title: Habitatverbreitung und Populationsgenetik von Salix-Arten der Flussaue in Raum und Zeit - Renaturierungsgrundlagen für Weichholzauen an der Elbe
title: Habitat distribution and population genetics of riparian Salix species in space and time – a restoration framework for softwood forests along the Elbe River
Creators: name: Mosner, Eva
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2012
Subjects: subject: Experiment
subject: Modellierung
subject: Ecology
subject: FOS: Biological sciences
subject: Population genetics
subject: Habitatverbreitungsmodelle
subject: Hochwasserschutz
subject: Riparian softwood forests
subject: Pflanzen (Botanik)
subject: Weide
subject: Populationsbiologie
subject: Fluss
subject: Floodplain
subject: Floodplain restoration
subject: Aue
subject: Genetik
subject: Elbe
subject: Klimaänderung
subject: Renaturierung
subject: Naturschutz
subject: Ökologie

description: Riparian softwood forests belong to
      the most endangered vegetation types in Central Europe due to
      diverse river management measures (e.g. dyking, river
      training, etc.). As unmodified hydro-geomorphic processes
      along rivers are widely lacking, which are necessary to
      create competition-free establishment sites, natural
      regeneration of the respective species is almost absent.
      Hence, restoration measures are required but are a
      challenging task given species’ ecological requirements as
      well as the different interests of economy, society, and
      nature conservation. My thesis was conducted within the
      framework of a project to develop a concept for the
      establishment of riparian softwood forests combining
      ecological and flood protection issues along the Middle Elbe
      River. Main aims were to investigate ecological as well as
      population genetic aspects of riparian softwood forest
      species to deliver a basis for improving the success of
      restoration measures such as plantings. Five studies were
      conducted dealing with different aspects of riparian softwood
      forest restoration. In the first study the ecological
      relationships of distribution patterns of riparian softwood
      forests and hydrological variables were examined on the basis
      of habitat distribution models, which were developed for two
      softwood vegetation types as well as two age classes. They
      revealed that hydrological variables are significantly
      related to and substantially determine species distribution.
      Based on the observed ecological patterns advices are given
      for the selection of suitable planting sites. In the second
      study, an experimental approach, potential effects of
      competition and biomass loss on the regeneration capability
      of vegetative propagules, i.e. cuttings, of diverse riparian
      Salix species were tested. It revealed that cuttings,
      similarly as seedlings, are prone to competition mainly due
      to demands for light, indicating that competition should be
      eliminated during establishment phases to increase the
      success of planting measures. The additionally tested
      resprouting ability of the species disclosed vigorous growth
      capacities of all investigated floodplain species making them
      particularly suitable for restoration purposes. Since much
      debate exists on softwood forest restoration plantings from a
      flood protections point of view the third study was conducted
      to assess the effect of riparian softwood forest plantings on
      flooding risk combining habitat distribution models as well
      as a two-dimensional hydraulic-numerical model. With this
      approach we could demonstrate that it is possible to identify
      sites which meet the criteria of both ecological as well as
      hydraulic suitability. Hence, substantial potential for
      “safe” plantings can be expected in managed river-floodplain
      systems. The fourth study dealt with possible effects of
      climate change on habitat distribution of riparian softwood
      forest species. While current conditions still disclose large
      potential for softwood forest restoration, habitat
      projections based on climate change induced hydrological
      alterations point to a further loss of suitable habitat in
      the future. Great uncertainty in habitat availability for
      restoration measures due to substantial variability in
      hydrological projections exists. However, this uncertainty
      should be implemented into restoration management to preserve
      riparian softwood forests in the long term. While current
      natural population structures and dynamics of riparian
      softwood forest species warn about an extremely critical
      condition regarding the long-term persistence of these
      vegetation types, results of the fifth study, a genetic
      population analysis, are less alarming. Clonal patterns and
      genetic diversity of Salix viminalis as a model species were
      investigated as basis for the selection of suitable planting
      material. Though clonal structures were prevalent no
      dominance of single clones was detected. Levels of genetic
      diversity were generally high and no negative effects of
      floodplain or stand fragmentation on diversity levels were
      found. From the observed genetic patterns, advices for the
      selection of planting material are deduced. Overall, the
      results presented in this thesis deliver a sound basis for
      the restoration of riparian softwood forests based on
      reforestation. Given the restricted sustainability of these
      measures additionally other restoration approaches should be
      considered enabling the “re-dynamisation” of the floodplain
      and hence the self-preservation of riparian softwood
      forests.
description: Weichholzauenwälder zählen zu den
      am stärksten bedrohten Vegetationstypen in Mitteleuropa,
      bedingt durch Maßnahmen zur Flussbewirtschaftung. An den
      meisten Flüssen fehlen unveränderte, hydrogeomorphologische
      Prozesse weitestgehend, welche notwendig sind, um
      konkurrenzfreie Etablierungsstandorte zu schaffen. Eine
      natürliche Regeneration der Weichholzauenarten ist daher kaum
      noch zu beobachten und somit sind Renaturierungsmaßnahmen
      dringend notwendig. Diese stellen jedoch vor dem Hintergrund
      unterschiedlicher Nutzungsinteressen von Wirtschaft,
      Gesellschaft und Naturschutz und wegen der ökologischen
      Ansprüche der Arten eine besondere Herausforderung dar. Ich
      habe meine Doktorarbeit im Rahmen eines Projektes erstellt,
      das die Entwicklung eines Konzepts zur Wiederansiedlung von
      Weichholzauen an der Mittleren Elbe unter Berücksichtigung
      ökologischer und hochwasserschutztechnischer Belange zum Ziel
      hatte. In verschiedenen Untersuchungen habe ich mich
      ökologischen sowie populationsgenetischen Aspekten
      verschiedener Weichholzauenarten gewidmet. Die Ergebnisse
      stellen eine wissenschaftliche Grundlage für
      Pflanzungsmaßnahmen dar, um deren Erfolg zu verbessern. Meine
      Doktorarbeit beinhaltet fünf Studien, die sich mit
      verschiedenen Fragestellungen zur Weichholzauenrenaturierung
      beschäftigen. In der ersten Studie wurden die ökologischen
      Zusammenhänge zwischen den Verbreitungsmustern der
      Weichholzaue und hydrologischen Variablen untersucht,
      basierend auf Habitatmodellen für zwei Vegetationstypen und
      zwei unterschiedliche Altersklassen. Die Modelle zeigten,
      dass die hydrologischen Variablen die Habitatverbreitung
      signifikant und zu großen Teilen erklären. Auf Grundlage der
      beobachteten ökologischen Muster werden Ratschläge für die
      Auswahl geeigneter Standorte für Pflanzungen gegeben. In der
      zweiten Studie, einem experimentellen Ansatz, wurden mögliche
      Effekte von Konkurrenz und Biomasseverlust auf die
      Regenerationsfähigkeit von Stecklingen verschiedener
      Salix-Arten getestet. Es zeigte sich, dass diese anfällig für
      Konkurrenz sind und zwar vor allem hinsichtlich jener um
      Licht. Dies weist darauf hin, dass Konkurrenz während der
      Etablierungsphase möglichst vermieden werden sollte, um den
      Erfolg von Pflanzungsmaßnahmen zu erhöhen. Die zusätzlich
      getestete Wiederaustriebsfähigkeit der untersuchten Auenarten
      zeigte enorme Wachstumskapazitäten. Daraus lässt sich
      folgern, dass Stecklinge für Pflanzungsmaßnahmen besonders
      geeignet sind. Da Pflanzungsmaßnahmen wegen ihres
      vermeintlichen Hochwasserrisikos Gegenstand vieler
      Diskussionen sind, wurde die dritte Studie durchgeführt, um
      die Effekte von Weichholzauenpflanzungen auf das
      Hochwasserrisiko zu überprüfen. Hierfür wurden Habitatmodelle
      mit einem zweidimensionalen hydraulisch-numerischen Modell
      kombiniert. Mittels dieses Ansatzes konnten wir zeigen, dass
      es möglich ist, Standorte zu identifizieren, die sowohl den
      Kriterien zur ökologischen als auch zur hydraulischen Eignung
      entsprechen. Schlussfolgernd kann ein bedeutendes Potenzial
      für „sichere“ Pflanzungen in wirtschaftlich genutzten
      Flussauensystemen erwartet werden. In der vierten Studie habe
      ich mögliche Auswirkungen des Klimawandels auf die
      Habitatverfügbarkeit von Weichholzauenarten untersucht.
      Während die jetzigen Umweltbedingungen immer noch ein großes
      Potenzial für die Renaturierung von Weichholzauen aufweisen,
      zeigen Zukunftsprojektionen von Weichholzauenhabitaten, die
      auf durch den Klimawandel induzierten hydrologischen
      Veränderungen beruhen, einen Verlust von geeignetem Habitat.
      Dabei besteht vor allem eine große Unsicherheit bezüglich der
      Habitatverfügbarkeit für Renaturierungsmaßnahmen aufgrund der
      großen Variabilität der hydrologischen Projektionen. Dennoch
      sollte diese Unsicherheit für Renaturierungsmaßnahmen
      berücksichtigt werden, um Weichholzauen auch in Zukunft zu
      erhalten. Die gegenwärtigen natürlichen
      Populationsstrukturen/ –dynamiken der Weichholzauenarten
      weisen auf einen extrem kritischen Zustand hin, der die
      Langzeitpersistenz dieses Vegetationstypus in Frage stellt.
      Die Ergebnisse der fünften Studie, einer genetischen
      Populationsanalyse, sind weniger alarmierend. Hierfür habe
      ich die klonalen Muster sowie die genetische Diversität von
      Salix viminalis als Modellart untersucht. Obwohl klonale
      Strukturen verbreitet auftraten, war keine Dominanz einzelner
      Klone festzustellen. Die genetische Diversität der Bestände
      war prinzipiell hoch und es waren keine negativen Effekte der
      Auen- oder Bestandsfragmentierung hierauf erkennbar. Aus den
      beobachteten Mustern lassen sich Ratschläge für die Auswahl
      von Pflanzungsmaterial ableiten. Insgesamt liefern die in
      dieser Arbeit präsentierten Ergebnisse eine solide Grundlage
      für Renaturierungsmaßnahmen von Weichholzauen auf der Basis
      von Pflanzungen. Da jedoch die Nachhaltigkeit solcher
      Maßnahmen sehr eingeschränkt ist, sollten ergänzend andere
      Maßnahmen zur Auenredynamisierung in Betracht gezogen werden,
      um dauerhaft den Selbsterhalt von Weichholzauen zu
      ermöglichen.