The influence of traditional flood irrigation on biodiversity, plant Functional composition and plant nutrient availability in Central European grassland

  • Grassland management has been increasingly intensified throughout centuries since mankind started to control and modify the landscape. Species communities were always shaped alongside management changes leading to huge alterations in species richness and diversity up to the point where land use intensity exceeded the threshold. Since then biodiversity became increasingly lost. Today, global biodiversity and especially grassland biodiversity is pushed beyond its boundaries. Policymakers and conservationists seek for management options which fulfill the requirements of agronomic interests as well as biodiversity conservation alongside with the maintenance of ecosystem processes. However, there is and will always be a trade-off. Earlier in history, natural circumstances in a landscape mainly determined regionally adapted land use. These regional adaptions shaped islands for many specialist species, and thus diverse species communities, favoring the establishment of a high β-diversity. With the raising food demand, these regional and traditional management regimes became widely unprofitable, and the invention of mineral fertilizers ultimately led to a wide homogenization of grassland management and, as follows, the loss of biotic heterogeneity. In the course of the green revolution, this immediate coherence and the dependency between grassland biodiversity and traditional land use practices becomes increasingly noticed. Indeed, some traditional forms of management such as meadow irrigation have been preserved in a few regions and thus give us the opportunity to directly investigate their long-term relevance for the species communities and ecosystem processes. Traditional meadow irrigation was a common management practice to improve productivity in lowland, but also alpine hay meadows throughout Europe until the 20th century. Nowadays, meadow irrigation is only practiced as a relic in a few remnant areas. In parts of the Queichwiesen meadows flood irrigation goes back to the Middle Ages, which makes them a predestined as a model region to study the long- and short-term effects of lowland meadow irrigation on the biodiversity and ecosystem processes. Our study pointed out the conservation value of traditional meadow irrigation for the preservation of local species communities as well as the plant diversity at the landscape scale. The structurally more complex irrigated meadows lead to the assumption of a higher arthropod diversity (Orthodoptera, Carabidae, Araneae), which could not be detected. However, irrigated meadows are a significant habitat for moisture dependent arthropod species. In the light of the agronomic potential, flood irrigation could be a way to at least reduce fertilizer costs to a certain degree and possibly prevent overfertilization pulses which are necessarily hazardous to non-target ecosystems. Still, the reestablishment of flood irrigation in formerly irrigated meadows, or even the establishment of new irrigation systems needs ecological and economic evaluation dependent on regional circumstances and specific species communities, at which this study could serve as a reference point.
  • Grünland in Europa wurde über die Jahrhunderte hinweg durch steigende Intensivierung der Landnutzung geprägt. Die agrarischen Veränderungen und Weiterentwicklungen formten und veränderten die Biodiversität und führten letztlich zu massivem Artenrückgang. Heutzutage ist davon auszugehen, dass die planetare Belastungsgrenze für die globale Biodiversität und insbesondere die Biodiversität von Grünland bereits erreicht wurde. Politische Entscheidungsträger und Umweltschützer suchen daher Maßnahmen, die den agrarökonomischen Zweck der Biomasseproduktion mit dem Schutz und Erhalt von Biodiversität sowie der Aufrechterhaltung von Ökosystemprozessen vereinen. In früheren Zeiten und insbesondere vor der Einführung mineralischer Stickstoffdünger war Landnutzung im Wesentlichen von den strukturellen Gegebenheiten der Landschaft abhängig. Die Entwicklung regionalspezifischer Bewirtschaftungsmaßnahmen förderte durch die Schaffung von Habitaten für speziell angepasste Arten und Artenzusammensetzungen eine hohe Diversität auf Landschaftsebene. Staubewässerung war seit dem frühen Mittelalter bis ins 20. Jahrhundert eine europaweit verbreitete Bewirtschaftungsmaßnahme zur Ertragssteigerung. Diese Form der Bewässerung, bei der angrenzende Flüsse systematisch aufgestaut werden, um das Wasser in die Wiesen zu leiten und durch im Wasser geführte Sedimente einen Düngeeffekt hervorzurufen, war typisch für Wiesenbewirtschaftung im Flachland. Abhängig von den strukturellen Gegebenheiten wurden regionaltypische Abwandlungen der Bewässerungssysteme entwickelt und prägten somit die Flora und Fauna dieser sogenannten Wässerwiesen. Mineralische Dünger machten diese arbeitsintensive Bewirtschaftungsform weitestgehend unprofitabel, sodass diese heutzutage nur noch in wenigen Regionen reliktartig als Tradition erhalten blieb. In den Queichwiesen nahe Landau in der Pfalz wird mit zwischenzeitlichen Unterbrechungen seit dem 15. Jahrhundert traditionelle Staubewässerung betrieben. Die vorliegende Studie nutzte die Queichwiesen als Modellregion, um sowohl Langzeit- als auch Kurzzeiteffekte der Staubewässerung auf die Biodiversität und Nährstoffverfügbarkeit zu untersuchen. In einer umfassenden Vegetationskartierung konnten wir einen positiven Effekt der Bewässerung auf die Diversität sowohl auf lokaler als auch auf Landschaftsebeneverzeichnen. Eine höhere strukturelle Vielfalt durch die Förderung niedrigwüchsiger Arten legt zwar einen positiven Effekt auf die Diversität von Arthropoden (Orthodoptera, Carabidae, Spinnen) nahe, dieser konnte jedoch nicht gefunden werden. Nichtsdestotrotz zeigten sich die bewässerten Wiesen als ökologisch bedeutsames Habitat für Arthropodenarten feuchter Biotope. In einem kombinierten Labor- und Feldexperiment untersuchten wir die Veränderung der Nährstoffverfügbarkeit durch Bewässerung. Zwar ist heutzutage nicht mehr von einem direkten Düngeeffekt durch im Wasser geführte Schlacken auszugehen, aber dennoch zeigte sich ein indirekter Düngeeffekt der Bewässerung durch eine kurzzeitig stark erhöhte Pflanzenverfügbarkeit von Makro- und Mikronährstoffen. Die Ausprägung dieses Nährstoffpeaks und somit die Ausnutzung des sekundären Düngeeffekts zeigte eine graduelle Abhängigkeit auf Artebene, die eine spezifische Vegetationsentwicklung durch die Bewässerung untermauern. Diese Resultate legen daher nahe, dass Staubewässerung von Wiesen eine extensive Bewirtschaftungsform ist, die Biodiversität auf verschiedenen Skalenebenen fördert und gleichzeitig den Einsatz von Düngern reduzieren kann. Die Abstimmung von Düngung und Bewässerung bedarf jedoch der lokalspezifischen Evaluation abiotischer und biotischer Gegebenheiten.

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Metadaten
Author:Isabell Müller
URN:urn:nbn:de:kola-14817
Referee:Hermann F. Jungkunst
Advisor:Hermann F. Jungkunst, Jens Schirmel
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of completion:2017/08/20
Date of publication:2017/08/22
Publishing institution:Universität Koblenz-Landau, Universitätsbibliothek
Granting institution:Universität Koblenz-Landau, Campus Landau, Fachbereich 7
Date of final exam:2017/07/11
Release Date:2017/08/22
Tag:Biodiversität; Nährstoffverfügbarkeit; Staubewässerung
grassland irrigation
Number of pages:143
Institutes:Fachbereich 7
Fachbereich 7 / Institut für Umweltwissenschaften
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 57 Biowissenschaften; Biologie / 577 Ökologie
Licence (German):License LogoEs gilt das deutsche Urheberrecht: § 53 UrhG

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