die Weidewirtschaft kontraproduktiven
      Pflanzenarten. Dies führt zum Verlassen der stark
      verunkrauteten Weideflächen und zur weiteren Abholzung von
      natürlichen Waldgebieten. Bislang waren keine quantitativen
      Angaben über das Wachstumspotenzial der in Südecuador
      vorkommenden Nutzpflanzen und deren Konkurrenten unter
      lokalen Umweltbedingungen verfügbar. Damit fehlten
      wissenschaftliche Grundlagen zur Entwicklung Strategien,
      welche nachhaltige Weidewirtschaft und Waldschutz
      gleichzeitig ermöglichen. Daher war Ziel dieser Arbeit die
      Untersuchung des Wachstumspotenzials zwei konkurrierenden
      Pflanzenarten - der südliche Adlerfarn (Pteridium
      arachnoideum) und das Weidegras (Setaria sphacelata) - unter
      aktuellen und zukünftigen klimatischen Bedingungen. Die
      Ergebnisse sind Erkenntnisse und methodische Entwicklungen zu
      der bisher wissenschaftlich unerforschten Verunkrautung von
      Weideflächen durch den Adlerfarn in Südecuador. Im Rahmen der
      Arbeit wurde das Southern Bracken Competition Model
      (SoBraCoMo) entwickelt, auf die zu untersuchenden
      Pflanzenarten parametrisiert und validiert. Der Quellcode des
      Modells basiert auf state-of-the-art SVAT- (Soil Vegetation
      Atmosphere Transfer) und Vegetationsdynamik-Modellen.
      Verschiedene Feldmessungen und die Erhebung von
      meteorologischen Daten liefern neue standort- und
      pflanzenartspezifische Parameter für eine realitätsnahe
      Simulation. Zur Beobachtung des Wachstums nach Bränden und
      zur Erhebung meteorologischer Daten wurde ein experimentelles
      Untersuchungsgebiet eingerichtet. Um unter anderen
      artspezifischen Bodenbedeckungen zu erkunden, konnte ein
      Monitoringsystem mit Installation von Standard- und
      Infrarotkameras an einem Heliumballon entwickelt und
      eingesetzt werden. Die Ergebnisse weisen für aktuelle
      Klimawerte und ungestörte lokale Bedingungen (keine Beweidung
      / Trampeln, keine Beschattung) eine geringfügig höhere
      Wettbewerbsfähigkeit des Weidegrases aus. Es wird gezeigt,
      dass sich dieser Wachstumsvorteil bei einer weiteren
      Klimaerwärmung noch erhöhen würde. Da Feldbeobachtungen
      dennoch auf eine Verdrängung des Weidegrases hindeuten,
      müssen andere Faktoren für den Erfolg des Adlerfarns
      verantwortlich sein. Wahrscheinlichster Faktor hierfür ist
      die Beweidung selbst. Diese beeinträchtigt das Weidegras
      stärker als den Adlerfarn. Das Modell SoBraCoMo kann als
      hervorragende Grundlage für zukünftige wissenschaftliche
      Arbeiten auf diesem Gebiet eingesetzt werden.
description: The megadiverse tropical mountain
      forests in the southeastern Andes of Ecuador, including their
      biodiversity and ecosystem services, are severely threatened
      due to climate warming and the clearing of forests to produce
      pasture land. The common local practice of recurrent burning
      for pasture rejuvenation has proven to be non-sustainable,
      since it enables bracken fern to invade pastures, causing
      farmers to abandon heavily infested pastures and instead
      clear new tracts of natural forest. No quantitative
      information on the growth potential of pasture grass and
      bracken fern under current and future environmental
      conditions has yet been available for the Andes of Ecuador.
      The scientific basis required to understand bracken invasion
      has yet to be established. This scientific basis would enable
      the development of sustainable pasture management strategies.
      Such strategies would, in turn, help protect the remnants of
      natural forest. Consequently, the present work aims at
      investigating the growth potential of two competing species
      under current and future climate conditions. Outcomes provide
      new knowledge and methodological developments concerning
      pasture invasion by bracken fern in southern Ecuador. The
      method entails the development of a new model, the Southern
      Bracken Competition Model (SoBraCoMo), realistically
      parameterized and validated. The model code is based on
      existing Soil Vegetation Atmosphere Transfer (SVAT) and
      vegetation dynamic models to calculate the potential growth
      of two main competitors, the southern bracken fern (Pteridium
      arachnoideum) and the pasture grass (Setaria sphacelata).
      Extensive field measurements and proper meteorological
      forcing delivered new site and species-specific parameters
      for realistic productivity simulations of both species. An
      experimental site was established to observe pasture and
      bracken fern development under the practice of recurrent
      burning, and to provide atmospheric data for a realistic
      forcing of the developed model. A novel balloon-borne
      monitoring system was developed to detect species cover and
      provided new insights into post-fire canopy recovery. The
      main results demonstrate that, under current environmental
      conditions, Setaria has a slightly higher competitive growth
      potential under undisturbed conditions (no grazing,
      trampling, or light competition). Furthermore, this growth
      advantage of Setaria should most likely increase due to
      global warming. Because field observations show bracken
      infestation, however, other factors than those investigated
      should be responsible for the bracken fern’s current success.
      The most likely cause of bracken success to be investigated
      in the future is cattle browsing; although browsing
      continuously removes aboveground biomass, this disruption of
      the upper soil does not affect deep roots and rhizomes of
      bracken plants. The newly developed SoBraCoMo can now provide
      an excellent basis to implement new mechanisms like browsing
      for future simulations.