Responses of Arnica montana L. and montane Nardus grasslands to climate change in Central German Uplands
| dc.contributor.corporatename | Kassel, Universität Kassel, Fachbereich Architektur, Stadtplanung, Landschaftsplanung | |
| dc.contributor.referee | Rosenthal, Gert (Prof. Dr.) | |
| dc.contributor.referee | Leyer, Ilona (Prof. Dr.) | |
| dc.contributor.referee | Schrautzer, Joachim (Prof. Dr.) | |
| dc.date.accessioned | 2022-05-31T15:32:06Z | |
| dc.date.available | 2022-05-31T15:32:06Z | |
| dc.date.issued | 2022-02 | |
| dc.identifier | doi:10.17170/kobra-202205266240 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/123456789/13878 | |
| dc.language.iso | eng | eng |
| dc.relation.haspart | doi:10.1002/ece3.6259 | |
| dc.relation.haspart | doi:10.1111/plb.13306 | |
| dc.relation.haspart | doi:10.1111/avsc.12617 | |
| dc.rights | Namensnennung 4.0 International | * |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ | * |
| dc.subject | Klimawandel | ger |
| dc.subject | Arnica montana | ger |
| dc.subject | artenreiches extensives Berggrünland | ger |
| dc.subject | Borstgrasrasen | ger |
| dc.subject | Management | ger |
| dc.subject | Funktionsmerkmale | ger |
| dc.subject | Fitness | ger |
| dc.subject | Resilienz | ger |
| dc.subject | climate change | eng |
| dc.subject | Arnica montana | eng |
| dc.subject | semi-natural mountain grasslands | eng |
| dc.subject | Nardus grasslands | eng |
| dc.subject | management | eng |
| dc.subject | plant functional traits | eng |
| dc.subject | plant fitness | eng |
| dc.subject | resilience | eng |
| dc.subject.ddc | 570 | |
| dc.subject.ddc | 580 | |
| dc.subject.swd | Deutschland | ger |
| dc.subject.swd | Klimaänderung | ger |
| dc.subject.swd | Arnika | ger |
| dc.subject.swd | Hochland | ger |
| dc.subject.swd | Grünland | ger |
| dc.subject.swd | Borstgras | ger |
| dc.subject.swd | Management | ger |
| dc.subject.swd | Pflanzenökologie | ger |
| dc.subject.swd | Stressreaktion | ger |
| dc.subject.swd | Resilienz | ger |
| dc.title | Responses of Arnica montana L. and montane Nardus grasslands to climate change in Central German Uplands | eng |
| dc.type | Dissertation | |
| dc.type.version | publishedVersion | |
| dcterms.abstract | Species-rich montane Nardus grasslands and their characteristic and highly valued plant species arnica (Arnica montana L.) are two elements of low-intensively-used, species-rich mountain grassland in Central German Uplands. In times of present and future global change, new stressors, like those related to climate change, will come into action, and are predicted to lead to a further decline of Arnica montana and Nardus grasslands. This is of specific concern in lower mountain ranges, where species and habitats are naturally restricted in their altitudinal distribution and where possible refugee areas at higher elevations are limited. As one significant impact of climate change, drought events of different intensity within the growing period of grasslands in spring and summer are projected to be a major threat for semi-natural mountain grasslands and their already endangered plant species, like Arnica montana, that have a pronounced montane distribution. Species and, subsequently, the grassland community need to compensate negative impacts of climate change by adapting to the new environment in their current occurrences and by having a high resilience against these impacts, respectively. However, little is known about the functional trait responses and possible adaptations of the threatened mountain grassland plant species Arnica montana with regard to their intraspecific variability and about the community responses of Nardus grasslands to climate-change-related droughts. In this cumulative PhD thesis present, responses and the adaptability (adaptive plasticity) of Arnica montana via plant functional traits and the community level responses and resilience of Nardus grasslands to drought stress related to climate change were investigated. Chapter 1 investigates changes in the functional trait performance and variability of Arnica montana in its adult life stage, along a climate gradient from lower elevations with higher- to higher elevations with lower summer aridity and in relation to the grassland management. Results showed a strong positive relationship of most functional traits with reduced summer aridity at higher elevations, which indicates a higher trait performance level at montane sites with less summer aridity. The variability of traits decreased steadily with decreasing summer aridity, suggesting less environmental stress for Arnica montana at higher elevations. Management factors, however, had only a small influence on both performance and variability of Arnica’s functional traits. In Chapter 2 I evaluated in a greenhouse experiment the impact of drought-induced stress on Arnica montana seedlings in their early life stage establishment phase. Together with survival, as a closely linked measure for fitness of an individual, above- and below-ground functional traits were identified that, on the one hand, are related to the species’ fitness decline and, on the other hand, may act as early-warning indicators for reduced fitness. Seedlings showed a high resistance to moderate drought, and senescence was higher and consecutive survival declined only under strong and extreme drought conditions. Based on the trait-survival relationships identified, declines in leaf length, leaf width, and leaf number were identified as sensitive response-indicator traits that indicated a fitness decline prior to a substantial increase in mortality. Chapter 3 studies the effects of extreme droughts on the community composition, diversity, Ellenberg indicator scores, and diagnostic species groups in species-rich Nardus grasslands, and investigates the associated mechanisms of vegetation change. Drought effects were investigated in three consecutive years by a rainout shelter experiment with different levels of rainfall reduction. Nardus grasslands responded with significant changes in species abundance and community structures, which also triggered changes in Ellenberg indicator scores and several species groups. Changes were largely driven by the high ambient drought level but occurred with a considerable time lag. Taken together, the findings of this thesis enhance our knowledge about the responses of Arnica montana and montane Nardus grasslands, as a representative mountain grassland type, to climate change, and about their relationship to management strategies. Specifically, Arnica montana has the potential to adapt to altered environmental condition in the short term via changes in plant functional traits, but these changes constitute, at the same time, a lower performance level of fitness-related traits, which can lead to a long-term decline in fitness at the individual and population level. The findings at the community level of Nardus grasslands, moreover, indicate a certain resilience of the community to climate-change-related droughts. Overall, the insights gained from the studies can contribute to the development of climate-change-adapted conservation concepts, and can inform habitat- and species-management measures. | eng |
| dcterms.abstract | „Artenreiche montane Borstgrasrasen“ und ihre charakteristische Pflanzenart Arnika (Arnica montana L.) sind zwei naturschutzfachlich wertvolle Elemente des extensiv genutzten, artenreichen Berggrünlands in deutschen Mittelgebirgsregionen. Im Zuge des Klimawandels besteht in diesen Regionen für den Lebensraum und die Art jedoch kaum Ausweichpotenzial in höhere Lagen, weshalb negative Klimawandelauswirkungen (u. a. durch Hitze- und Trockenereignisse im Frühjahr und Sommer) möglichst durch Anpassungen am aktuellen Standort bzw. eine hohe Resilienz des Ökosystems kompensiert werden müssten. Inwieweit sich jedoch Pflanzenarten des Berggrünlands im Rahmen ihrer innerartlichen Diversität – im Sinne einer adaptiven Plastizität und Variabilität – und die Grünlandvegetation als Gesamtheit an solche Veränderungen anpassen können, ist weitgehend ungeklärt. In der vorliegenden kumulativen Dissertation wurden zum einen Reaktionen und Anpassungspotenziale von Arnika mittels sensitiv reagierender Funktionsmerkmale (plant functional traits) an Auswirkungen des Klimawandels und zum anderen die Einflüsse von Klimawandel-induzierter Trockenheit auf die Pflanzengesellschaft der Borstgrasrasen untersucht. In Kapitel 1 werden Ergebnisse zu der Frage dargestellt, ob und in welchem Maße Arnika entlang eines rezenten Klimagradienten der Sommeraridität – ausgehend von Populationen der Tieflagen mit hoher bis in die der Hochlagen mit geringer Sommeraridität – Performanz- und Variabilitätsveränderungen von fitnessrelevanten Funktionsmerkmalen zeigt und ob diese Reaktionen auch durch das Managementregime beeinflusst werden. Es zeigte sich, dass adulte Individuen von Arnika das Potenzial zur plastischen Veränderung vieler fitnessrelevanter Funktionsmerkmale besitzen und sich diese Veränderungen weitestgehend auf die Veränderung der Sommeraridität zurückführen lassen. Einen deutlich untergeordneten Einfluss auf die veränderte Performanz und Variabilität der untersuchten Funktionsmerkmale besitzen das Managementregime sowie ergänzend getestete Vegetations- und Bodenparameter. Kapitel 2 beleuchtet die Einflüsse von Trockenstress auf den Wuchs und das Überleben von Arnika-Keimlingen im Zeitraum der kritischen Phase der Jungpflanzenetablierungs, um im gleichen Zuge potenziell geeignete Funktionsmerkmale als Frühwarnindikatoren für den Fitnessverlust der Art zu identifizieren. Arnika-Keimlinge reagierten in den meisten Funktionsmerkmalen mit einem deutlichen Performanzverlust gegenüber erhöhter Trockenheit. Auch die Überlebenswahrscheinlichkeit der Keimlinge und Anzeichen von Seneszenz wurden signifikant durch das Trockenheitsniveau beeinflusst. Auf Grundlage der identifizierten Reaktionen, war es möglich besonders sensitiv reagierende Funktionsmerkmale (u.a. eine geringe Blattlänge und -breite sowie eine reduzierte Blattanzahl) als Frühwarnindikatoren für den Performanzverlust von Arnika zu bestimmen. In Kapitel 3 werden die Effekte von extremer Trockenheit auf die Diversität und Artenzusammensetzung artenreicher Borstgrasrasen untersucht. Die Ergebnisse des Freilandexperiments zeigten, dass sich in Folge der zum Teil extremen Trockenheit signifikante Veränderungen in der Abundanz von Arten und Vegetationsstrukturen ergeben. Diese Veränderungen wurden dabei maßgeblich durch das hohe natürliche Trockenheitsniveau im Experimentzeitraum als durch die zusätzliche experimentelle Niederschlagsreduktion ausgelöst und traten erst zeitlich verzögert in den Folgejahren nach den Trockenheitsphasen auf. Die Eegebnisse zeigen, dass Auswirkungen der untersuchten Klimawandelfaktoren signifikante Reaktionen von Arnika und des Ökosystems Borstgrasrasen auslösen. Arnika besitzt demnach sowohl als Keimling als auch als adulte Pflanze das Potenzial, sich mittels adaptiver Veränderungen fitness-relevanter Funktionsmerkmale an durch den Klimawandel veränderte Umweltbedingungen anzupassen und so für sie nachteilige Wuchsbedingungen zu kompensieren. Jedoch bedeuten diese Reaktionen einen Performanzrückgang, der sich langfristig nachteilig auf die Fitness der Individuen und darauf aufbauend ihrer Populationen auswirken kann. Die festgestellte Kurzzeit-Resilienz von Borstgrasrasen korrespondiert zum einen mit ihrer gleichlautenden gutachterlich eingeschätzten Klimawandelsensitivität und sollte zum anderen nicht zu einem beschleunigten Rückgang dieses Berggrünlandtyps in den nächsten Jahren führen. Es wäre somit Aufgabe des Naturschutzes und der Landschaftspflege, diesen festgestellten Veränderungen und Beeinträchtigungen prospektiv durch geeignete, die Effekte und Auswirkungen des Klimawandels beachtende Maßnahmen entgegenzuwirken. Insgesamt können die Erkenntnisse aus dieser Arbeit dazu beitragen, geeignete Konzepte und Maßnahmen zu entwickeln, um auch unter zukünftigen Bedingungen des Klimawandels Arnika und Borstgrasrasen zu erhalten. | ger |
| dcterms.accessRights | open access | ger |
| dcterms.creator | Stanik, Nils | |
| dcterms.dateAccepted | 2022-05-05 | |
| dcterms.extent | x, 192, 3 Seiten | |
| kup.iskup | false | |
| ubks.epflicht | true | |
| ubks.kumDiss | true |