Küresel değişime karşı türkiye çayırlarının iyileşme kapasitesi (rezilyansı) – Manisa örneklemi
Resilience of turkish grasslands in the face of global change – example of Manisa
Yazar: BEHLÜL GÜLER
Danışman: DOÇ. DR. EMİN UĞURLU
Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Botanik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Biyoloji = Biology ; Botanik = Botany

Özet:
Yarı-doğal çayırlar, doğal otsu vejetasyonun baskın olduğu, karbon depolama, yüksek kalitede hayvan yemi üretimi ve polinasyon gibi önemli görevlerin bulunduğu alanlardır. İnsanlık yararına önemli işlevlerin gerçekleştirilmesiyle birlikte küresel değişimin farklı etkilerine maruz kalırlar.

İklim değişimi küresel değişimin en önemli unsurlarından birisidir. Küresel olarak sera gazlarının artmasından dolayı sıcaklık ve kuraklık gibi ekstrem hava olaylarının sayısı ve sıklığı artmaktadır. İklimdeki bu değişimler bitki türlerini ve dolayısıyla bitki kommunitelerini etkileyebilmektedir. Bu şekilde zarar gören kommunitelere egzotik türler giriş yaparak istilacılığa sebep olabilmektedir. İklim değişimi ve istilacılık ile birlikte arazi kullanımı küresel değişiminin bir diğer önemli yönüdür. Çayırlarda uygulanan kesme seviyelerindeki farklılıklar, biyoçeşitlilik ve primer üretim ile birlikte ekosistem süreci ve dengesi üzerinde önemli bir rol oynamaktadır. 

Çayırlar kuraklık gibi ekstrem hava olaylarına karşı direnç gösteremeyerek kısa dönemli etkilenmeler gibi tepkiler verebilmektedir. Bununla birlikte kuraklık gibi ekstrem hava olaylarından dolayı oluşan bozulmalara karşı eski haline dönebilmeleri için iyileşebilme kapasiteleri bulunabilmektedir. Türkiye çayırları için kuraklığa karşı gösterilen direnç ve iyileşme kapasitesinin belirlenmesine yönelik daha önce yapılan bir çalışma bulunmamaktadır. 

Çayırlar birçok farklı türden oluşmaktadır. Biyoçeşitlilik ve ekoloji araştırmalarında tür zenginliği en uygulanabilir ve temsil kabiliyeti yüksek ölçüm yöntemidir. Bunun yanında farklı örneklik alan teknikleri bulunmakta ve aralarındaki bu farklılıkların daha iyi anlaşılması gerekmektedir. 

Tez çalışmasının iki temel amacı bulunmaktadır. Birincisi, iklim değişimi (kuraklık), istilacılık ve arazi kullanımının Türkiye'de bulunan yarı-doğal çayır sistemi üzerindeki etkilerini belirlemektir. İkincisi, çayırlık alanda farklı örneklik alan tekniklerinin tür zenginliği hesaplamaları üzerindeki etkisini belirlemektir. 

Arazi çalışması 2013-2015 yılları arasında Celal Bayar Üniversitesi kampüsünde bulunan yarı-doğal çayır sistemi üzerinde gerçekleştirilmiştir. Kuraklık manipülasyonu plastik seralar kullanılarak birinci büyüme sezonunun (2013)  2/5 ile 3/5 arasındaki zaman diliminde uygulanmıştır. İstilacılığın belirlenmesi için Senecio inaequidens DC. and Lupinus polyphyllus Lindl. istilacı türlerinin kuraklık manipülasyonu sonrası plantasyonu yapılmıştır. Bunun yanında birbirinden farklı yirmi istilacı türün tohumları araziye ekilerek istilacılık test edilmiştir. Arazi kullanımı etkisini belirlemek için kontrol grubu ile birlikte 3 cm ve 10 cm kesme yükseklikleri kullanılarak test edilmiştir.  

İkinci amaç için farklı örneklik alan teknilerinin tür zenginliği hesaplamaları üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Burada örneklik alan biçimlerinin (kare, dikdörtgen (1:4) ve ince dikdörtgen (1:16)) ve örneklik alan dağılımının (altblok, blok ve tüm alan) tür zenginliği üzerindeki etkisi 2688 adet örneklik alan kullanılarak test edilmiştir. 

Analizler kuraklık, istilacılık ve arazi kullanımını test etmek için örtüş, tür zenginliği ve toprak üstü biyokütle verileri kullanılarak yapılmıştır. Genel olarak örtüş verileri diğer parametrelere göre daha anlamlı sonuçlar ortaya koymuştur. Tür zenginliği ve biyokütle sonuçlarına göre, kuraklık, istilacılık ve arazi kullanımı tek faktör ve birleşik faktör olarak uygulandığında fonksiyonel gruplar bazında çayır sistemini etkilememiştir. Örtüş sonuçlarına göre kuraklık tek faktör olarak legümenlerin örtüş miktarını artırmış ama diğer grubunun miktarını azaltmıştır. Bununla birlikte diğer grubundaki azalma takip eden yıl iyileşme göstermiştir. Kuraklık ve istilacılık birlikte uygulandığında graminoidlerin örtüş miktarını olumlu yönde etkilemiştir. Senecio inaequidens DC. ve Lupinus polyphyllus Lindl. istilacı türleri arazi alanında iyi bir gelişim gösterememiştir. Benzer durum tohumdan ekilen diğer yirmi farklı istilacı tür için de tespit edilmiştir. Bu türlerin çoğunluğu ekildikten sonraki ilk iki hafta boyunca çimlenme başarısı göstermiş fakat daha sonra çiçeklenme başarısı gösteremeyerek ölmüştür.   
   
Örneklik alan tekniklerinin tür zenginliği üzerindeki etkisi bakımından kare ile dikdörtgen (1:4) biçimli örneklik alanlardaki tür zenginliği birbirinden az farkla ayrılmakta ve diktörtgenin uzamasıyla (1:16) birlikte tür zenginliği anlamlı derecede artmaktadır. Buna ek olarak, örneklik alan dağılımı biçiminden daha önemli olup dağılımın gerçekleştiği alan en önemli faktördür. 

Sonuç olarak, kuraklık legümenler ve diğer grubu üzerinde örtüş miktarı bakımından az bir etkiye sahip olmakla birlikte bu etki kuraklıktan sonraki yıl görülmemiştir. İstilacılık ve arazi kullanımı tek ve birleşik faktör olarak örtüş, tür zenginliği ve biyokütle bakımından çayır sistemi üzerinde bir etkiye yol açmamıştır. Bundan dolayı çayır sistemi dirençli ve iyileşebilen bir yapıda olup kommunite dengesini korumaktadır.

Abstract:
Semi-natural grasslands are dominated by natural herbaceous vegetation and play an important role e. g. in carbon storage, high quality primary production for livestock and pollination. They provide significant economic benefits for human well being, however, they are exposed to different pressures from global change. 

Climate change is one of the most important facets of global change. Due to global increase of greenhouse gases, temperature rises globally and extreme events such as drought are increasing in frequency and magnitude. Changes in climate can affect plant species and therefore change plant communities. Disturbed communities might be subject to invasion by introduced species. Besides climate change and invasion, land-use change is another important aspect of global change. Regarding grasslands, the difference in cutting height could play an impotant role for biodiversity and primary productivity with relevant effects on ecosystem functions and stability.  

Grasslands can react differently to extreme events such as drought, meaning that they can be affected on the short term and thus be not resistant. However, they might have the capacity to recover from a drought effect and thus be resilient. For Turkish grasslands, there are no studies that have evaluated the resistance or resiliance under drought. 

Grasslands are composed of many different plant species. For biodiversity and ecolgoy research, species richness is one of the most applicable and representative measurements. However, there are different sampling techniques of species richness and we need a better understanding if their differences matter.

The reserach of this thesis has two main goals. First, we assess the effects of climate change (drought), invasion and land use on semi-natural grassland systems in Turkey. Second, we evaluate the effects of species richness sampling techniques on speciess richness counts in the grassland system. 

The field experiment was conducted on semi-natural grassland system during the years of 2013-2015 in the campus of Celal Bayar University. Drought was simulated by plastic rain out shelters in the period from 2nd/5 to 3rd/5 of the growing season in the first year (2013). To determine the invasion effect two invader species were planted at the end of the drought season, i.e. Senecio inaequidens DC. and Lupinus polyphyllus Lindl. Invasion effect was also tested using twenty different species of invaders by adding their seeds to the grassland. To test the land use effect related to cutting height we carried out 3 cm and 10 cm cutting levels and abandonment.  

Regarding the second goal, we studied the effect of sampling techniques on species richness counts. Here, the effects of plot shapes (square, rectangle (1:4) and thin elongated (1:16)) and plot dispersions (subblock, block and site level) on speciess richness was tested using 2688 sampling units in the grassland site. 

Analysis were carried out to test the effect of drought, land use and invasion on plant cover, plant speciess richness and aboveground biomass of the grassland. Generally, cover estimates provided more meaningful results than the other parameters. According to the results, drought, invasion and land use as a single factor and also regarding their interaction had no effect on grassland system in terms of biomass and speciess richness including all functional groups. Drought as a single factor increased the cover of legumes but reduced the cover of forbs. However, the forbs recovered in the following year. The interaction of drought and invasion had significant positive effects on the cover of graminoids. However, invaders of Senecio inaequidens DC. and Lupinus polyphyllus Lindl. did not grow well in the grassland system. Similar results were obtained in the further add on experiment of invasion of twenty different species of invaders.  Most of them were able to germinate during the first two weeks but none of them came into flower at the end of season as they did not survive.

Regarding the effects of different sampling techniques on species richness counts, there are slight differences between square and rectangle (1:4) plot shapes but the difference gets more meaningful with an elongation of the rectangle (1:16). In addition to this, plot dispersion is more important than plot shape for the species richness count and the extent of dispersion was the most influencing factor.

In conclusion, drought has only low effect on the cover of legumes and non-legume forbs but there were no more differences in the year after drought. Neither the single factors, i.e. invasion and land use, nor their interaction had effect on the biomass production, the total plant cover or the species richness of the grassland system. Therefore we conclude that the grassland system is resilient and keeps community stability.