Forest ecosystem research in Hainich National Park (Thuringia) : first results on flora and vegetation in stands with contrasting tree species diversity

A floristic description is presented of the study sites of the Research Training Group “The role of biodi-versity for biogeochemical cycles and biotic interactions in temperate deciduous forests”. To investi-gate different aspects of plant biodiversity in Hainich National Park (Thuringia), deciduous forest stands with low, medium and high canopy tree species diversity were compared. The results of species richness and forest communities show that the research sites are characterised by a typical central European forest flora. Greater vascular plant species richness occurs with higher diversity of tree species. Six of altogether twelve research sites are assigned to the beech forest alliance (Galioodorati-Fagion), the second half belongs to the oak-hornbeam forest alliance (Carpinionbetuli). Suballiances within the Galioodorati-Fagion in the study area include the Galio-Fagetum and the Hordelymo-Fagetum. All Carpinionbetuli relevées are assigned to the suballiance Stellario-Carpinetum

Advanced Aboveground Spatial Analysis as Proxy for the Competitive Environment Affecting Sapling Development

Tree saplings are exposed to a competitive growth environment in which resources are limited and the ability to adapt determines general vitality and specific growth performance. In this study we analyzed the aboveground spatial neighborhood of oak [Quercus petraea (Matt.) Liebl.] and beech (Fagus sylvatica L.) saplings growing in Germany, by using hemispherical photography and terrestrial laser scanning as proxy for the competitive pressure saplings were exposed to. The hemispherical images were used to analyze the light availability and the three-dimensional (3D) point clouds from the laser scanning were used to assess the space and forest structure around the saplings. The aim was to increase the precision with which the biomass allocation, growth, and morphology of the saplings could be predicted by including more detailed information of their environment. The predictive strength of the models was especially increased through direct neighborhood variables (e.g., relative space filling), next to the light availability being the most important predictor variable. The biomass allocation patterns within the more light demanding oak were strongly driven by the space availability around the saplings. Diameter and height growth variables of both species reacted significantly to changes in light availability, and partly also to the neighborhood variables. The leaf morphology [as leaf-area ratio (LAR)] was also driven by light availability and decreased with increasing light availability. However, the branch morphology (as mean branch weight) could not be explained for oak and the model outcome for beech was hard to interpret. The results could show that individuals of the same species perform differently under constant light conditions but differing neighborhoods. Assessing the neighborhood of trees with highly precise measurement devices, like terrestrial laser scanners, proved to be useful. However, the primary response to a dense neighborhood seemed to be coping with a reduction of the lateral light availability aboveground, rather than responding to an increase of competition belowground. The results suggest continuing efforts to increase the precision with which plant environments can be described through innovative and efficient methods, like terrestrial laser scanning

Building in China - Study trip of the faculty of Civil Engineering of the HTWG Konstanz 2008

Im März 2008 führte die Fakultät Bauingenieurwesen der HTWG Konstanz eine studentische Exkursion nach China durch. Auf dem Programm standen interessante Baustellen Shanghai, Nanjing, Zhenjiang und Beijing sowie der Besuch von Hochschulen. Der Exkursionsbericht beschreibt die besuchten Bauvorhaben und gibt persönliche Eindrücke der Exkursionsteilnehmer wieder.In March 2008 the faculty of civil engineering of the University of Applied Sciences Konstanz, Germany, conducted a study trip for students of civil engineering to China. Construction sites and universities in Shanghai, Nanjing, Zhenjiang and Beijing have been visited. The report describes the places seen and reflects the personal impressions of the participants

Effects of drought and meteorological forcing on carbon and water fluxes in Nordic forests during the dry summer of 2018

The Nordic region was subjected to severe drought in 2018 with a particularly long-lasting and large soil water deficit in Denmark, Southern Sweden and Estonia. Here, we analyse the impact of the drought on carbon and water fluxes in 11 forest ecosystems of different composition: spruce, pine, mixed and deciduous. We assess the impact of drought on fluxes by estimating the difference (anomaly) between year 2018 and a reference year without drought. Unexpectedly, the evaporation was only slightly reduced during 2018 compared to the reference year at two sites while it increased or was nearly unchanged at all other sites. This occurred under a 40 to 60% reduction in mean surface conductance and the concurrent increase in evaporative demand due to the warm and dry weather. The anomaly in the net ecosystem productivity (NEP) was 93% explained by a multilinear regression with the anomaly in heterotrophic respiration and the relative precipitation deficit as independent variables. Most of the variation (77%) was explained by the heterotrophic component. Six out of 11 forests reduced their annual NEP with more than 50 g C m(-2)yr(-1)during 2018 as compared to the reference year. The NEP anomaly ranged between -389 and +74 g C m(-2)yr(-1)with a median value of -59 g C m(-2)yr(-1). This article is part of the theme issue 'Impacts of the 2018 severe drought and heatwave in Europe: from site to continental scale'.Peer reviewe

On the structure and diversity of herb-layer vegetation in deciduous forests with contrasting tree-species diversity

In dieser Dissertation wird der Frage nachgegangen, ob es Zusammenhänge zwischen Baumschichtvielfalt und sowohl Krautschichtdiversität als auch -produktivität in Laubwäldern gibt und welche Umweltfaktoren für diese maßgeblich sind. Diese Fragestellung ist insbesondere vor dem Hintergrund zu sehen, dass viele Waldbauprogramme die Entwicklung von Laubholzmischbeständen anstelle von Buchenreinbeständen vorsehen. Das Untersuchungsgebiet ist der Nationalpark Hainich in Thüringen. Leitende Hypothesen der Dissertation und zugehörige Ergebnisse: I. Die Diversität der Waldbodenvegetation wird von einer zunehmenden Vielfalt in der Baumschicht positiv beeinflusst. Auf den Untersuchungsflächen im Hainich stieg die Diversität der Waldbodenvegetation einschließlich Verjüngung mit einer zunehmenden Vielfalt der Baumschicht an. Es konnte gezeigt werden, dass die Krautschichtdiversität dabei maßgeblich indirekt über Baumarteneffekte beeinflusst wurde, welche die Umweltfaktoren Bodenazidität und Streuauflage veränderten. Dabei hatte ein geringerer Buchenanteil in der Baumschicht offensichtlich größere Auswirkungen als die Anzahl der Begleitbaumarten. Es wurde kein Zusammenhang zwischen der Krautschichtdiversität und der Lichtdurchlässigkeit des Kronendaches gefunden. Zudem hatte eine kleinräumige Licht- und Bodenheterogenität keinen Einfluss auf die Vielfalt der Krautschicht. Das Vorkommen zahlreicher Krautschichtarten stand in engem Zusammenhang mit der Baumschichtdiversität sowie mit Umweltparametern. II. Die Produktivität der Waldbodenvegetation ist positiv mit zunehmender Krautschicht- und Baumschichtvielfalt korreliert. Auf den Untersuchungsflächen im Hainich stieg die krautige Biomasse der Waldbodenvegetation mit einer zunehmenden Diversität der Baumschicht an. Die Produktivität der Krautschicht könnte hierbei von einer ansteigenden Nährstoffversorgung und Basensättigung sowie erhöhten Bodentongehalten gefördert worden sein. Gleichzeitig deutet sich an, dass ein zunehmender Buchenanteil die Krautschichtproduktivität hemmt. Ferner fanden sich positive Zusammenhänge zwischen Krautschichtbiomasse und Krautschichtdiversität. Dies könnte ein Hinweis darauf sein, dass eine steigende Krautschichtvielfalt die Krautschichtproduktivität auf den Untersuchungsflächen im Hainich fördert. Allerdings ist es besonders in langlebigen Waldökosystemen schwierig, die solchen Beziehungen zugrunde liegenden Mechanismen zu ergründen und beispielsweise Sampling-Effekte und Komplementaritätseffekte zu erkennen. III. Die Buche (Fagus sylvatica) wirkt sich als „Ökosystemingenieur“ besonders stark auf die zugrunde liegenden Ökosystemprozesse aus. Ökosystemingenieure verändern die physischen Eigenschaften der Umwelt in hohem Maße und beeinflussen dadurch die Zusammensetzung der Lebensgemeinschaften und die Funktion von Ökosystemprozessen. Unter den im Hainich vorkommenden Baumarten zeichnete sich die Buche zum einen durch ihre enge Beziehung zur Bodenvegetation aus, zum anderen wies keine andere der Baumarten auf den Untersuchungsflächen alle Eigenschaften auf, welche gebündelt die Konkurrenzstärke von Fagus sylvatica ausmachen, wie z. B. Schattentoleranz, Kronenplastizität und Fähigkeit zur effektiven Nährstoff- und Wasseraufnahme. Im Hainich konnte auch in solchen Beständen, in denen Fagus sylvatica nicht vorherrschend war, der starke Einfluss dieser Baumart auf physische Umweltfaktoren wie Streumächtigkeit und Oberbodenazidität festgestellt werden. Dies äußerte sich insbesondere dadurch, dass der Anteil keiner anderen Baumart derart eng mit den die Waldbodenvegetation beeinflussenden Umweltfaktoren korreliert war wie derjenige der Buche

Conservation perspectives of small-scale private forest owners in Europe: A systematic review

Private forest owners are the main forest ownership group within Europe, and important conservation values have been found on their land. Yet, small plot sizes, societal heterogeneity, and structural changes impede developing and implementing effective conservation programs in private forests. We present a systematic literature review focusing on small-scale private forest owners and their perspectives on nature conservation by synthesizing research approaches, social-ecological drivers, and policy recommendations. Conservation perspectives were positively related to female gender, higher levels of education, formalized forest management, an active relation to the forest, and ecological values of the property. In contrast, high age, rural orientation, economic forest management factors, large parcel size, and economic and sentimental property values negatively influenced conservation perspectives. Applying a natural resource conflict management framework, we synthesized recommendations covering three dimensions: substance, procedure, relationship. Considering perspectives of small-scale private forest owners in current forestry decision-making has great potential to strengthen sustainable forest management that integrates nature conservation and resource use

On the Interplay of Ownership Patterns, Biodiversity, and Conservation in Past and Present Temperate Forest Landscapes of Europe and North America

PURPOSE OF REVIEW: Ownership patterns and the associated management characteristics are related to forest structures, biodiversity patterns, and their conservation worldwide. A literature review on this topic is missing so far. We fill this gap with an emphasis on the temperate forests of Europe and North America. Mixed-ownership landscapes are the special focus of the analysis. In a first step, historical effects of ownership patterns on forest structure and biodiversity are elucidated. Second, connections between present-time forest ownership patterns and both forest structural and biodiversity patterns are analyzed. Finally, implications for integrative conservation management are evaluated with a special focus on mixed-ownership forest landscapes. RECENT FINDINGS: Close linkages between ownership type-specific forest management and particular forest structural and biodiversity patterns are identified for past and current forest landscapes. Both in Europe and North America, publicly and privately owned forests show comparable lines of historical development but with a time shift. Forest reserves and ancient woodland with long ecological continuity appear to be mainly connected with public ownership. A high diversity of management approaches and cultural landscape habitats is characteristic of non-industrial small private forests. In mixed-ownership landscapes, a more diverse mosaic of habitats has developed than in mono-ownership landscapes. We conclude that cross-boundary ecosystem management is crucial for effective conservation in present-day mixed-ownership landscapes. Integrative forest management that considers biodiversity and social-ecological aspects across ownerships is indispensable. We present a framework of implications for conservation management in mixed-ownership forest landscapes that build on each other and may enhance cross-boundary ecosystem management

On the importance of small leaved lime (Tilia cordata Mill.) in Central and Northwest German oak-hornbeam forests

In der Literaturstudie werden Vegetationsaufnahmen aus 15 Eichen-Hainbuchen-Waldgebieten zwischen dem kontinental geprägten Mitteldeutschland und dem ozeanischen Nordwestdeutschland ausgewertet. Dabei können gegenläufige Abundanzen von Winterlinde (Tilia cordata Mill.) und Rotbuche (Fagus sylvaticus L.) entlang dieses Klimagradienten festgestellt werden. Mit zunehmender Ozeanität nimmt die Stetigkeit der Winterlinde ab, demgegenüber gewinnt die im Gegensatz zur Winterlinde in allen betrachteten Eichen-Hainbuchen-Wäldern vorkommende Buche an Stetigkeit. Die Winterlinde kommt dabei in subatlantischen Klimaräumen, die subkontinental beeinflusst sind, mit sehr unterschiedlichen Abundanzen vor. Dies kann durch den Übergangscharakter des Klimas der entsprechenden Wuchsbezirke erklärt werden, in denen sowohl Winterlinde als auch Buche vom Klima her gut gedeihen können, so dass dann eher edaphische und anthropogene Einflüsse über die Baumartenzusammensetzung entscheiden. Im atlantisch geprägten nordwestdeutschen Flachland und in der Westfälischen Bucht kommt die Winterlinde höchstwahrscheinlich nicht natürlich vor, allerdings verwischen in diesem Bereich zahlreiche gepflanzte Winterlinden das natürliche Verbreitungsbild. Die Literaturstudie wird um eine Fallstudie im thüringischen Hainich ergänzt. Diese ermöglicht zusätzliche Erkenntnisse zur Abhängigkeit der Winterlinde von edaphischen und anthropologischen Faktoren. Im subkontinental beeinflussten Hainich sind Bestände des Stellario-Carpinentum durch eine stärker ausgeprägte Vertikalstruktur der Baumschicht gekennzeichnet als Bestände des Hordelymo- und Galio-Fagetum. Dies weist auf eine frühere Plenter- und vor allem Mittelwaldnutzung hin, wobei letztere die Linde fördert und die Buche zurückdrängt. Einen weitaus größeren Einfluss auf die Vegetationsdifferenzierung und damit auf die Baumartenzusammensetzung im Hainich hat aber vermutlich der Tongehalt des Bodens. Erhöhte Tongehalte resultieren in einer größeren Wechselfeuchte insbesondere der tieferen Bodenhorizonte, worauf die Buche im Gegensatz zur Winterlinde empfindlich reagiert. Obwohl im östlichen Hainich die Eichen-Hainbuchen-Wälder pflanzensoziologisch wenig scharf von den artenreichen Buchenwäldern getrennt sind, ist es doch sehr wahrscheinlich, dass dieses Gebiet bereits einen natürlichen Übergangsbereich zu echten Eichen-Hainbuchen-Wäldern der zonalen Vegetation dartstellt. Im Hainich wirkt sich ein zunehmender Winterlindenanteil günstig auf die Nährstoffversorgung des Oberbodens aus, auch wenn hierbei die Abnahme des Buchenanteils möglicherweise entscheidender ist.As part of a literature survey we analysed vegetation relevés from 15 oak-hornbeam forest areas between Central Germany (affected by continental climate) and Northwest Germany (oceanic climate). Along this climate gradient, divergent proportions of small-leaved lime {Tilia cordata Mill.) and European beech {Fagus sylvatica L.) occur. The occurrence of T. cordata decreases with increasing oceanity, whereas the occurrence of F sylvatica, which can be found in all analysed oak-hornbeam forests, rises. Abundances of T. cordata vary widely in regions that are characterised by subatlantic climatic conditions with subcontinental influence. This can be explained by the transitional character of the climate in these regions, where both T. cordata and F. sylvatica thrive well. Thus, tree species composition is determined more by edaphic and anthropogenic influences than by climate. In the oceanic northwest German lowland and in the Westfalian Bay, most probably T cordata does not occur naturally. However, in this area many planted small-leaved limes obscure the natural distribution range. The literature survey is supplemented by a case study conducted in Hainich National Park (Thuringia, Germany). The study provides an insight into the connection between T. cordata and edaphic and anthropogenic factors. In the Hainich, which is influenced by more subcontinental climate, those forest stands that belong to the Stellario-Carpinetum association are characterised by a more distinctive vertical tree-layer structure than Hordelymo-Fagetum and Galio-Fagetum stands. This structure indicates selective cutting and coppicing with standards in former times. The latter promotes T cordata and suppresses F. sylvatica. A probably more crucial factor for tree-layer composition in the Hainich is the soil clay content. Higher clay contents result in an alternating soil moisture regime, particularly of the deeper soil horizons. This affects the performance of F. sylvatica more negatively compared to T. cordata. Although the eastern Hainich oak-hornbeam forests are phytosociologically only weakly separated from the species-rich beech forests, it is very likely that this area represents a natural transition towards oak-hornbeam forests of the zonal vegetation (i. e. the climatic climax). In the Hainich, ameliorating effects of increasing T. cordata proportion in terms of increasingly base-saturated soils can be ascertained, even though decreasing abundance of F. sylvatica might be more significant than the presence of T. cordata

Hessische Naturwaldreservate im Portrait: Die Waldvegetation

Seit 2007 stellt die Reihe „Hessische Naturwaldreservate im Portrait“ Ergebnisse des hessischen Naturwaldreservate-Programms vor. Mit der vollständigen Erfassung der Waldvegetation an den fast 1500 Rasterpunkten der hessischen Naturwaldreservate in den Jahren 2007 bis 2021 wurden wichtige Grundlagen für das Verständnis der ökologischen Bedingungen und Prozesse in Wäldern mit natürlicher Entwicklung wie auch in bewirtschafteten Vergleichsflächen gelegt. Für alle Aufnahmeflächen liegt nun die Information über die dort ausgebildeten Vegetationstypen und deren Artenvielfalt vor. Insgesamt elf Waldtypen konnten in den hessischen Naturwaldreservaten gefunden werden. Einige davon sind weit verbreitet und in mehreren Gebieten anzutreffen, andere sind auf einzelne Naturwaldreservate oder Teile von ihnen beschränkt. Mithilfe der erhobenen Vegetationsdaten konnten floristische und strukturelle Unterschiede zwischen den Waldgesellschaften, aber auch zwischen den Ausprägungen einer Waldgesellschaft in Totalreservat und Vergleichsfläche auf einer einzigartig breiten Datenbasis herausgearbeitet werden. Für die Vegetation unbewirtschafteter und bewirtschafteter Hainsimsen-, Waldmeister- und Waldgersten-Buchenwälder können damit sehr weitreichende Aussagen getroffen werden. Nach dem ersten vollständigen Aufnahmedurchgang in den hessischen Naturwaldreservaten kommt die Vegetationserfassung nicht zum Abschluss. Vielmehr wurde damit eine Basis für Zeitreihen geschaffen, die Aussagen über die mittel- und langfristige Entwicklung der Waldvegetation in Naturwaldreservaten ermöglichen. Für die Zukunft sind daher Wiederholungsuntersuchungen im Rahmen eines Langzeit-Monitorings von großer Bedeutung, wie sie für das Naturwaldreservat Hohestein bereits vorliegen

Charcoal kiln sites, associated landscape attributes and historic forest conditions: DTM-based investigations in Hesse (Germany)

Background An examination of the distribution of ancient charcoal kiln sites in the forest landscape seems to be worthwhile, since general trends in the selection of suitable kiln site locations in the past might become obvious. In this way forest landscape elements with a more intense usage by charcoal burning can be identified. By doing this, we can expect to gain information on the former condition and tree species composition of woodland. Investigations on the spatial distribution of charcoal kiln sites in relation to landscape attributes are sparse, however, probably due to the high on-site mapping effort. The outstanding suitability of LiDAR-derived digital terrain models (DTMs) for the detection of charcoal kiln sites has been recently proved. Hence, DTM-based surveys of charcoal kiln sites represent a promising attempt to fill this research gap. Methods Based on DTM-based surveys, we analyzed the spatial distribution of charcoal kiln sites in two forest landscapes in the German federal state of Hesse: Reinhardswald and Kellerwald-Edersee National Park. In doing so, we considered the landscape attibutes "tree species composition", “water supply status”, “nutrient supply status”, “soil complex classes”, “altitude”, “exposition”, and “inclination”. Results We found that charcoal kiln sites were established preferably on hillside locations that provided optimal growing and regeneration conditions for European beech (Fagus sylvatica) due to their acidic brown soils and sufficient water supply. These results are in line with instructions for the selection of appropriate kiln site locations, found in literature from the 18th to the 19th century. Conclusions We conclude that there were well-stocked, beech-dominated deciduous forest stands in northern Hesse before 1800, particularly at poorly accessible hillside locations. These large stocks of beech wood were utilized by the governments of the different Hessian territories through the establishment of ironworks and hammer mills. Our argumentation is well in line with findings which underline that not all Hessian forests were overexploited in the 18th century. Frequently repeated complaints about “wood shortage” seemed to be more a political instrument than reality, not only in Hesse, but all over Europe. Consequently, a differentiated assessment of woodland conditions in proto-industrial times is strictly advised, even if contemporary sources draw a dark picture of the historic situation