Spatiotemporal variation in the demography of perennial plants

Ein wichtiges Ziel ökologischer Forschung ist zu verstehen, wie Pflanzenpopulationen auf die räumliche und zeitliche Variabilität ihrer Umwelt reagieren. Kurzlebige Arten reagieren schnell auf Veränderungen in den Habitaten. Über die Auswirkungen auf die Populationsdynamik der langlebigen Arten ist wenig bekannt. Ich untersuchte die Populationsdynamik von zwei krautigen, ausdauernden Pflanzenarten. Eine Art, Trifolium montanum, wächst in Kalkmagerrasen in Mitteleuropa, und die andere Art, Heliconia metallica, im Tieflandregenwald in Peru. Während der letzten Jahrzehnte hat eine veränderte Landnutzung zu einem starken Verlust von Magerrasen in Mitteleuropa geführt. Ich untersuchte die Effekte von verminderter Qualität und zunehmender Fragmentierung der Habitate auf die Populationsdynamik der Kleeart Trifolium montanum L. in Nordhessen und Südniedersachsen. Das Populationswachstum nahm mit zunehmender Lichtkonkurrenz ab und war an Orten ohne Nutzung <1. Eine höhere Mortalität und eine geringere Blühwahrscheinlichkeit der großen Pflanzen waren dafür verantwortlich. Der Samenansatz wurde nicht von der Lichtkonkurrenz beeinflusst, nahm aber mit der lokalen Dichte der blühenden Pflanzen zu, bedingt durch eine höhere Bestäubung in dichten Populationen. In einem Anzuchtexperiment in einem Botanischen Garten nahm die Samenproduktion der Pflanzen mit der Isolation, und im Gegensatz zu früheren Studien auch mit der Größe und Dichte der Ursprungspopulation ab. Dieses Ergebnis war vermutlich die Folge von Inzuchteffekten aufgrund häufiger Bestäubung zwischen benachbarten und nahe verwandten Individuen in großen und dichten Populationen von T. montanum. In Simulationsmodellen von ungenutzten Populationen mit 100 blühenden Pflanzen dauerte es noch etwa 50 Jahre, bis die Populationen ausstarben. Populationen, die regelmäßig genutzt wurden, benötigten mindestens 60 blühende Pflanzen, um mit einer Wahrscheinlichkeit von 95% die nächsten 100 Jahre zu überleben. In Niedersachsen bestehen die meisten Populationen von T. montanum aus weniger als 50 blühenden Pflanzen. Viele Populationen auch von anderen langlebigen Arten dürften wegen der geringen Habitatqualität und ihrer geringen Größe gefährdet sein. Allerdings zeigen die Ergebnisse, dass das Aussterben einer Population bei langlebigen Pflanzen eine lange Zeit dauert. Die aktuelle Pflanzenvielfalt der Magerrasen ist daher nicht im Gleichgewicht mit der Habitatqualität und kann bei der naturschutzfachlichen Bewertung ein irreführender Indikator sein. Große Gebiete tropischer Regenwälder werden auch heute noch durch natürliche Prozesse geprägt. Krautige, klonale Pflanzen sind wichtige Bestandteile des Unterwuchses dieser Wälder. Allerdings ist kaum etwas über die Populationsdynamik dieser Pflanzen bekannt. Ich untersuchte in periodischen Matrix-Modellen den Einfluss von saisonaler und räumlicher Umweltvariation auf die Populationsdynamik der klonalen Pflanzenart Heliconia metallica Planchon & Linden ex Hooker während zwei Regen- und zwei Trockenzeiten in einem peruanischen Tieflandregenwald. Alle Populationen nahmen während der Regenzeit zu und der Trockenzeit ab. Die jährliche Zuwachsrate der nicht-überfluteten Populationen war <1 sowohl in den Kronenlücken als auch unter einem geschlossenen Kronendach. Das Populationswachstum an überfluteten Orten war etwa 1 unter einem geschlossenen Kronendach und war >1 in den jungen Kronenlücken. Die niedrigere Wachstumsrate an Orten ohne Überflutung war durch ein geringeres Überleben der Sprosse während der Trockenzeit verursacht. In stochastischen Simulationsmodellen war das Aussterberisiko von H. metallica-Populationen an Orten ohne Überschwemmung hoch. Das Aussterberisiko der Populationen an überfluteten Orten war gering und nahm mit der Frequenz der Bildung von Kronenlücken ab. Das Ausbringen von Samen an unbesiedelte Orte erhöhte die Keimlingsetablierung, insbesondere in Flächen, die zuvor experimentell gestört worden waren. Die Populationsdynamik von H. metallica wird von der Überflutung und der Bildung temporärer Kronenlücken stark beeinflusst. Das klonale Wachstum war entscheidend für das Überdauern der Populationen im Unterwuchs des Waldes, und die Besiedlung neuer Orte war durch die Ausbreitung der Samen an gestörte Orte limitiert. Der saisonale Wandel zwischen Regen- und Trockenzeit beeinflusste die Populationen stark. Während der letzten Jahrzehnte wurde eine zunehmende Länge der Trockenzeit in Amazonien beobachtet. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie deuten daraufhin, dass die klonale Lebensstrategie in Habitaten variierender Lichtverfügbarkeit erfolgreich ist, dass diese Strategie aber weniger geeignet ist, um lange Trockenperioden zu überdauern. Es ist daher möglich, dass die klimatischen Veränderungen zu einer Abnahme der weit verbreiteten klonalen Unterwuchspflanzen in Amazonien führen.