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Therophytenreiche Ruderal- Und Segetalgesellschaften Der Feldbach-Region Und Ihre Eignung Als Klimazeiger

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Therophytenreiche Ruderal- Und Segetalgesellschaften Der Feldbach-Region Und Ihre Eignung Als Klimazeiger Therophytenreiche Ruderal- und Segetalgesellschaften der Feldbach-Region und ihre Eignung als Klimazeiger mit einer Vegetationstabelle als Beilage Magisterarbeit eingereicht von Verena Denk, Bakk. rer. nat. Institut für Pflanzenwissenschaften der Karl-Franzens-Universität Graz Bereich Systematische Botanik und Geobotanik Betreut durch Dr. Christian Berg Graz, im Juli 2012 Wir leben in einem gefährlichen Zeitalter. Der Mensch beherrscht die Natur, bevor er gelernt hat, sich selbst zu beherrschen . Albert Schweitzer II Danksagung An dieser Stelle möchte ich mich bei Herrn Dr. Christian Berg für seine unermüdliche und hervorragende Betreuung bei der Verfassung meiner Arbeit bedanken. Außerdem möchte ich mich bei Anton Drescher, Martin Magnes und Martin Grube bedanken, die mir immer wieder mit Rat und Tat zur Seite standen. Besonderer Dank gilt meinen Eltern die mir das Studium ermöglicht haben und mich immer in meinen Vorhaben unterstützt und bestärkt haben. Herzlich danken möchte ich auch meinem Freund der mir Prüfungspläne angefertigt und Deadlines gesetzt hat, ohne ihn hätte ich das Studium nicht so schnell beenden können. Außerdem danke ich ihm, dass er auch in schwierigen Zeiten immer die richtigen Worte gefunden hat und bei meiner R- Einschulung nicht verzweifelt ist. Danken möchte ich auch Thomas Kabas vom Wegener Zentrum für die Bereitstellung der Klimadaten. Meinen lieben StudienkollegenInnen möchte ich für die VIELEN geselligen, lustigen und motivierenden KAFFEEPAUSEN danken. Dank gilt auch meinem Moped, das mich trotz tausender Kilometer nie im Stich gelassen hat. III Inhalt 1 Einleitung - 1 - 1.1 Der Klimawandel und seine Folgen - 1 - 1.2 Therophytenreiche Ruderal- und Segetalgesellschaften - 2 - 1.3 Regionale Klimaforschung in der Feldbach-Region - 2 - 1.4 Fragestellung - 2 - 2 Untersuchungsgebiet und WegenerNet - 3 - 2.1 Lage und Abgrenzung - 3 - 2.2 Geologie - das oststeirische Tertiärbecken - 5 - 2.3 Böden - 7 - 2.4 Klima - 8 - 2.4.1 Klimawandel in der Südoststeiermark - 9 - 2.5 Struktureller Überblick über den Bezirk Feldbach - 11 - 2.6 Pionierexperiment WegenerNet Klimastationsnetz - 12 - 2.6.1 Messnetzdesign - 12 - 2.6.2 Gemessene Parameter - 13 - 3 Methodik - 14 - 3.1 Erfassung der Ruderalgesellschaften - 14 - 3.2 Tabellenarbeit und Klassifikation - 16 - 3.3 Ökologische Zeigerwerte nach Ellenberg - 16 - 3.3.1 Temperaturzahl (T) - 17 - 3.4 Klimadaten des WegenerNet - 18 - 3.5 Statistische Auswertung - 19 - 3.5.1 Lineare Regression und Multiple lineare Regression - 19 - 3.5.2 Logistische Regression - 20 - 3.5.3 DCA (Detrended Correspondence Analysis) - 21 - 3.5.4 Verbreitungskarten von Neophyten und Ruderal- und Segetalgesellschaften - 21 - 4 Ergebnisse - 22 - 4.1 Die Ruderal- und Segetalgesellschaften im UG - 22 - 4.1.1 Klasse: Polygono arenastri-Poetea annuae - 23 - IV 4.1.2 Klasse: Stellarietea mediae - 25 - 4.1.3 Klasse: Artemisietea vulgaris - 31 - 4.2 Ergebnisse der Statistischen Auswertung - 33 - 4.2.1 Abhängigkeit der Vegetation vom Klima - 33 - 4.2.2 Verhalten der Pflanzengesellschaften gegenüber Klimadaten - 39 - 4.2.3 Temperatur-Optimum einzelner Arten - 40 - 4.2.4 Verhalten der Arten entlang eines Temperaturgradientens - 41 - 4.3 Neophyten erobern die Südoststeiermark - 43 - 4.3.1 Klimabedingtes räumliches Muster von Neophyten - 44 - 4.4 Klimabedingtes räumliches Muster der Ruderal- und Segetalgesellschaften - 47 - 5 Diskussion - 51 - 5.1 Sind Ruderalgesellschaften als (regionale) Klimazeiger geeignet? - 51 - 5.1.1 Neophyten als Bioindikatoren für den Klimawandel - 53 - 5.2 Welche Parameter beeinflussen das Ergebnis? - 54 - 5.2.1 Untersuchungsgebiet - too small scaled? - 54 - 5.2.2 Zeitpunkt der Vegetationsaufnahme - 54 - 5.2.3 Dokumentation der Vegetationsveränderung - 55 - 5.2.4 Unterschiedliche Exposition von Klimastation und Aufnahme - 55 - 5.2.5 Diasporenbank - 56 - 5.3 Sind Ruderal- und Segetalgesellschaften gefährdet? - 57 - 5.4 Schlussfolgerung - 58 - 6 Zusammenfassung - 59 - 7 Abstract - 60 - 8 Literatur - 61 - 9 Anhang - 66 - V 1 Einleitung 1 . 1 Der Klimawandel und seine Folgen Der Klimawandel ist kein abstrakter Begriff mehr, er ist Realität geworden und ist heut zu Tage unter den KlimatologenInnen unumstritten. Der Anstieg der globalen mittleren Jahrestemperatur um 0,7 °C, seit dem letzten Jahrhundert, ist auf die anthropogene Emission sogenannter Treibhausgase zurückzuführen (RAHMSTORF & SCHELLNHUBER 2006). Szenarien in denen die CO 2- Konzentration in der Atmosphäre zukünftig weiter ansteigt, prognostizieren eine globale Temperaturerhöhung von 1,4°C bis 5,8°C in den nächsten hundert Jahren (GITAY et al. 2002). Von 1890 bis 1999 stieg die Jahrestemperatur in Österreich im Flachland um 1,22 °C an (AUER et al. 2001), d. h. die Jahrestemperaturzunahme in Österreich ist beinahe doppelt so hoch wie der globale Temperaturanstieg. Eine besonders sensible Klimaregion ist die Südoststeiermark. Arbeiten von KABAS et al. (2011a) und KABAS (2012) belegen die deutliche Erwärmung der Region im Zeitraum von 1971 bis 2007, dabei erreichen die Sommermonate ein Maximum von + 2,56 °C. Die Niederschlagswerte der letzten Jahrzehnte sind unverändert, obwohl HEINRICH (2005) diese Region als trockengefährdet ansieht. Studien zum Klimawandel verdeutlichen die Auswirkungen der globalen Erwärmung auf die Pflanzendecke. Eine Temperaturerhöhung führt zu einer früheren Keimung und Blütenbildung bei Pflanzen, wärmeliebendere Arten vollziehen eine Wanderbewegung Richtung Pole oder in höhere Gebirgslagen, außerdem beeinflusst die Temperaturzunahme die Zusammensetzung von Pflanzengesellschaften (WALTER et al. 2002). Ein besonderes Augenmerk sollte auf die zunehmende Verbreitung von invasiven Neophyten gelegt werden, da ihr Vorkommen mit den vorherrschenden klimatischen Gegebenheiten verbunden ist (ESSEL et al. 2009). Diese Veränderungen sind nicht nur auf globaler, sondern auch auf regionaler Ebene von großer Bedeutung, da das Auftreten der stark allergenwirkenden Beifuß-Ambrosie (Ambrosia artemisiifolia ) schon bei einer geringen Temperaturerhöhung möglich ist (ESSEL et al. 2009). - 1 - 1 . 2 Therophytenreiche Ruderal- und Segetalgesellschafte n Der Terminus Ruderalvegetation leitet sich von den lateinischen Wörtern rudus, ruderis (dt. Schutt, Mörtel) ab und geben Auskunft über die Standortspräferenz der Ruderalvegetation. Ruderalgesellschaften besiedeln anthropogen oder natürlich gestörte Standorte, wie beispielsweise Bahnanlagen, Straßenparketts und Schuttplätze. Bei Segetalgesellschaften erfolgt die Störung durch regelmäßige Bodenbearbeitung (MUCINA 1993), typische Standorte sind daher Äcker. Beide scheinen auf den ersten Blick eher durch menschliche Aktivitäten beeinflusst zu sein und daher als Klimazeiger ungeeignet, jedoch stellen sie auf Grund ihrer hohen Dynamik (species turnover) die Eintrittspforte für Neophyten dar (BRANDES 2007). Vermehrt dringen Neophyten wie Sorghum halapense , Panicum dichotomiflorum oder Setaria faberi in die Gesellschaften ein und verändern sie teilweise stark. Bei den an besonders hohe Dynamik angepassten Ruderal- und Segetalarten handelt es sich um annuelle Pflanzen, diese besitzen einen sehr kurzen Vegetationsrhythmus und können dadurch schnell auf Umweltveränderungen reagieren. 1 . 3 Regionale Klimaforschung in der Feldbach-Region Die Region Feldbach ist ein künstlicher Landschaftsausschnitt, mit einer Ausdehnung von ~20 x 15 km, zentriert um die Stadt Feldbach (Stmk/Österreich) im südoststeirischen Riedelland. Die Landschaft entspricht einer modernen Agrarlandschaft mit dem Schwerpunkt Ackerbau. Für die regionale Klimaforschung wurde im Jahr 2006 ein einzigartiges, zeitlich und räumlich hoch auflösendes Klimastationsnetz in der Region integriert. Das sogenannte WegenerNet umfasst 151 Klimastationen, die mit einer hohen Genauigkeit und in einer 5 Minuten Zeitauflösung meteorologische Daten übermitteln (siehe Kapitel 2.6). Damit ist der Klimawandel auf einer Skala von 1-10 km erfassbar (KIRCHENGAST et al. 2008). 1 . 4 Fragestellung Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die (I) therophytenreichen Ruderal- und Segetalgesellschaften der Feldbach-Region flächendeckend zu erfassen und zu charakterisieren. Unter Anwendung von Regressionsverfahren wird (II) nach signifikanten Zusammenhängen zwischen den vegetationskundlichen Daten und den Klimadaten gesucht, um zu überprüfen ob kurzlebige Ruderal- und Segetalgesellschaften als Klimazeiger geeignet sind. Des Weiteren sollen (III) räumliche Muster bzw. Verbreitungstendenzen kartographisch dargestellt werden, um mögliche Ausbreitungstendenzen zu prognostizieren. - 2 - 2 Untersuchungsgebiet und WegenerNet Das Untersuchungsgebiet, in Folge mit UG abgekürzt, entspricht exakt der flächenmäßigen Ausdehnung des WegenerNet. Das WegenerNet liegt im SO der Steiermark und erstreckt sich beinahe über den gesamten Bezirk Feldbach. Das Untersuchungsgebiet hat Anteil am oststeirischen Riedelland und nimmt Teile der Talböden des Vorlandes ein. Prägend für dieses Gebiet ist das Raabtal. Im UG besitzt das Raabtal eine West-Ost Orientierung (KABAS 2012). Abb. 1: Das Untersuchungsgebiet liegt im Oststeirischen Hügelland. (Karte: KABAS 2012 adaptiert nach LIEB ) 2 . 1 Lage und Abgrenzung Das UG zentriert sich um die Stadt Feldbach, mit einer rechteckigen Ausdehnung von ~ 20 km x 15 km. Die vier Eckpunkte des UG bilden im NW Kirchberg an der Raab, im NE Hatzendorf, im SW Gnas und im SE Kapfenstein (46.93°N/15.90°E). Insgesamt erstreckt sich das UG über 27 Gemeinden. Die West-Ost-Ausdehnung beinhaltet einen großen Teil des Raabtales und dessen Seitentäler.
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