Ecological effects of willow and poplar invasions at the Río Negro in northern Patagonia, Argentina

Species of the Salicaceae family, particularly Salix species and their hybrids, are typical invaders of river systems throughout the world with severe consequences for native ecosystems. Along Patagonian streams, riparian softwood forests structured by dominant invasive Salicaceae are increasing sig...

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Main Author: Thomas, Lisa
Contributors: Leyer, Ilona (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Doctoral Thesis
Language:English
Published: Philipps-Universität Marburg 2015
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Salicaceen, insbesondere verschiedene Salix-Arten und ihre Hybride, sind weltweit typische Invasoren von Flusssystemen und können schwerwiegende Folgen für heimische Ökosysteme hervorrufen. An den Flüssen Patagoniens nehmen Weichholzauwälder, die von invasiven Salicaceen dominiert werden, an Häufigkeit, Fläche und Artenvielfalt deutlich zu. So beobachtet man entlang des Río Negro in Nordpatagonien eine Invasion verschiedener holziger Pflanzenarten, die in den letzten Jahrzehnten dramatisch angestiegen ist. Dominant hierbei sind die Weiden des Salix alba L. - Salix fragilis L. Komplex, ein Hybrid dieses Komplexes und Salix babylonica L. und Populus spp. Zusätzlich breiten sich in letzten den Jahren Elaeagnus angustifolia Willd. und Tamarix spp. aggressiv aus. Die vorliegende Doktorarbeit liefert Daten zu möglichen Auswirkungen dieser Invasion auf Salix humboldtiana Willd., die einzige heimische Baumart am Río Negro. Vegetative Reproduktion spielt besonders für Salix fragilis und ihre Hybride eine wichtige Rolle bei der Besiedelung neuer Habitate und ist wohl der wichtigste Grund für ihre erfolgreiche Invasion. Diese Hypothese wurde in der ersten Untersuchungsreihe in einem Gewächshausversuch zur vegetativen Reproduktionsfähigkeit der heimischen Weidenart (S. humboldtiana) und der invasiven Salicaceen (S. × rubens, ein S. babylonica Hybrid und Populus spec.) unter verschiedenen Gradienten der Bodenbeschaffenheit und Feuchte getestet (Chapter 2). Beide invasive Weidenhybride zeigten eine bessere Wiederaustriebsfähigkeit und wuchsen signifikant besser als S. humboldtiana und Populus spec. Sie hatten mehr lebende Stecklinge sowie mehr und längere Triebe unter allen getesteten Bedingungen und bildeten mehr Biomasse (über- und unterirdisch) aus. Nach Entfernung der gebildeten Biomasse von den Stecklinge wurde in einem nachfolgenden Experiment die Wiederaustriebsfähigkeit dieser Stecklinge gemessen. Erneut hatten die Stecklinge der invasiven Weiden eine bessere Austriebsfähigkeit und Wachstumsperformance. Diese Ergebnisse zeigen, dass invasive Weiden eine erfolgreichere vegetative Reproduktion als die heimische Weidenart haben und ein höheres Potenzial für ein Wiederaustreiben nach Störungen besitzen. Diese Eigenschaften scheinen ein zentraler Faktor für ihre erfolgreiche Invasion zu sein stellen gleichzeitig eine mögliche Bedrohung für S. humboldtiana durch Verdrängung dar. In einer weiteren Untersuchung wurden Analysen der Altersstruktur und Wachstumsperformance in gemischten adulten Waldbeständen auf Flussinseln durchgeführt (Chapter 3). Die ausgewerteten 20 Bestände hatten ein relativ geringes, aber einheitliches Alter (im Mittel < 15 Jahre), was auf gemeinsame Etablierungsereignisse aller erfassten Arten weist. Die Analyse der Wachstumsperformance (Grundfläche, Baumhöhe, Kronendurchmesser, Kronenansatzhöhe) in adulten Beständen zeigte, dass invasive Weiden und Pappeln durch ihre Konkurrenzstärke in der Lage sind, die heimische S. humboldtiana aktiv zu verdrängen: Im adulten Stadium besaßen die invasiven Weiden beispielsweise deutlich größere Grundflächen und Kronendurchmesser. Adulte S. humboldtiana konnte häufiger am mittleren Flusslauf nachgewiesen werden, während die invasiven Weidenhybride am Flussoberlauf häufiger waren. Dies deutet auf einen flussabwärts gerichteten Invasionsprozess hin. Um das Kokurrenzpotenzial von invasiven holzigen Arten (Salicaceen, Elaeagnus, Tamarix) gegenüber S. humboldtiana zu ermitteln, wurden Habitatmodelle für unterschiedliche Altersklassen (Keimlinge, junge und alte Vegetation) entwickelt (Chapter 4). Dabei sollten die ökologischen Nischen und Zusammenhänge zwischen Artvorkommen und abiotischen Bedingungen (z.B. Überflutungsdauer, durchschnittlicher Wasserstand, Strömungsstärke) identifiziert werden. Daten zu den Arten (Vorkommen/ Nichtvorkommen) und erklärenden Umweltvariablen wurden mit einem stratifiziert-randomisierten Stichprobendesign auf 167 Plots gesammelt. Die Umweltvariablen Überflutungsdauer, Kiesanteil und Ort (Ober- bzw. Mittellauf) konnten am besten das Vorkommen der Arten beschreiben. Für alle Altersklassen ergab sich eine starke Nischenüberlappung der invasiven Arten, insbesondere der nicht-heimischen Salicaceen, mit S. humboldtiana. Auf keinen Standorten konnte ausschließlich S. humboldtiana nachgewiesen werden. Zusätzlich wurden multispektrale Satellitenbilder des Flussoberlaufes aus den Jahren 1986 und 2003 ausgewertet (Chapter 5). Daraus geht hervor, dass in dieser Zeitspanne Weichholzauwälder ihre Verbreitung um fast 150% ausdehnten, was höchstwahrscheinlich an einer explosionsartigen Verbreitung der nicht-heimischen Arten lag. Die Ergebnisse dieser Doktorarbeit können wie folgt zusammengefasst werden: Invasive Weiden haben eine signifikant bessere vegetative Reproduktion und Wiederaustriebsfähigkeit und eine bessere Performance im adulten Stadium als die heimische Weidenart sowie eine starke Nischenüberlappung mit dieser. Diese Ergebnisse verdeutlichen das hohe Konkurrenzpotenzial von invasiven Salicaceen und eine daraus resultierende mögliche Unterdrückung und Verdrängung von S. humboldtiana.