Raum-zeitliche Artenmuster entlang von Stressgradienten - ein Simulationsmodell in Anlehnung an die Pflanzensukzession auf den trockengefallenen Aralseeböden

Mit einem gitterbasierten Simulationsmodell wurde die raum-zeitliche Vegetationsdynamik von sieben unterschiedlichen Pflanzentypen entlang von räumlichen Stressgradienten untersucht. Dabei war insbesondere von Interesse, welche Typen dauerhaft koexistieren und ob sich diese entla...

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Bibliographic Details
Main Author: Groeneveld, Jürgen
Contributors: Wissel, Christian (Professor) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:German
Published: Philipps-Universität Marburg 2003
Physik
Subjects:
Online Access:PDF Full Text
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Description
Summary:Mit einem gitterbasierten Simulationsmodell wurde die raum-zeitliche Vegetationsdynamik von sieben unterschiedlichen Pflanzentypen entlang von räumlichen Stressgradienten untersucht. Dabei war insbesondere von Interesse, welche Typen dauerhaft koexistieren und ob sich diese entlang des Transekts zonieren oder gemeinsame Verbreitungsgebiete haben. In den verschiedenen Simulationsexperimenten besiedelten perennierende Typen große Teile der verschiedenen Stressgradienten, je nach Szenarium in 25 bis 300 Jahren. Die Simulationen zeigten, dass die Dynamik der Besiedlung nicht allein von den Ausbreitungseigenschaften und den Stresstoleranzen der einzelnen Typen im Zusammenspiel mit dem räumlichen Verlauf des Stressgradienten bestimmt wird, sondern dass intra- und interspezifische Konkurrenz ganz entscheidend die Vegetationsdynamik beeinflussen. Abschließend sind thesenartig 14 zentrale Ergebnisse der Arbeit zusammengefasst: 1. Das räumliche empirische Artenmuster am Transekt Bayan am Aralsee besteht aus zwei Zonen, einer artenreichen Zone auf den älteren Flächen und einer artenarmen Zone auf den in den achtziger Jahren trockengefallenen Flächen. Dieses Phänomen motivierte die theoretische Untersuchung raum-zeitlicher Muster entlang von Stressgradienten. 2. In einem ausführlichen Literaturüberblick von Modellen zur Beschreibung von Artengemeinschaften wurde herausgearbeitet, dass räumlich explizite gitterbasierte und regelbasierte Simulationsmodelle sehr gut geeignet sind, um raum-zeitliche Artenmuster zu modellieren. 3. Mit einem partiellen Differentialgleichungsmodell nach DeAngelis und Post (1991) wurden die Bedingungen von Koexistenz und Zonierung entlang eines linearen Gradienten für ein Zweiartensystem exemplarisch untersucht. In diesem deterministischen Modell zonieren sich zwei Arten entlang eines Umweltgradienten, wenn die interspezifische Konkurrenz stark ist. 4. Für die Arbeit wurde ein räumlich expliziter, regelbasierter Simulator für bis zu acht verschiedene Pflanzentypen entwickelt, in dem Lotteriekonkurrenz der zentrale Prozess der Vegetationsdynamik ist. 5. Im Standardmodell, ohne Trade-off-Beziehungen, zeigt die Einartenanalyse, dass die Stresstoleranz der entscheidendste Parameter für eine erfolgreiche Etablierung sowohl des annuellen als auch des perennierenden Testtyps ist. 6. Im Standardmodell steigt die Zahl der koexistierenden Typen mit der Stärke der intraspezifischen Konkurrenz. Räumliche Zonierung verschiedener Typen stellt sich nur für sehr schwache intraspezifische Konkurrenz ein. 7. Unter Verwendung einer nichträumlichen globalen Samenbank, wie sie in zahlreichen Lotteriekonkurrenzmodellen verwendet wird, sinkt die Zahl der koexistierenden Typen für verschiedene Stärken der intraspezifischen Konkurrenz. Räumliche Aggregation bzw. Segregation der unterschiedlichen Typen erhöhen die Zahl der persistierenden Arten. 8. Sowohl für eine zufällige räumliche Verteilung der Stressbelastung (kleinskalige räumliche Heterogenität) als auch für eine nahezu homogene räumliche Stressverteilung nimmt die Artendiversität im Vergleich zum Standardszenarium ab. 9. Ein stufenförmiger Stressgradient führt zur Zonierung unterschiedlicher Typen. Unter starker intraspezifischer Konkurrenz findet man in wesentlichen Punkten eine Übereinstimmung der empirischen und modellgenerierten Artenmuster (Zonierung in eine artenreiche und eine artenarme Zone). 10. Eine Fragmentierung der stressfreien Bereiche des Transekts durch extrem saline Barrieren erhöht die Zahl der persistierenden Typen im Vergleich zum Standardmodell mit linearem Stressgradienten. 11. Ein Trade-off zwischen Stresstoleranz und Konkurrenzstärke erhöht die Diversität und macht die Zonierung der Typen entlang des Gradienten robuster gegenüber Erhöhungen der intraspezifischen Konkurrenz, welche sonst zu Überlappungen der Verbreitungsgebiete führt. 12. Im Trade-off-Modell ergeben sich in der Einartenanalyse die effektive Samenproduktion für einen zusätzlichen achten annuellen Testtyp und das maximale Alter für einen zusätzlichen achten perennierenden Testtyp als wichtigste Parameter für eine erfolgreiche Etablierung. 13. Ein weiterer Trade-off zwischen Fekundität und Langlebigkeit erhöht die Diversität nur im Zusammenspiel mit dem Trade-off zwischen Stresstoleranz und Konkurrenzstärke, andernfalls wird der stresstoleranteste annuelle Typ zu einer dominanten Superart. 14. Für gleiche Parametrisierungen und gleiche Anfangsbedingungen sind in fast allen Szenarien mehrere Typenzusammensetzungen am Ende einer Simulation möglich. Die Sukzession hängt von stochastischen Etablierungsereignissen ab und endet nicht in einem eindeutigen Klimaxstadium. Besonders für Sukzessionen in ariden Gebieten hängt der Verlauf der Sukzession von zufälligen Ereignissen, wie Dürre, ab. Dies unterstreicht die Wichtigkeit der Berücksichtigung stochastischer Prozesse bei der Beschreibung von Sukzessionsprozessen.
DOI:https://doi.org/10.17192/z2003.0660