Title (deu)
Wachstumsdynamik bei Silene acaulis ssp. exscapa und Saxifraga bryoides im alpin-nivalen Ökoton am Schrankogel in den Stubaier Alpen
Author
Sophie Nießner
Advisor
Georg Grabherr
Assessor
Georg Grabherr
Abstract (deu)
In der vorliegenden Diplomarbeit wurde das Wachstumsverhalten der Polsterpflanzen Saxifraga bryoides und Silene exscapa am alpin-nivalen Ökoton des Schrankogel in den Tiroler Zentralalpen vergleichend analysiert. S. bryoides ist überwiegend eine subnivale bis nivale Art, Silene exscapa kann als oberalpine bis subnivale Pionierart alpiner Rasen bezeichnet werden. Nach einer Phase der Klimaerwärmung sollten demnach Populationen der tiefer vorkommenden Art im Bereich ihrer oberen Verbreitungsgrenze expandieren, während Populationen der extremeren Hochlagenart kontrahieren. Diese Hypothese gegenläufiger Veränderungen sollte an einer großen Zahl von Einzelindividuen (195: S. bryoides, 272: S. exscapa) am alpin-nivalen Ökoton überprüft werden.
Dafür wurden vom Forschungsnetzwerk GLORIA Fotografien von Dauerbeobachtungsflächen aus den Jahren 1994 und 2004 zur Verfügung gestellt. Auf den Fotos wurden alle eindeutig identifizierbaren Individuen mit dem Computerprogramm AUTOCAD ausgewählt. Im Zuge der Freilandarbeit 2009 wurden die ausgewählten Individuen erneut fotografiert und ihr Durchmesser mit AUTOCAD ermittelt. Daraus ergab sich eine Zeitreihe mit drei möglichen Beobachtungszeitspannen: 1994 – 2004 (10 Jahre), 2004 – 2009 (5 Jahre) und 1994 – 2009 (15 Jahre). Es konnten Wachstumsgeschwindigkeit sowie Häufigkeit von Zu- und Abnahme der Polsterflächen ermittelt und eine Wachstumskurve erstellt werden. Zusätzlich wurden im Freiland der prozentuelle Anteil der beschädigten (abgestorbenen) Polsterfläche sowie eine Artenliste der Polstergäste erhoben und anschließend analysiert. Zudem wurden die Polsterdurchmesser im Jahr 2009 im Freiland mit einer Schublehre vermessen. Somit konnte durch einen Vergleich der Freiland- und der AUTOCAD- Messungen ein Wert für die Ungenauigkeit der für die Analysen verwendeten AUTOCAD- Messwerte bestimmt werden.
Aus den Ergebnissen ist ein sehr unterschiedliches Wachstumsverhalten der beiden Pflanzenarten ersichtlich. Individuen von Saxifraga bryoides zeigten nicht nur deutlich häufiger Flächenabnahmen als Silene exscapa. Sie wiesen auch vergleichsweise große Beschädigungsanteile der Polsterfläche – vor allem schon bei kleinen Pflanzen – auf. Bei beiden Arten konnte eine Zunahme der relativen Wachstumsrate mit der Polstergröße festgestellt werden, welche jedoch bei S. exscapa ein deutlich homogeneres Muster aufweist. Die Ergebnisse zeigen zudem höhere Wachstumsraten bei S. exscapa als bei S. bryoides. Ein mixed effects model bestätigte, dass sich die beiden Arten in ihrem Wachstumsverhalten signifikant voneinander unterscheiden und, dass S. exscapa schneller wächst als S. bryoides. Es zeigte aber auch, dass die Variabilität im Wachstumsverhalten beider Arten groß ist. Da im Datensatz ein breites Größenspektrum der Polsterpflanzen vorliegt, und ersichtlich ist, wie groß der Zuwachs eines Polsters nach 5, 10 und 15 Jahren ist, wurde eine Altersbestimmung durchgeführt. Aufgrund der großen Variabilität des Pflanzenwachstums wurden aus den einzelnen Perioden jedoch verschiedene Durchmesser für denselben Alterswert ermittelt. Zudem sind die Pflanzen in der Zeitspanne von 2004 bis 2009 schneller gewachsen als in der Periode von 1994 bis 2004. Für S. exscapa wurden für ein geschätztes Alter von 30 Jahren Durchmesser von 7,5cm, 10cm und 16cm ermittelt. Bei S. bryoides liegen die entsprechenden Werte bei 5cm, 7cm und 12cm. Die Auswertung der Polstergäste zeigte, dass Silene exscapa häufiger Polstergäste beherbergt und, dass sie ein größeres Artenspektrum als S. bryoides aufweist. In den niederer gelegenen Untersuchungsflächen war die durchschnittliche Anzahl der Polstergast- Arten größer als in den höher gelegenen.
Die Ergebnisse lassen sich teilweise durch die unterschiedlichen Wuchsformen der beiden Polsterpflanzen erklären. Das Kiesel-Stengellose Leimkraut (Silene exscapa) ist durch seine deutlich kompaktere Wuchsform nicht nur vor mechanischen Beschädigungen besser geschützt als der Moos-Steinbrech, Saxifraga bryoides. Es hat auch eine verbesserte Fähigkeit Wärme, sowie Wasser und Nährstoffe in seinem Polsterinneren zu speichern. Dies ist hingegen bei S. bryoides durch die häufig lockere Wuchsform nicht immer gegeben. Mit seinen Ausläufern, die leicht abgetrennt werden können, ist er anfälliger für mechanische Verletzungen. Für die Erstellung einer Wachstumskurve und die Durchführung einer Altersbestimmung ist S. exscapa durch ihr regelmäßigeres Wachstum scheinbar besser geeignet als S. bryoides.
Die beobachtete geringere Wachstumsrate von Saxifraga bryoides, verbunden mit einem höheren Beschädigungsausmaß an großen als auch an kleine Polstern, deutet jedoch auch auf einen laufenden erwärmungsgesteuerten Kontraktions- (S. bryoides) beziehungsweise Expansionsprozess (bei Silene exscapa) hin.
Da sich alle Probepflanzen dieser Diplomarbeit in Dauerbeobachtungsflächen befinden, würden sie sich für zukünftige, vertiefende Wachstumsanalysen hinsichtlich klimagesteuerter Reaktionsmuster alpiner bis nivaler Polsterpflanzen bestens eignen.
Abstract (eng)
The aim of the present diploma thesis was to compare the growth performance of two cushion-forming high-mountain plants, Saxifraga bryoides and Silene exscapa at the alpine-nival ecotone of Mt. Schrankogel (3497m) in the central Alps of Tyrol. S. bryoides is a predominantly subnival to nival species and S. exscapa can be considered as high-alpine to subnival pioneer species of alpine grassland. Therefore it was hypothesized that, after a period of climate warming, populations of the lower-distributed species would expand at its upper range margin, whereas populations of the high-altitude species would show a contraction. Such diverging changes may be discernible when observing large sets of individuals (195: S. bryoides, 272: S. exscapa) that are distributed within the alpine-nival ecotone.
For this purpose I used photographs of monitoring plots from 1994 and 2004 that were provided by the GLORIA network. On these photos all undoubtedly identifiable individuals were selected and cushion diameters were measured for both years 1994 and 2004 with the computer program AUTOCAD. During fieldwork in 2009, pictures of the same plots were taken again and plant diameters were subsequently calibrated by AUTOCAD. This resulted in a time series of two partial periods 1994 – 2004 (10 years), 2004 – 2009 (5 years) and a total period 1994 – 2009 (15 years). Growth rates as well as the frequency of increasing or decreasing cushion surface areas could be determined and a growth curve was calculated. During fieldwork, cushion diameters were also measured in situ and the percentage of damaged cushion area was visually estimated. In addition, any other vascular plant species growing on the cushion plants (guest plants) were recorded on a presence/absence basis in order to estimate differences in guest plant frequencies. Measurement inaccuracies of the 2009-cushion diameters arising from the AUTOCAD application could be evaluated with the field-measured cushion diameters.
The results show that the two species differ clearly in their growth performance. Individuals of Saxifraga bryoides decreased in surface area more frequently than those of Silene exscapa. In addition, the former showed comparatively high percentages of damaged areas which could be noticed already at small individuals. The growth rate of both species increased with increasing cushion areas albeit this pattern was found to be more homogenous for Silene exscapa. In addition the latter species showed higher growth rate values than Saxifraga bryoides. A mixed effects model showed that the species differ significantly in their growth performance and that S. exscapa grows faster than S. bryoides. However it also indicated a high variability in growing patterns. An age determination was made by assessing the increment of growth after 5, 10 or 15 years. Difficulties, however, arose from the wide amplitude of cushion sizes and the variability in individual growth rates that yielded different diameters for the same age value. For a particular age, three diameter values were estimated, one from each timespan (5, 10 and 15 years). At the age of 30 years S. exscapa diameters are estimated to measure 7.5 cm, 10 cm and 16 cm, respectively. The respective values for S. bryoides are 5 cm, 7 cm and 12 cm. Cushion guests occurred more frequently and with higher numbers on Silene exscapa than on Saxifraga bryoides. The mean species number of guest plants was greater at lower sites than at higher sites.
The results can partly be explained by the difference in the growth form of the investigated species. Silene exscapa forms more compact cushions and is therefore more resistant against mechanical damage. The cushions of S. exscapa, further, appear to be more effective heat collectors and may have a better capacity for holding water and soil nutrients. In contrast, Saxifraga bryoides makes loose, more irregular cushion shapes and creeping stems which are more vulnerable to mechanic damage such as from rock slides or solifluction. Therefore, the study of the growth performance and the age determination was easier for S. exscapa compared to S. bryoides.
The observed slower growth rates of Saxifraga bryoides, combined with a higher extent of cushion damages on both large and small individuals, however, also indicate an ongoing warming-driven contraction (S. bryoides) versus expansion process (S. exscapa).
Given that all study plants of this thesis are located in permanent plots, their continued observation and in-depth study is expected to yield high interesting insights in the response patterns of high-mountain cushion plants to changing climatic conditions.
Keywords (eng)
cushion plantsSilene exscapaSaxifraga bryoidesgrowth performanceage determinationMt. Schrankogelclimate change
Keywords (deu)
PolsterpflanzenSilene exscapaSaxifraga bryoidesWachstumsanalyseAltersbestimmungSchrankogelKlimawandel
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1275021
rdau:P60550 (deu)
III, 80 S. : Ill., graf. Darst., Kt.
Number of pages
84
Association (deu)
Title (deu)
Wachstumsdynamik bei Silene acaulis ssp. exscapa und Saxifraga bryoides im alpin-nivalen Ökoton am Schrankogel in den Stubaier Alpen
Author
Sophie Nießner
Abstract (deu)
In der vorliegenden Diplomarbeit wurde das Wachstumsverhalten der Polsterpflanzen Saxifraga bryoides und Silene exscapa am alpin-nivalen Ökoton des Schrankogel in den Tiroler Zentralalpen vergleichend analysiert. S. bryoides ist überwiegend eine subnivale bis nivale Art, Silene exscapa kann als oberalpine bis subnivale Pionierart alpiner Rasen bezeichnet werden. Nach einer Phase der Klimaerwärmung sollten demnach Populationen der tiefer vorkommenden Art im Bereich ihrer oberen Verbreitungsgrenze expandieren, während Populationen der extremeren Hochlagenart kontrahieren. Diese Hypothese gegenläufiger Veränderungen sollte an einer großen Zahl von Einzelindividuen (195: S. bryoides, 272: S. exscapa) am alpin-nivalen Ökoton überprüft werden.
Dafür wurden vom Forschungsnetzwerk GLORIA Fotografien von Dauerbeobachtungsflächen aus den Jahren 1994 und 2004 zur Verfügung gestellt. Auf den Fotos wurden alle eindeutig identifizierbaren Individuen mit dem Computerprogramm AUTOCAD ausgewählt. Im Zuge der Freilandarbeit 2009 wurden die ausgewählten Individuen erneut fotografiert und ihr Durchmesser mit AUTOCAD ermittelt. Daraus ergab sich eine Zeitreihe mit drei möglichen Beobachtungszeitspannen: 1994 – 2004 (10 Jahre), 2004 – 2009 (5 Jahre) und 1994 – 2009 (15 Jahre). Es konnten Wachstumsgeschwindigkeit sowie Häufigkeit von Zu- und Abnahme der Polsterflächen ermittelt und eine Wachstumskurve erstellt werden. Zusätzlich wurden im Freiland der prozentuelle Anteil der beschädigten (abgestorbenen) Polsterfläche sowie eine Artenliste der Polstergäste erhoben und anschließend analysiert. Zudem wurden die Polsterdurchmesser im Jahr 2009 im Freiland mit einer Schublehre vermessen. Somit konnte durch einen Vergleich der Freiland- und der AUTOCAD- Messungen ein Wert für die Ungenauigkeit der für die Analysen verwendeten AUTOCAD- Messwerte bestimmt werden.
Aus den Ergebnissen ist ein sehr unterschiedliches Wachstumsverhalten der beiden Pflanzenarten ersichtlich. Individuen von Saxifraga bryoides zeigten nicht nur deutlich häufiger Flächenabnahmen als Silene exscapa. Sie wiesen auch vergleichsweise große Beschädigungsanteile der Polsterfläche – vor allem schon bei kleinen Pflanzen – auf. Bei beiden Arten konnte eine Zunahme der relativen Wachstumsrate mit der Polstergröße festgestellt werden, welche jedoch bei S. exscapa ein deutlich homogeneres Muster aufweist. Die Ergebnisse zeigen zudem höhere Wachstumsraten bei S. exscapa als bei S. bryoides. Ein mixed effects model bestätigte, dass sich die beiden Arten in ihrem Wachstumsverhalten signifikant voneinander unterscheiden und, dass S. exscapa schneller wächst als S. bryoides. Es zeigte aber auch, dass die Variabilität im Wachstumsverhalten beider Arten groß ist. Da im Datensatz ein breites Größenspektrum der Polsterpflanzen vorliegt, und ersichtlich ist, wie groß der Zuwachs eines Polsters nach 5, 10 und 15 Jahren ist, wurde eine Altersbestimmung durchgeführt. Aufgrund der großen Variabilität des Pflanzenwachstums wurden aus den einzelnen Perioden jedoch verschiedene Durchmesser für denselben Alterswert ermittelt. Zudem sind die Pflanzen in der Zeitspanne von 2004 bis 2009 schneller gewachsen als in der Periode von 1994 bis 2004. Für S. exscapa wurden für ein geschätztes Alter von 30 Jahren Durchmesser von 7,5cm, 10cm und 16cm ermittelt. Bei S. bryoides liegen die entsprechenden Werte bei 5cm, 7cm und 12cm. Die Auswertung der Polstergäste zeigte, dass Silene exscapa häufiger Polstergäste beherbergt und, dass sie ein größeres Artenspektrum als S. bryoides aufweist. In den niederer gelegenen Untersuchungsflächen war die durchschnittliche Anzahl der Polstergast- Arten größer als in den höher gelegenen.
Die Ergebnisse lassen sich teilweise durch die unterschiedlichen Wuchsformen der beiden Polsterpflanzen erklären. Das Kiesel-Stengellose Leimkraut (Silene exscapa) ist durch seine deutlich kompaktere Wuchsform nicht nur vor mechanischen Beschädigungen besser geschützt als der Moos-Steinbrech, Saxifraga bryoides. Es hat auch eine verbesserte Fähigkeit Wärme, sowie Wasser und Nährstoffe in seinem Polsterinneren zu speichern. Dies ist hingegen bei S. bryoides durch die häufig lockere Wuchsform nicht immer gegeben. Mit seinen Ausläufern, die leicht abgetrennt werden können, ist er anfälliger für mechanische Verletzungen. Für die Erstellung einer Wachstumskurve und die Durchführung einer Altersbestimmung ist S. exscapa durch ihr regelmäßigeres Wachstum scheinbar besser geeignet als S. bryoides.
Die beobachtete geringere Wachstumsrate von Saxifraga bryoides, verbunden mit einem höheren Beschädigungsausmaß an großen als auch an kleine Polstern, deutet jedoch auch auf einen laufenden erwärmungsgesteuerten Kontraktions- (S. bryoides) beziehungsweise Expansionsprozess (bei Silene exscapa) hin.
Da sich alle Probepflanzen dieser Diplomarbeit in Dauerbeobachtungsflächen befinden, würden sie sich für zukünftige, vertiefende Wachstumsanalysen hinsichtlich klimagesteuerter Reaktionsmuster alpiner bis nivaler Polsterpflanzen bestens eignen.
Abstract (eng)
The aim of the present diploma thesis was to compare the growth performance of two cushion-forming high-mountain plants, Saxifraga bryoides and Silene exscapa at the alpine-nival ecotone of Mt. Schrankogel (3497m) in the central Alps of Tyrol. S. bryoides is a predominantly subnival to nival species and S. exscapa can be considered as high-alpine to subnival pioneer species of alpine grassland. Therefore it was hypothesized that, after a period of climate warming, populations of the lower-distributed species would expand at its upper range margin, whereas populations of the high-altitude species would show a contraction. Such diverging changes may be discernible when observing large sets of individuals (195: S. bryoides, 272: S. exscapa) that are distributed within the alpine-nival ecotone.
For this purpose I used photographs of monitoring plots from 1994 and 2004 that were provided by the GLORIA network. On these photos all undoubtedly identifiable individuals were selected and cushion diameters were measured for both years 1994 and 2004 with the computer program AUTOCAD. During fieldwork in 2009, pictures of the same plots were taken again and plant diameters were subsequently calibrated by AUTOCAD. This resulted in a time series of two partial periods 1994 – 2004 (10 years), 2004 – 2009 (5 years) and a total period 1994 – 2009 (15 years). Growth rates as well as the frequency of increasing or decreasing cushion surface areas could be determined and a growth curve was calculated. During fieldwork, cushion diameters were also measured in situ and the percentage of damaged cushion area was visually estimated. In addition, any other vascular plant species growing on the cushion plants (guest plants) were recorded on a presence/absence basis in order to estimate differences in guest plant frequencies. Measurement inaccuracies of the 2009-cushion diameters arising from the AUTOCAD application could be evaluated with the field-measured cushion diameters.
The results show that the two species differ clearly in their growth performance. Individuals of Saxifraga bryoides decreased in surface area more frequently than those of Silene exscapa. In addition, the former showed comparatively high percentages of damaged areas which could be noticed already at small individuals. The growth rate of both species increased with increasing cushion areas albeit this pattern was found to be more homogenous for Silene exscapa. In addition the latter species showed higher growth rate values than Saxifraga bryoides. A mixed effects model showed that the species differ significantly in their growth performance and that S. exscapa grows faster than S. bryoides. However it also indicated a high variability in growing patterns. An age determination was made by assessing the increment of growth after 5, 10 or 15 years. Difficulties, however, arose from the wide amplitude of cushion sizes and the variability in individual growth rates that yielded different diameters for the same age value. For a particular age, three diameter values were estimated, one from each timespan (5, 10 and 15 years). At the age of 30 years S. exscapa diameters are estimated to measure 7.5 cm, 10 cm and 16 cm, respectively. The respective values for S. bryoides are 5 cm, 7 cm and 12 cm. Cushion guests occurred more frequently and with higher numbers on Silene exscapa than on Saxifraga bryoides. The mean species number of guest plants was greater at lower sites than at higher sites.
The results can partly be explained by the difference in the growth form of the investigated species. Silene exscapa forms more compact cushions and is therefore more resistant against mechanical damage. The cushions of S. exscapa, further, appear to be more effective heat collectors and may have a better capacity for holding water and soil nutrients. In contrast, Saxifraga bryoides makes loose, more irregular cushion shapes and creeping stems which are more vulnerable to mechanic damage such as from rock slides or solifluction. Therefore, the study of the growth performance and the age determination was easier for S. exscapa compared to S. bryoides.
The observed slower growth rates of Saxifraga bryoides, combined with a higher extent of cushion damages on both large and small individuals, however, also indicate an ongoing warming-driven contraction (S. bryoides) versus expansion process (S. exscapa).
Given that all study plants of this thesis are located in permanent plots, their continued observation and in-depth study is expected to yield high interesting insights in the response patterns of high-mountain cushion plants to changing climatic conditions.
Keywords (eng)
cushion plantsSilene exscapaSaxifraga bryoidesgrowth performanceage determinationMt. Schrankogelclimate change
Keywords (deu)
PolsterpflanzenSilene exscapaSaxifraga bryoidesWachstumsanalyseAltersbestimmungSchrankogelKlimawandel
Subject (deu)
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