Morphological adaptations (plasticity) of mangrove trees to environmental stress and their consequences for local plant interactions and regeneration patterns in degraded mangrove ecosystems
Final Report Abstract
Mangrovenwälder werden in großem Ausmaß durch menschliche Eingriffe degradiert. Natürliche Regenerationen erfolgen langsam und künstliche Wiederansiedlungen schlagen häufig fehl. Das vorliegende Projekt hatte das Ziel, das Verständnis der zu Grunde liegenden Prozesse zu verbessern und eine Grundlage für die wissenschaftliche Begleitung von Regenerationsmaßnahmen zu schaffen. Um Anpassungsstrategien von Mangroven an Umweltstress aufzuklären, wurden Felduntersuchungen zur Morphologie und zu Interaktionsmustern von Mangroven auf degradierten Arealen sowie entlang eines Umweltstressgradienten in Nordbrasilien, Florida, Mexiko, und Sri Lanka durchgeführt und durch weitere Aufnahmen in Galapagos, Kenia und Tanzania ergänzt. Auf den degradierten Flächen konnten zwei Ammeneffekte nachgewiesen werden: (a) ein interspezifischer der Salzgrasvegetation auf die Mangroven und (b) ein intra-spezifischer der Mangrovensträucher. Letzterer ist aus ökologischer Sicht besonders interessant, da Mangrovensträucher als Ammenpflanzen selbst adult werden und Propagules produzieren. Hat sich das Mikroklima und die Bodenbedingungen ausreichend melioriert, entwickeln sich diese nicht mehr als Strauch, sondern als Baum. Aus den Ergebnissen wurde folgende praktische Empfehlung abgeleitet: auf degradierten Flächen sollte Salzmarschvegetation gefördert und eine Anpflanzung von Mangroven gruppenweise aggregiert vorgenommen werden, um die Begünstigung in der frühen Entwicklungsphase bestmöglich für eine Beschleunigung der Mangroven-Regeneration auszunutzen. Wegen der hohen Bedeutung allometrischer Beziehungen für die Aufstellung genauer Kohlenstoffbilanzen für Mangrovenwälder wurde für ein besseres Prozessverständnis das mechanistische Allokationsmodell BETTINA entwickelt, das die Partitionierung von Biomasse in die Organe von Mangrovenbäumen (Laub, Zweige, Stamm, Kabelwurzeln und Feinwurzeln) unter dem Einfluss von Wasserverfügbarkeit und Salinität simuliert. Das Modell befindet sich derzeit in der Kalibrierung für verschiedene tropische Regionen. Um die Auswirkungen der im Feld gefundenen Kronenplastizität zu studieren, wurde das neue individuen-basierte Modell MesoFON entwickelt. Die Routinen für die Kronenplastizität beruhen auf dem Field-Of-Neighborhood-Ansatz und berücksichtigen eine Beugung des Hauptstammes sowie stärkeres Wachstum von Ästen auf der von Nachbarn abgewandten Seite als Mechanismen der Kronenverlagerung. Konkurrenz um ober- und unterirdische Ressourcen wird im Modell separat betrachtet. Für die Kalibrierung anhand von Felddaten ist das Modell mit einem eigens entwickelten Genetischen Optimierer ausgestattet. Es existieren Versionen für strauchartige Mangroven, die durch vegetative Stammvermehrung oder durch Niederwaldbewirtschaftung entstehen. In der Anwendung zeigte sich, dass Kronenplastizität den Konkurrenzdruck insbesondere bei Vorliegen von Störungen massiv erniedrigt und dadurch Baumdichten sowie Stammvolumina von Mangrovenwäldern erhöht. Dafür verantwortlich ist der Beitrag der Kronenverlagerung zum Schluss von Bestandeslücken nach Störung. In einer theoretischen Studie fanden wir, dass starke inter-spezifische Kronenplastizität ein exzellenter Mechanismus ist, um stabile Koexistenz von Mangrovenarten zu gewährleisten. Wir konnten in dem Individuen-basierten Modell MesoFON ein stabiles Gleichgewicht zweier Arten beobachten, das sich durch ein daraus kalibriertes „non-overyielding“ Lotka-Volterra-Konkurrenzmodell wiedergeben ließ. Zurzeit werden Felddaten analysiert, um Unterschiede zwischen intra- und interspezifischer Kronenverlagerung festzustellen. Es ist geplant MesoFON für afrikanische und mitteleuropäische Arten zu kalibrieren. Insgesamt ist es mit diesem Projekt gelungen, einen wesentlichen Beitrag zu unserem Verständnis von Sukzession und Wiederherstellung degradierter Mangrovenwälder zu leisten und daraus Empfehlungen für die Praxis der Mangrovenrestauration auf degradierten Flächen abzuleiten.
Publications
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