Frank Klötzli

Observed Changes in Vegetation in Relation to Climate Warming

The authors analyse the changes in forest vegetation in the north and south of the Alps by comparing 300 vegetation releves of the forties and sixties with releves of the nineties. The resulting changes in species composition and vegetation structure can be explained by various factors, one of which is the milder winter climate of the last three decades.

Evergreen broad-leaved species as indicators for climate change

Conspicuous changes in vegetation composition have been observed in southern Switzerland. More than a dozen exotic species recently started to colonise forest understorey vegetation. All the exotic species share equal characteristics (evergreen broadleaved or laurophyllous plant functional type) and a synchronous pattern of dispersal in time and space. This stresses the fact that external factors may determine the process. Climatic data from local meteorological stations are evaluated with special regard to limiting climatic parameters for laurophyllous species. With this background, climatic forcing must be considered as one of the major contributing factors for the increasing tendency of exotic species dispersal and their capability to establish in Swiss lowland forests.

Simulation of observed types of dynamics of plants and plant communities

. Observations of different plant communities over several decades reveal five types of dynamics: constant, fluctuating, growing, decaying, intermittent. With a modelling approach based on interacting particle systems (cellular automata), these distinct types of dynamics can be simulated. In addition, the proposed model shows a strong tendency towards the formation of patches when started with random initial conditions. Further, it gives evidence for dominance resulting from the interplay of plant characteristics and patterns rather than being attributable to certain plant types alone, so making questionable the existence of key species and the usefulness of a constant mapping key over extended periods. The presented model unifies the fundamental dichotomy in vegetation dynamics between determinism (predictability) and disorder (chance effects) by showing the outcome of both classical theories as special cases.

Recent vegetation shifts in Switzerland

Recent climatic shifts, based on mild winters and more hot summers have released vegetation shifts whereby laurophyllous species from surrounding gardens are spreading in mesic thermophilous forests up to elevations of 400m above the valley floors (> 200ma.s.1.). Since their introduction in the 17th century these species have never been seen in the forests, except as occasional small saplings. Now there is a distinct trend from deciduous to evergreen broad-leaved forest.

Fluctuations, chaos and succession in a living environment

Thesis 1. Biodiversity is not stable at any taxonomical or organizational level. Thus, biodiversity impacts not only the non-taxonomical but also the modificational level (for example, invasive plants may undergo specific modifications and eco-physiological adaptations before speciation takes place in a new niche).

Biomonitoring — Tasks and Limits

Biomonitoring in the form of vegetation mapping and observation of permanent plots is an old tradition in Alpine areas. There are time series as old as 80 years and quite a number of 30-year series. In the lowlands especially wetlands have been controlled. The ways of biomonitoring in Central Europe are presented, especially its aims and tasks, its methods and measures, criteria for choice and establishment, and the evaluation of data sets (by autocorrelation, fuzzy ordination, principal coordinate analysis). The appearance of special species and the margin between two vegetation units mostly fluctuate in a non-stochastic way. Types of changes in monitored and/or mapped areas are discussed.

Grundlagen zum Verständnis der Pflanzendecke

Um die Vegetation eines geographischen Raums beschreiben und analysieren zu konnen, bedient man sich floristischer, physiognomischer und funktionaler Merkmale. Sie sind die Bausteine von Pflanzengemeinschaften (Vegetationstypen, Vegetationseinheiten, Phytozonosen).

Die polare Zone

Neben den Wusten, Halbwusten und der alpinen Stufe der Hochgebirge gehort die polare Zone zu den extremsten Lebensraumen der Erde. Vegetationsbegrenzend wirken sich die niedrigen Temperaturen im Sommer mit monatlichen Mitteltemperaturen durchweg unter 10°C, die kurze Vegetationszeit von einem bis drei Monaten und die permafrostbedingten, jahrlich wiederkehrenden Auftau- und Gefriervorgange mit vertikalen und horizontalen Bodenbewegungen aus. Da unter diesen Bedingungen Baume nicht mehr wachsen konnen, sind Arktis und Antarktis durch das Fehlen jeglichen Baumwuchses gekennzeichnet. Deshalb wird die Sudgrenze der polaren Tundren durch die boreale Baumgrenze (tree line) gekennzeichnet und liegt, in Abhangigkeit von kalten und warmen Meeresstromungen sowie von der Kontinentalitat, zwischen etwa 55° und 70° N bzw. um 55° S (s. Abb. 7–1; Abb. 8–1). Sie entspricht empirisch ungefahr der 10°C-Isotherme der Monate Juli (Nordhalbkugel) bzw. Januar (Sudhalbkugel).

Die kalt-gemäßigte (boreale) Zone

Mit rund 19,5 Mio. km2 (= 13 % der Landoberflache) ist die kalt-gemasigte (boreale) Zone um etwa ein Drittel kleiner als die nemorale und geringfugig groser als die feuchttropische Zone. Da ein entsprechendes Klima (s. unten) auf der Sudhalbkugel wegen der Steilheit des thermischen Gradienten zwischen tropischer Warmluft und der eisbedeckten Antarktis sowie wegen der geringen Landmasse nicht existieren kann (Weischet & Endlicher 2008), beschrankt sich die boreale Zone auf die Nordhemisphare (s. Kasten 7–1). Dort bildet sie ein 700–2.000 km breites zirkumpolares Band, das polwarts in Form eines Waldgrenzokotons („Waldtundra“) in die arktischen Tundren ubergeht. Ihre Nordgrenze reicht sowohl im hochkontinentalen Klima Asiens mit den (im Vergleich zu meernahen Gebieten) warmeren Sommern (Taimyr-Halbinsel in Sibirien) als auch in dem vom Golfstrom begunstigten Skandinavien bis zum 70. Breitengrad (Abb. 7–1); in ozeanisch gepragten Gebieten (namlich im europaischen Teil Russlands, auf Island und im Westen Nordamerikas) fallt sie annahernd mit dem nordlichen Polarkreis (66°34′) zusammen.

Die kühl-gemäßigte (nemorale) Zone

Etwa ein Funftel der Landoberflache der Erde gehort zur kuhl-gemasigten (nemoralen) Zone mit einer mittleren Breitenlage zwischen 35 und 60° Nord bzw. Sud („Mittelbreiten“). Wegen ihrer Lage in der ausertropischen Westwindzone (zyklonale Westwinddrift) wird das Wettergeschehen ganzjahrig von Zyklonen bestimmt, die von West nach Ost ziehen (s. Abb. 1–23 in Abschn. 1.3.1). Sie sorgen in meernahen Lagen der Westseiten der Kontinente fur ein ganzjahrig humides, wolkenreiches Klima mit jahreszeitlich ge dampftem Temperaturgang und einem Niederschlagsmaximum im Winter. An den Ostseiten sind die Wintermonate wegen des trockenen, aus dem kontinentalen Hoch wehenden Wintermonsuns niederschlagsarm, die Sommer dagegen dank des hohen Luftdrucks uber dem Meer regenreich; Wirbelsturme sind nicht selten. Der Wechsel zwischen polaren Kaltlufteinbruchen in Richtung Aquator und Vorstosen subtropischer, warmer Luftmassen polwarts bedingt insgesamt einen instabilen Witterungsverlauf. Gegen das Innere der Kontinente zu nimmt die regenbringende Funktion der Zyklone kontinuierlich ab und die Niederschlagsmaxima verschieben sich auf die Sommermonate; im Winter, wenn sich uber den grosen Landmassen der Nordhemisphare eine stabile Zone hohen Luftdrucks aufbaut, sinkt die Niederschlagsmenge auf ein Minimum.