Norbert Bartsch

Early seedling growth of pine (Pinus densiflora) and oaks (Quercus serrata, Q. mongolica, Q. variabilis) in response to light intensity and soil moisture

In climatic chambers seed germination and seedling growth of Pinus densiflora Sieb. et Zucc., Quercus serrata Thunb., Quercus mongolica Fisch. ex Turcz. and Quercus variablilis Bl. were investigated as functions of light intensity and soil moisture. In Korea these tree species occur widely and form mixed forests with different distributions. Species clearly differed in the pattern of germination and early seedling growth between light and soil treatments. The germination of pine did not differ between the experimental treatments until the breaking of the primary buds. After that, light intensity was the deciding factor for further development. In the most moist treatment (approx. field capacity) growth of the pine seedlings was strongly inhibited. For the three oak species, differences between experimental treatments first occurred after complete formation of primary leaves. Seed development strongly correlated with the weight of the acorn. The large seeded Q. variabilis (acorns with mean weight of 4.7 g) developed faster and reached larger dimensions towards the end of the experiment than Q. mongolica (2.8 g per acorn) and Q. serrata (0.9 g per acorn). Regarding height and biomass growth, the oak species showed a higher shade tolerance than pine. The proleptic shoot growth was clearly influenced by the light intensity. Root formation was favoured by a high exposure to light. In case of the oak species reduction of soil moisture increased the length of primary roots and the number of secondary roots.

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

AbstractBiomass 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.

Long-term effects of gap creation and lime application on element input and output in a European beech (Fagus sylvatica L.) forest

Abstract Four gaps of 30 m diameter were cut in a mature European beech (Fagus sylvatica L.) forest in 1989. In two of the gaps and their surrounding areas, dolomite lime (3 t ha−1) was applied. The study was designed to examine the long-term effects of lime application and canopy removal on element input via throughfall and output in seepage water at 80 cm depth in this European beech forest. Throughfall and seepage water were collected in the unlimed gap center, the limed gap center and the undisturbed beech stand in 1991, 1992, 1993, 1996 and 2012. The canopy opening increased the seepage water acidity from 1991 to 1996. The pH values of the seepage water were higher in the limed gaps than in the unlimed gaps during the five study periods. The amount of annual throughfall and of seepage water were higher in the gaps during the study period; in 2012, the annual amounts of seepage water were significantly higher in the gaps than in the closed stand, whereas the input of most elements decreased from 1991 to 2012. The seepage water in the unlimed gaps had higher nitrate nitrogen (NO3-N) concentrations, but lower sulfate sulfur (SO4-S) concentrations than in the limed gaps in 1991, 1992, 1993 and 1996. The amount of leaching NO3-N and SO4-S in 2012 was, however, significantly higher in the limed gaps than in the unlimed gaps, while the input of nitrogen (N) and SO4-S was significantly lower in the limed gaps than in the closed stand. In general, the annual amounts of element input via throughfall were higher in the closed stand than in the gaps. However, the element output through leaching was much higher in the gap centers than in the closed stand. The net losses of aluminum (Al), calcium (Ca), magnesium (Mg) and manganese (Mn) were higher in the unlimed gaps than in the limed gaps and the closed stand in 1991. In 2012, 23 years after liming and canopy opening, the effects of gaps and liming, and the interaction of gap and liming on element leaching, were still significant compared to the untreated stand. Overall, canopy opening reduced N, sulfate, Al, and base cation deposition in the long run. Canopy opening in combination with liming affected the seepage water acidity and the leaching losses of base cations up to 23 years after canopy removal and liming in this European beech forest.

Effects of management practices on ecosystem processes in European beech forests

Nutrient cycling in forest gaps has received little attention until now, although gap regeneration is important for natural dynamics and forest management practices in temperate forests. Gaps of 30 m diameter were cut in a mature European beech forest (Fagus sylvatica L.) in the Soiling Hills in Northwest Germany. The forest has been destablished through prolonged atmospheric pollutants. Deposition, plant uptake, nitrogen mineralization, seepage water chemistry and element losses were compared between limed and untreated gaps and the mature beech stand. The most obvious changes in the element cycle in gaps occurred in the output fluxes of nitrate, cations, heavy metals and laughing gas. The seepage water concentrations of nitrate and cadmium in the unlimed gaps exceeded drinking water thresholds. The major difference in seepage water concentrations of nutrients between gaps was caused by the development of the herbaceous vegetation in the limed gaps. Gap creation did not increase N mineralization as repeatedly reported for large-scale clear cuts.

Was ist Ökologie

„Okologie“ und „okologisch“ sind heute zu Allerweltswortern geworden, die in verschiedenen, oft kuriosen Zusammenhangen gebraucht werden. In jedem Fall ist damit so etwas wie Umwelt angesprochen. Den Begriff „Umwelt“ als Ausdruck fur die artspezifische Umgebung eines Individuums fuhrte der Biologe Jakob von Uexkull (1864–1944) in die Wissenschaft ein (Umwelt und Innenwelt der Tiere 1909). Heute bedeutet das Wort im biologischen Sinn die lebenswichtige Umgebung einer Art oder Lebensgemeinschaft. In einem weiteren Sinn versteht man darunter den naturlichen und fast immer durch die Technik veranderten Lebensraum des Menschen. Umweltforschung und Umweltschutz dienen der menschlichen Gesellschaft zur Verbesserung der Lebensverhaltnisse. Dabei sind neben der Erfassung der Umweltfaktoren stets Abwagungen ethischer, asthetischer, okonomischer und sozialer Art zu treffen.

Stoffhaushalt von Waldökosystemen

Waldokosysteme zeichnen sich durch bestimmte Strukturen und Funktionen aus (Kap. 12). Diese konnen nur bestehen, solange ein standiger Energiestrom in das Okosystem fliest und dort gespeichert wird. Speicherung und Fluss von Energie sind untrennbar an das Vorhandensein von Stoffen – chemischen Elementen und deren Verbindungen – gekoppelt. Energieflusse und Stoffflusse zeigen grundsatzliche Unterschiede. Die zum Aufbau von organischer Substanz notwendige Energie entstammt einer einzigen Quelle, der Sonne. Ihr Energievorrat kann als unbegrenzt gelten. Die Sonnenenergie fliest uber den Prozess der Fotosynthese in das Okosystem und durchlauft in Form von komplexen Molekulen Nahrungsketten, bis die organischen Substanzen zu einfachen anorganischen Komponenten abgebaut werden.

Wettbewerb zwischen Bäumen

Uberall, wo Organismen zusammenleben, findet gegenseitige Beeinflussung statt. Fast allgegenwartig in Waldokosystemen sind solche Wirkungen von Lebewesen aufeinander, die zumindest fur einen Teil von ihnen schadlich oder gar lebensbedrohend sein konnen. Sie konnen sich ausern als: Konkurrenz um Wachstumsfaktoren, Wirkungen von Stoffwechselprodukten, die von lebender oder toter Pflanzensubstanz ausgehen (Allelopathie), mechanische Wirkungen an oberirdischen Organen und im Wurzelbereich, indirekte Einflusse, indem Pflanzenarten das Mikroklima beeinflussen und auch bevorzugte Biotope fur Schadlinge bilden. Alle diese Einflusse treten in den verschiedenen Entwicklungsstadien der Okosysteme in unterschiedlicher Weise und Starke auf. Daneben gibt es auch forderliche Interaktionen, die nur einen Partner begunstigen (Kommensalismus), und solche, die beiden Partnern zugutekommen. Wenn die Beziehung fur beide Partner vorteilhaft und existenzerleichternd ist, handelt es sich um Mutualismus, ist sie lebensnotwendig, um Symbiose.

Struktur Struktur/b elemente von Wäldern

Systeme weisen ein Gefuge von Verbindungen zwischen den Bestandteilen auf, die Struktur. Dabei sind vielfaltige Strukturmerkmale moglich, ihre Wahl richtet sich nach dem Ziel der Betrachtung oder Untersuchung. Darstellungen von Waldstrukturen mogen die Anzahl und Verteilung von Arten und Artengruppen (Lebensformen, funktionelle Gruppen, Altersverteilung, Biodiversitat) enthalten, sie konnen die raumliche Anordnung der Baume oder anderer Lebewesen im Okosystem zeigen oder prozessorientiert sein (Stoffflusse, Auf- und Abbau organischer Substanz, trophische Strukturen).

Strukturelemente von Wäldern

Systeme weisen ein Gefuge von Verbindungen zwischen den Bestandteilen auf, die Struktur. Dabei sind vielfaltige Strukturmerkmale moglich, ihre Wahl richtet sich nach dem Ziel der Betrachtung oder Untersuchung. Darstellungen von Waldstrukturen mogen die Anzahl und Verteilung von Arten und Artengruppen (Lebensformen, funktionelle Gruppen, Altersverteilung, Biodiversitat) enthalten, sie konnen die raumliche Anordnung der Baume oder anderer Lebewesen im Okosystem zeigen oder prozessorientiert sein (Stoffflusse, Auf- und Abbau organischer Substanz, trophische Strukturen).

StrukturStruktur/belemente von Wäldern

Systeme weisen ein Gefuge von Verbindungen zwischen den Bestandteilen auf, die Struktur. Dabei sind vielfaltige Strukturmerkmale moglich, ihre Wahl richtet sich nach dem Ziel der Betrachtung oder Untersuchung. Darstellungen von Waldstrukturen mogen die Anzahl und Verteilung von Arten und Artengruppen (Lebensformen, funktionelle Gruppen, Altersverteilung, Biodiversitat) enthalten, sie konnen die raumliche Anordnung der Baume oder anderer Lebewesen im Okosystem zeigen oder prozessorientiert sein (Stoffflusse, Auf- und Abbau organischer Substanz, trophische Strukturen).