Bodenschutz in Steillagen die Bedeutung der alpinen Vegetation

Dr. Erika HiltbrunnerBotanisches Institut der Universität Basel

Ein Viertel der CH-Landesfläche liegt oberhalb der WaldgrenzeEin Viertel der CH-Landesfläche liegt oberhalb der WaldgrenzeAlpine Ökosysteme umfassen rund eine Million HektareAlpine Ökosysteme umfassen rund eine Million Hektare

> ½ ist von Fels, Eis, Firn und Geröll bedeckt> ½ ist von Fels, Eis, Firn und Geröll bedeckt M.A.Jeger

ca. ¼ Viertel wird landwirtschaftlich genutzt ca. ¼ Viertel wird landwirtschaftlich genutzt (rund 2´500 km(rund 2´500 km22))

1960 1970 1980 1990 2000 2010Year

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

Nu m

ber

of a

nim

als

small ruminantsCattle

1960 1970 1980 1990 2000 2010Year

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

Nu m

ber

of a

nim

als

SheepGoats

?

Gesömmerte Tiere im Urserntal Talarchiv Andermatt

-695 -558-1143

-2196

-3655

-8567

-1401

+355

-10000

-8000

-6000

-4000

-2000

0

1000

Forest

Bushes

UnproductiveAgriculture (lowland)

Without vegetation

ha

-18`000 ha

Settlement

Traffic

Woods

Kulturlandverlust in den Schweizer Alpen Kulturlandverlust in den Schweizer Alpen zwischen 1979/85 and 1992/1997zwischen 1979/85 and 1992/1997

Flächen wurden früher als Wiesen und Weiden genutzt

Ch. Körner

Ch. Körner

Ergebnisse aus 3 StudienErgebnisse aus 3 Studien

‘‘Monitoring‘ StudieMonitoring‘ Studie Einfluss der alpinen Vegetation auf Oberflächenabfluss,Einfluss der alpinen Vegetation auf Oberflächenabfluss, SedimentabtragSedimentabtrag

Experiment (global change, Interaktionen von Einflussfaktoren) Experiment (global change, Interaktionen von Einflussfaktoren) Auswirkungen von klimatischer Erwärmung, erhöhtem Auswirkungen von klimatischer Erwärmung, erhöhtem Stickstoffeintrag und Trittbelastung auf alpine Stickstoffeintrag und Trittbelastung auf alpine RasengesellschaftenRasengesellschaften

Störungsexperiment (2003-2007)Störungsexperiment (2003-2007)3 Typen von Störungen 3 Typen von Störungen Einfluss auf pflanzliche Diversität, Produktivität, morphologische Einfluss auf pflanzliche Diversität, Produktivität, morphologische AnpassungenAnpassungen

182 Regensimulationen in alpinem Grasland ( 2050-2500 m a.s.l., 2 km182 Regensimulationen in alpinem Grasland ( 2050-2500 m a.s.l., 2 km22))

‘‘Monitoring‘ StudieMonitoring‘ Studie

Portable rain simulator (16 mm)Portable rain simulator (16 mm)

Total plant species richness 162 species

Per irrigated plot (means, SD)Total plant cover (%) 77.1 ± 21.0

Species richness 12.2 ± 3.7

Shannon diversity index 1.54 ± 0.45

Evenness index 0.62 ± 0.15

0 20 40 60 80 100 1200

5

10

15

L m

-2

0.01

0.10

1.00

10.00

100.00

g m-2

0 20 40 60 80 100 120

Vascular plant cover (%)Vascular plant cover (%)

Sediment loss (g mSediment loss (g m-2-2))

P<0.001 (n=107, >20% soil moisture) P<0.001 (n=182)

Water runoff (L mWater runoff (L m-2-2))

Diversity indices (Shannon, Evenness) were not directly correlated to runoff nor sediment loss.

Wa

t er

r un

off

(L m

Wa

t er

r un

of f

(L m

-2-2))

± se± se

Areas with dwarf shrubs Areas with dwarf shrubs p < 0.01 (n=57) p < 0.01 (n=57)

Dwarf shrub cover (%) Dwarf shrub cover (%)

ControlControl TramplingTrampling00

55

1010

1515

< 20 vol% (n=75)< 20 vol% (n=75)Soil moistureSoil moisture

00 2020 4040 6060 8080 10010000

55

1010

1515

13 dwarf shrub species (13 dwarf shrub species (CallunaCalluna, , EmpetrumEmpetrum, , LoiseleuriaLoiseleuria, , Vaccinium, SalixVaccinium, Salix))

> 20 vol% (n=107)> 20 vol% (n=107)

160 steps m160 steps m-2-2

Erwärmung

Tritt

3-faktorielles Experiment (2002-2005)Krummseggenrasen

N-Deposition 25 kg ha-1 a-1

Biomass 2005 Warming P<0.001N-addition P<0.001Trampling P<0.001Warming x Trampling P<0.05

0

100

200

300

400B

iom

ass

g m

-2

c->wc->c

0 kg N 25 kg N0

100

200

300

400

Necr

om

ass

g m

-2

0 kg N 25 kg N

Necromass

Biomass

-N +N+N-N

No trampling Trampling

n.s.

Biomass Harvest 2005

n.s.

N-addition kg N ha-1 a-1

Standardized by 2002 cover data

sen

=1

0

n=

10

n=

10

n=

10

n=

10

n=

10

n=

10

n=

10

100 cm3

0-~2.0 cm fully organic layerBulk density 0.71 ± 0.10 (sd)

~2.0-5.0 cm organic layerBulk density 0.74 ± 0.10 (sd)

77.2% ± 7.7 (sd) of the total root mass are fine and finest roots <1 mm

Rooting density 0-5cm

cool warm0

1000

2000

3000

4000

Fin

e ro

ot d

e ns i

ty [

g m

-2]

Lower: 2-5cmUpper: 0-2cm

cool warm cool warm

Lower: 2-5cmUpper: 0-2cm

cool warm

No trampling Trampling

-N -N +N+N

Fine roots density <1 mm

Fine roots 2005 (ANOVA; both layers)Warming P<0.01N-addition n.s.Trampling n.s.Warming x N-addition P<0.001

Soil layer P<0.001

± se

Störungsexperiment (2003-2007):Störungsexperiment (2003-2007):

20052005 20042004

•Clipping / Rasur 0.5 mClipping / Rasur 0.5 m22

•Wurzelschnitt/Transplantat (Wurzelschnitt/Transplantat (Ø 28 cm)Ø 28 cm)•Überschüttung 2 x 15 L /0.5 mÜberschüttung 2 x 15 L /0.5 m22

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Dec

kung

h.P

f l .[%

]

Verschuettet (2x) n=10Transplantat n=12; d=28cmRasiert (2x) n=10Kontrolle n=9, 10

Masterprojekt L.Reissig 2007

2003 2004 2005 2006 2007

P<0.001

Erste Ergebnisse aus dem Störungsexperiment 2003-2007

Störungen (2003, 2004)

Veränderte Artenzusammensetzung(z.B. Agrostis schraderiana, verschüttet)

Schlussfolgerungen

Geschlossene Pflanzendecke - effizienter ErosionsschutzFunktionelle Typen (z.B. Zwergsträucher) beeinflussen Oberfläcenabfluss

Unterirdische Biomasse widerspiegelt nicht die Veränderungen in der oberirdischen Biomasse (Feinwurzelmasse nimmt zu unter Erwärmung in Kombination mit erhöhtem N-Deposition)

Störungen (v.a Verschüttungen) - langfristige Auswirkungen auf die alpine Vegetation (Deckung, Biomasse, Artverschiebungen)

After 3 years of experimental After 3 years of experimental treatments treatments rain simulationsrain simulations were conductedwere conducted

cool warm0

5

10

15R

unoff (

L m

-2)

cool warm0

1

2

3

Sedim

ent

loss

(g m

-2)

± SE

cool warm0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

soil moisturesoil moisture(vol %)(vol %)

Tra

mp

ling

W p<0.001W p<0.001T n.s.T n.s.

Surface runoffSurface runoff Sediment lossSediment loss

Tri

ttT

rit

t

Runoff Warming P<0.001 Trampling P<0.001 LAI P<0.01 ( Soil moisture T P=0.104)

Multiple reg.model R2=0.769, n=79, P<0.001

Sed. loss Warming P<0.01 Trampling P<0.05

Multiple reg.model R2=0.364, n=77, P<0.01