Restoration of flood meadows : the importance of seedbanks, dispersal, recruitment and agricultural management

Abstract

Flood meadows of the alliance Cnidion are among the most endangered plant communities of Central Europe. Due to agricultural intensification there were large losses of this vegetation type also along the northern Upper Rhine. As a consequence, large scale measures were undertaken to restore this type of meadows at the beginning of the 1980s. The objectives of the present thesis were: i. To evaluate the potential of re-colonisation of formerly arable fields and species-impoverished grassland by rare flood-meadow species, ii. to assess the capability of the seedbank of arable fields to contribute to the restoration of species-rich flood meadows, iii. to evaluate the influence of different treatments possibly applied in the course of restoration measures on the process of seedling emergence and early establishment, and iv. to assess the potential of species-rich flood-meadows to be incorporated into local farming systems and its main factors of influence. No active introduction of target species was done in the course of flood meadow restoration along the northern Upper Rhine since it was thought that re-colonisation could take place from the seed bank or from remnant stands nearby. But after 10 years of restoration management it is apparent that despite favourable site conditions re-colonisation took mostly place close to remnant stands of target species. This shows that dispersal limitation is the main factor limiting restoration success. In addition, it is shown that also the seed bank has very little potential for the reestablishment of rare target species. The current seed bank of former habitats of flood meadows which are today under arable use was dominated by agrestal species and those typical to ephemeral wetlands. The influence of measures often applied during restoration (such as simultaneously sown grass, disturbance and the application of litter) on germination, survival and establishment of six typical flood meadow species (Arabis nemorensis, Iris spuria, Serratula tinctoria, Silaum silaus, Pseudolysimachion longifolium, Viola pumila) were explored. Most species reacted positive towards disturbance and negative to the application of litter. The effect of simultaneously sown grass was much more species specific. In general, when certain precondition were fulfilled all typical flood meadow species showed successful establishment under all treatments. This suggests that in the course of restoration measures seed- and dispersal limitation are the most important factors that need to be addressed. After the successful re-establishment of flood-meadows, their long-term preservation is best secured by integrating them into local farming systems. In fact, meadows of the alliance Cnidion yielded highest quantities and qualities in case of the species-rich meadows of highest nature conservation value. Thus species-rich flood meadows are easily integrated into local farming systems and the requirements of both agriculture and conservationists can be fulfilled. Stromtalwiesen des Verbandes Cnidion gehören zu den gefährdetsten Phytocoenosen Mitteleuropas. In der Vergangenheit sind auch die Bestände am hessischen Oberrhein aufgrund von Nutzungsintensivierung und Umbruch stark in ihrem Bestand zurückgegangen. Daher wurden dort zu Beginn der achtziger Jahre des 20. Jahrhunderts großflächige Renaturierungsmaßnahmen begonnen. Bei diesen wurde auf aktive Maßnahmen zur Wiederansiedlung der Stromtalarten weitestgehend verzichtet, da die Annahme bestand, dass sich die Zielarten aus der Samenbank wieder etablieren würden oder dass eine Wiederbesiedlung von Restpopulationen der Zielarten im unmittelbaren Umfeld der umgewandelten Flächen ausgehen würde. Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit stehen daher folgende Fragestellungen: i. In welchem Maße findet eine Wiederbesiedlung ehemaliger Äcker und artenverarmter Grünlandflächen durch seltene Auenwiesenarten statt? ii. Welchen Beitrag kann die auf Ackerflächen vorzufindende Bodensamenbank zur Renaturierung artenreicher Auenwiesen leisten? iii. Welchen Einfluss haben verschiedene Behandlungen, wie sie auch bei der Umsetzung von Renaturierungsmaßnahmen eingesetzt werden, auf die Keimung und Etablierung von Zielarten? iv. Welche Möglichkeiten bestehen, die artenreichen Auenwiesen landwirtschaftlich zu nutzen und welche Faktoren beeinflussen dies hauptsächlich? Die Untersuchung des Wiederbesiedlungsprozesses unter Berücksichtung der vorherrschenden Standortbedingungen zeigte, dass trotz günstiger Rahmenbedingungen für die Wiederbesiedlung der neuen Grünlandflächen (d. h. geringe Biomasseproduktion, geringe Deckung, relativ geringe Nährstoffversorgung) eine Wiederbesiedlung nur in sehr geringem Umfang stattfand. Herausgefunden wurde, dass die Re-etablierung typischer Auenwiesenbestände stark durch die Ausbreitungsfähigkeit der Zielarten limitiert wird. Der mögliche Beitrag der Bodensamenbank für die Wiederansiedlung typischer Arten und Vegetation der Auenwiesen wurde in einer weiteren Studie bestimmt. Dazu wurde die aktuelle Samenbank auf tiefliegenden Ackerflächen in der Altaue erfasst, welche in der Vergangenheit Wuchsorte artenreicher Auenwiesen waren. In der Samenbank fanden sich keine Zielarten der Auengrünlandrenaturierung. Dominierend waren typische Schlammflur- und Ackerarten. Dies bestätigt, dass nach mehreren Jahren der Ackernutzung die Samenbank der Auenwiesengesellschaften zur Gänze aufgezehrt ist. Im Gegensatz dazu zeigte sie eine hohe Bedeutung für die Erhaltung einer anderen bedrohten Vegetationseinheit, der ephemeren Schlammflurvegetation. Des weiteren wurden die Auswirkungen von Maßnahmen, wie sie im Zuge von Renaturierungsmaßnahmen durchgeführt werden (Störungen der Grasnarbe, Streu und paralleler Graseinsaat), auf das Auflaufen, die Überlebensrate und die Phase der frühen Etablierung von sechs typischen Stromtalwiesenarten (Arabis nemorensis, Iris spuria, Serratula tinctoria, Silaum silaus, Pseudolysimachion longifolium, Viola pumila) untersucht. Die meisten Arten reagierten bezüglich Auflaufen, Überlebensrate und Etablierung, wie erwartet, positiv auf die Störung der Grasnarbe und negativ auf den Auftrag von Streu. Die gleichzeitige Einsaat von Gräsern zeigte keinen einheitlichen Effekt. Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass sich die ausgebrachten Arten unter vielfältigen Bedingungen etablieren konnten, was den Schluss zulässt, dass unter gegebenen Rahmenbedingungen, auch im Fall von seltenen Arten nicht Standortfaktoren, sondern die Samen- und Ausbreitungslimitierung der Arten der entscheidende Faktor bei der Wiederansiedlung typischer Stromtalwiesenarten ist. Schließlich wurde die Möglichkeiten untersucht artenreiche Stromtalwiesen in die landwirtschaftliche Nutzung zu integrieren. Diese ist nur dann sicherzustellen, wenn sowohl die Quantität als auch Qualität der Aufwüchse dies zulässt. Insbesondere bei den Wiesen des Verbandes Cnidion zeigte sich, dass sowohl Aufwuchsmenge als auch -qualität bei höherer Naturschutzwertigkeit der Flächen erhöht waren. Insgesamt gesehen ergeben sich daher sehr gute Möglichkeiten landwirtschaftliche und naturschutzfachliche Interessen bei der Renaturierung von Stromtalwiesen abzustimmen.