Competition mechanisms of native and exotic tree species

Der Anteil an nicht-einheimischen Pflanzenarten (Neophyten), die durch menschlichen Einfluss in neue Gebiete eingebracht worden sind, hat in den letzten zwei Jahrhunderten deutlich zugenommen. Weltweit gefährdet die Invasion von Neophyten beträchtlich die einheimische Biodiversität und Ökosystemfunktionen. Verschiedene biologische Eigenschaften (z.B. hohe Zuwachsrate und schnelle Vermehrung) führen zu einer besseren Konkurrenzfähigkeit von invasiven Arten und verursachen Veränderungen in der natürlichen Artzusammensetzung. Eine genauere Erfassung der Eigenschaften, die Neophyten zu starken Konkurrenten machen, könnte dabei helfen pflanzliche Invasionen besser zu verstehen und zukünftig effektiver zu steuern. Topfversuche ermöglichen die Untersuchung von Pflanzeninteraktionen unter kontrollierten Bedingungen ohne den schwer kalkulierbaren Einfluss heterogener Umweltfaktoren. Allerdings führen die Langlebigkeit und die größeren Dimensionen von Baumindividuen zu mehr Problemen in Topfversuchen im Vergleich zur Untersuchung krautiger Pflanzen. Aus diesem Grund wurde im Rahmen eines Reviews Literatur ausgewertet, um einen Überblick über die praktische Durchführung von Topfversuchen, die sich ausschließlich mit Baumarten beschäftigen, zu geben. Es ist offensichtlich, dass der Vorteil von Topfversuchen zugleich auch einen Nachteil darstellt: Aufgrund der kontrollierten Bedingungen sind Topfversuche in ihrer Eignung natürliche Gegebenheiten zu imitieren immer eingeschränkt. Die Zuverlässigkeit von Topfversuchen bei der Vorhersage des Baumwachstums unter natürlichen Bedingungen ist daher problematisch. Eine Möglichkeit um die Übertragbarkeit von Topfversuchen zu verbessern, könnte die Durchführung zusätzlicher Felduntersuchungen sein. In einem Topfversuch wurden die, durch Unterschiede in der Wuchsrate, Biomasseproduktion und Biomasseverteilung bedingten, Konkurrenzmechanismen von zwei einheimischen (Quercus robur L., Carpinus betulus L.) und zwei nicht-einheimischen Baumarten untersucht (Prunus serotina Ehrh., Robinia pseudoacacia L.). Einjährige Jungpflanzen wurden verschiedenen intra- und interspezifischen Konkurrenzbedingungen ausgesetzt, mit oder ohne den Einfluss von Wurzelkonkurrenz. Um die Konkurrenzmechanismen genauer zu bestimmen, wurde zwischen Wurzel- und Sprosskonkurrenz unterschieden, indem entweder ober- oder unterirdische Plastiktrennwände in die Töpfe integriert wurden. Es wurde angenommen, dass die Gesamtbiomasseproduktion der Neophyten im Vergleich zur Biomasseproduktion der einheimischen Baumarten signifikant höher ist und dies zu einer Verringerung der Biomasse von Q. robur und C. betulus führt. Des Weiteren wurde der Einfluss der unterirdischen Konkurrenz auf das Wachstum und die Biomasseverteilung der einheimischen Arten gemäß der ‚balanced-growth hypothesis‘ untersucht. Unsere Ergebnisse bestätigen die Annahmen, dass die Biomasseproduktion der beiden Neophyten P. serotina und R. pseudoacacia signifikant höher ist und dies zu einem großen Konkurrenzvorteil und zu einer Biomassereduktion der beigemischten konkurrenzschwächeren einheimischen Arten führt. Der Konkurrenzdruck auf Q. robur und C. betulus wurde vor allem durch die Wurzelkonkurrenz der nicht-einheimischen Arten verursacht. Die Ausschaltung von unterirdischen Pflanzeninteraktionen durch Trennwände führte somit zu einem Anstieg der Biomasseproduktion der beiden einheimischen Arten. Demzufolge scheint sogar ein begrenztes Wurzelvolumen bessere Wachstumsbedingungen zu bieten als direkter Wurzelkontakt mit invasiven Konkurrenten. In Übereinstimmung mit der ‚balanced-growth hypothesis‘ reagieren Q. robur und C. betulus auf die starke unterirdische Konkurrenz durch die Neophyten, indem sie mehr Biomasse in Richtung der Wurzeln transportieren. Die verstärkte Investition der Pflanzen in die Wurzeln geht vor allem zu Lasten von Blatt- und Astbiomasse. Außerdem hat sich gezeigt, dass Artenmischungen aus einheimischen und nicht-einheimischen Bäumen mehr Biomasse produzieren, als man anhand des Wachstums dieser Arten in Monokulturen erwartet hätte. Im Vergleich zu Monokulturen oder Mischungen beider Neophyten war der Konkurrenzdruck für P. serotina und R. pseudoacacia in Mischungen mit den weniger produktiven einheimischen Baumarten geringer. Bei Betrachtung der beiden nicht-einheimischen Arten wird deutlich, dass P. serotina signifikant mehr Biomasse produziert. Trotzdem hat R. pseudoacacia aufgrund der starken Wurzelkonkurrenz einen negativen Einfluss auf die Biomasseproduktion von P. serotina. Wachsen die beiden konkurrenzstarken Neophyten zusammen in einem Topf, produzieren sie weniger Biomasse als in den entsprechenden Monokulturen. Es gibt Anzeichen dafür, dass die starke Konkurrenzfähigkeit der invasiven Neophyten oftmals zu Lasten ihrer Stresstoleranz geht. Damit einhergehend zeigten die beiden nicht-einheimischen Arten im Topfversuch eine höhere Mortalitätsrate: Vor allem P. serotina scheint zudem empfindlich gegenüber Schatten, Trockenheit und Überflutung zu sein. Möglicherweise könnte diese Schwachstelle der Neophyten genutzt werden, um eine weitere Ausbreitung einzudämmen

Biomass functions for the two alien tree species Prunus serotina Ehrh. and Robinia pseudoacacia L. in floodplain forests of Northern Italy

As one cause for biodiversity loss, invasive alien species are a worldwide threat. In forests, however, invasive tree species can also have an enormous biomass potential which can be harvested while taking measures against the species. Allometric equations help estimating the biomass but are often only available for the native range of the species. This lack on information complicates the management of invaded stands, and the equations presented here should help fill this gap. The above-ground biomass for single trees of black cherry (Prunus serotina Ehrh.) and black locust (Robinia pseudoacacia L.) in Ticino/Italy was estimated with differing explanatory variables as total, stem, crown, and leaf biomass. Regression equations of P. serotina were compared with equations from North America. The methods to derive biomass estimates from fresh weight and volumetric measurements in combination with wood densities were critically examined. The biomass could be estimated well by using "diameter" as explanatory variable. The productivity of P. serotina was lower here compared to its range of origin. Biomass estimates from volumetric measurements combined with the truncated cone formula have lead to systematic overestimations. Also the use of volumetric measurements combined with wood density measurements has overestimated comparable estimates from fresh weight measurements. peerReviewe

Species-specific and generic biomass equations for seedlings and saplings of European tree species

Biomass equations are a helpful tool to estimate the tree and stand biomass production and standing stock. Such estimations are of great interest for science but also of great importance for global reports on the carbon cycle and the global climate system. Even though there are various collections and generic meta-analyses available with biomass equations for mature trees, reports on biomass equations for juvenile trees (seedlings and saplings) are mainly missing. Against the background of an increasing amount of reforestation and afforestation projects and forests in young successional stages, such equations are required. In this study we have collected data from various studies on the aboveground woody biomass of 19 common tree species growing in Europe. The aim of this paper was to calculate species-specific biomass equations for the aboveground woody biomass of single trees in dependence of root-collar-diameter (RCD), height (H) and the combination of the two (RCD2 H). Next to calculating species-specific biomass equations for the species available in the dataset, we also calculated generic biomass equations for all broadleaved species and all conifer species. The biomass equations should be a contribution to the pool of published biomass equations, whereas the novelty is here that the equations were exclusively derived for young trees