Sekundäre Bergregenwälder in Südecuador:Der Einfluss der Art der Störung auf das Spektrum der Pflanzenarten und die Waldstruktur, eine vegetationskundliche Analyse

A vegetation analysis of secondary mountain rain forests in southern Ecuador: Effects of the mode of impact on the floristic composition and forest structure

In der Reserva Biológica San Francisco, in der extrem humiden Ostkordillere Südecuadors wurden 7 Sekundärwäldchen mit einer Grundfläche zwischen 1450 und 2000 m² ausgewählt, alle in ca. 2000 m Höhe gelegen, die nach Luftbildern und Aussagen der Bevölkerung zwischen 10 und (50 +x) Jahre alt sind und aus unterschiedlichen (Zer)Störungen des ursprünglichen Bergregenwalds hervorgingen. Das jüngste dieser Wäldchen (Plot D5, ca. 10 Jahre alt) steht auf Murengelände, resultiert also – als einziges – auIn der Reserva Biológica San Francisco, in der extrem humiden Ostkordillere Südecuadors wurden 7 Sekundärwäldchen mit einer Grundfläche zwischen 1450 und 2000 m² ausgewählt, alle in ca. 2000 m Höhe gelegen, die nach Luftbildern und Aussagen der Bevölkerung zwischen 10 und (50 +x) Jahre alt sind und aus unterschiedlichen (Zer)Störungen des ursprünglichen Bergregenwalds hervorgingen. Das jüngste dieser Wäldchen (Plot D5, ca. 10 Jahre alt) steht auf Murengelände, resultiert also – als einziges – aus einer „natürlichen“ Störung, während die anderen 6 auf anthropogene Störungen, wie Waldbrand (die Plots F1 und F2, ca. 15 Jahre Regenerationszeit) und Abholzung (die Plots C1 bis C4, zwischen 30 und 50 +x Jahre alt) zurückgehen. Zur Erstellung von „Releves“ wurden die Wäldchen mit abgespannten Seilen in 5 x 5m Parzellen unterteilt (zwischen 60 und 91 Parzellen pro Wäldchen), deren Gefäßpflanzen-Vegetation dann nach Braun-Blanquet und Müller-Dombois quantitativ erhoben wurde. Die Arten wurden 4 verschiedenen pflanzlichen Lebensformen zugeschrieben, die im Idealfall Strata repräsentieren können: Bäume, Sträucher, krautige Pflanzen und Lianen. Insgesamt wurden 457 Parzellen analysiert. In den 7 Wäldchen wurden insgesamt 779 Gefäßpflanzenarten registriert, von denen allerdings nur ein Fünftel sicher bis zur Art identifiziert werden konnte. 50% konnten sicher bis zur Gattung, und 92% bis zur Familie bestimmt werden. Acht Prozent blieben unbestimmbar; vermutlich sind noch unbeschriebene Arten darunter. Nach der Lebensform weisen die Bäume mit einem Anteil von 30% die größte Diversität der Arten auf. Danach folgen die krautigen Pflanzen (28%), Sträucher (26%) und Lianen (14%). Die artenreichsten Familien der untersuchten Sekundärwäldchen sind die Asteraceen, Melastomataceen, Piperaceen, Araceen und Lauraceen. Die artenreichsten Gattungen sind Anthurium (Araceae), Mikania (Asteraceae), Piper und Peperomia (Piperaceae), und Miconia (Melastomataceae). Eine besondere Bedeutung für die Indikation der Sekundärwälder haben der Bambus (Chusquea spec.1), der Adlerfarn (Pteridium arachnoideum) und die Sträucher Baccharis latifolia und Ageratina dendroides (Asteraceae) als Brandzeiger, sowie unter den Bäumen die Pioniere Viburnum obtectum (Caprifoliaceae), Piptocoma discolor (Asteraceae), Myrica pubescens (Myricaceae) und Tapirira guianensis (Anacardiaceae). Die Vegetation der Plots wird zahlenmäßig bestimmt von Arten mit einem geringen Deckungsgrad und einer geringen Häufigkeit. Entsprechend ist die Zahl der häufigen und dominanten Arten klein. Der Fortschritt der Sukzession lässt sich deshalb auch nicht an bestimmten Arten festmachen. Eher möglich ist dies im Hinblick auf den ursprünglichen Störungsfaktor, wo sich Feuer, mechanische Rodung und Bergrutsche an Indikatorarten erkennen lassen. Die größte Herausforderung bei der Auswertung der Daten stellte die Heterogenität der Vegetation (niedrige Sœrensen-Index) in den einzelnen Wäldchen („Plots“) im Zusammenhang mit der hohen a-Diversität der Gefäßpflanzen dar. Dazu wurden in dieser Arbeit die Jaccard Indices der Parzellen mit der nicht linearen „Isometric Feature Mapping“-Methode (ISOMAP) bearbeitet, mit deren Hilfe man ökologische Erkenntnisse aus der a- und der ß-Diversität der Parzellen und der gesamten Plots ableiten kann. Dabei ergaben sich 2 hauptsächliche Ordinationslinien: Die Regenerationszeit der Wäldchen und die Nährstoffverfügbarkeit des Bodens: Niedriges Nährstoffangebot auf Murenboden, hohes auf Brandflächen. Die Reihung der Wäldchen entlang der Ordinationsachse der Regenerationszeit deckt sich mit dem Ergebnis der Luftbildauswertung. Allerdings wurde kein Zusammenhang zwischen der Artenzahl der Wäldchen und ihrem Regenerationsalter festgestellt. Für die Ähnlichkeitsanalyse auf Parzellen- und Plotebene wurde der Sœrensen-Index verwendet. Dabei wurde zum einen die Ähnlichkeit der Artenzusammensetzung („ß-Diversität“) aller Parzellen eines Plots mit einer ausgewählten Referenzparzelle bestimmt, zum anderen die „ß-Diversität“ der Nachbarparzellen berechnet. Diese Art der Datenanalyse zeigte die große Heterogenität der Sekundärwaldvegetation, wie sie sich bereits in den Arten-Areal-Kurven andeutete, wo innerhalb der Grenzen dieser Wäldchen keine Sättigungswerte („Minimum-Areale“) erkennbar sind. Der jüngste Plot in der unechten Zeitreihe der mechanisch gerodeten Flächen hat mit einem Median von 0,4 noch die größte Ähnlichkeit der Einzelparzellen. Allerdings war dies auch der Plot mit einer negativen Korrelation zwischen der Artenzahl („a-Diversität“) der Parzellen und dem Sœrensen-Index, während sonst dieser Ähnlichkeits-Index mit der Artenzahl der Parzellen erwartungsgemäß zunahm. Weiterhin wurde geprüft, ob es eine (negative) Ähnlichkeits-Korrelation der „ß-Diversität“ der Parzellen mit zunehmender Entfernung der Parzellen gibt. Abnehmende Ähnlichkeit mit zunehmender Entfernung wurde aber nur in 2 Plots registriert.show moreshow less
The investigated area is located in the upper valley of the San Francisco river at about 2000 m asl. at the border of the Podocarpus National Park (PNP) in southern Ecuador. The area belongs to the worldwide outstanding biodiversity hotspots. The 7 investigated secondary forest (plots C1; C2, C3, C4, D5, F1 and F2) were subdivided in regular subplots (usually 5 x 5 m). Depending on the size and shape of the plots, between 60 and 91 subplots were established and a total of 457 subplots were analyThe investigated area is located in the upper valley of the San Francisco river at about 2000 m asl. at the border of the Podocarpus National Park (PNP) in southern Ecuador. The area belongs to the worldwide outstanding biodiversity hotspots. The 7 investigated secondary forest (plots C1; C2, C3, C4, D5, F1 and F2) were subdivided in regular subplots (usually 5 x 5 m). Depending on the size and shape of the plots, between 60 and 91 subplots were established and a total of 457 subplots were analyzed. The plots were classified referring to analysis of aerial photographs taken in 1962, 1976, 1989, and 2003. Four plots (C1-C4) represent regenerations stages after different clearing intensities during the fifties and sixties of the past century for the construction of a water pipe and a path to a nearby power plant. These plots border the primary forest. The plot D5 is a young regeneration stage of a forest on accumulated material of a landslide in a ravine and the plots F1 and F2 are forests which recover from a fire 15 years ago. Some still active, but mainly already abandoned pastures that are covered with ferns and bushes surround these three plots. A total of 779 vascular plant species were recorded on the seven plots. The number of species varies significantly between plots and subplots, especially in the number of tree species. With a total of 217 species the plot F1 was the most bio-diverse. The plots C4 (73) and F1 (72) showed the highest diversity of tree species. Diversity of shrubs (54 species) and lianas (35 species) was also highest in plot F1, whereas C3 was the plots with the highest diversity of herbs (60 species). The total number of plant species did not correlate with the assumed age of the vegetation on the plot and the same holds for the species richness of one of the 4 plant life-forms. But the “alpha” diversity was inversely proportional with the individual cover abundance of species per plot. According to the ISOMAP results, the arrangement of plot depends on two major factors: i) The time-span of regeneration, which is reflected by the maturation of forest and is obvious from the sequential order of C1, C2, C3 and C4 along the abscissa of a two-dimensional graph, and, ii) The soil quality, i.e. the nutrient availability, which is indicative of the impact on the original forest. While D5 regenerates on a very poor subsoil of a land-slide, C1 develops on a former agriculturally used area und F1 and F2 exploit the nutrient richness of a soil after a fire. These plots follow a sequence along the y-axis of the mentioned plot. The low values of the Soerensen indexes between subplots demonstrate the high heterogeneity of the plant cover of the plots. Plot C1 showed the highest similarity (0.4) between all its subplots, however a decreasing Soerensen index (similarity) with an increase of the species richness of the subplots. This contrasts with the situation in C2, C3, C4, F1 and D5 where similarity increased with a higher “alpha” diversity. The similarity was also analyzed as a function of distance (in meters) between the subplots. The determined correlation values were low in all forests and only for plots C1 and F1 an increasing similarity with a decreasing distance could be observed. At the species level every plot presents a high number of species, which do not have a high cover abundance and not necessarily do occur in other plots. The number of frequent and dominant species was low. Apparently, the floristic composition of secondary mountain forest depends more on the type of impact than on the successional stage, as the numbers of species in plots and subplots vary independently of age and size of examinated area. An effect of impact intensity and frequency is observed in the species richness. Plots F1 and F2, which were burnt about 15 years ago, show a higher species richness than C1 and C2, where a the forest was clearcut more than 30 years ago. In addition, D5 which developed on new landslide material 10 years ago has la lower species richness than F1 and F2. Similarly, F1 shows higher species richness than C3 and C4, which represent advanced stages of secondary forest without indications of detrimental impacts. As shown by the results of ISOMAP, these secondary forests in general constitute a very heterogenous vegetation, which is composed of a small-scale mosaic of areas with low similarity of the plant cover. The degree of heterogeneity increased with the distance between these areas, but on the other hand was positively correlated with the values of their “alpha-diversity”. Plots F1, F2, C1 and C2 can be considered as successional mid-stage forests, dominated by a species-rich tree stratum with a high proportion of pioneer species. D5 was characterized as young secondary forest with rich shrub and herbal strata, and C3 and C4 represent advanced secondary forests with a dominance of shade tolerant species.show moreshow less

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Metadaten
Institutes:Biologie
Author: Juan Alfredo Martínez Jerves
Advisor:Prof. Dr. Dr. hc Erwin Beck
Granting Institution:Universität Bayreuth,Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften
Date of final exam:24.05.2007
Year of Completion:2007
SWD-Keyword:Artenreichtum; Ecuador <Süd>; Sekundärwald; Vegetationsentwicklung; Vegetationsprofil
Tag:Alfa-diversität; Art der Störung; Beta-diversität; Isomap; Sukzessionsstadien
Secondary forest; anthropogenic impact; beta-diversity; isomap; succession
Dewey Decimal Classification:580 Pflanzen (Botanik)
RVK - Regensburg Classification:WI 5210
URN:urn:nbn:de:bvb:703-opus-2935
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):27.06.2007