Patterns of plant diversity in beech forests of Central Germany

Diese Arbeit entwickelt eine Hypothese zum entstehungsgeschichtlichen Zusammenhang von Co-Evolution/ Syngenese und Phytodiversität von Buchenwäldern unterschiedlicher Standorte. Dieser Zusammenhang wird anhand von exemplarischen Daten und davon abgeleiteten Indizien herausgearbeitet. Dazu wurden Datensätze naturnaher Buchenwälder auf nährstoffarm-sauren Böden (61 Vegetationsaufnahmen aus Steigerwald und Hochspessart) und auf basenreichen Kalkstandorten (51 Vegetationsaufnahmen aus dem Hainich) berücksichtigt und Ähnlichkeiten in ihrer Artenkombination der Waldgesellschaften, ihren Artenzahlen, Arten-Akkumulationskurven und Ellenberg-Lichtzeigerwerten analysiert. Aus der Kombination unserer Analysen zu Phytodiversitätsmustern in Raum und Zeit fanden wir folgende Zusammenhänge. Die bekannte Gefäßpflanzen-Artenarmut von Buchenwäldern auf sauren Standorten (Luzulo-Fagetum 11 Arten, Galio odorati-Fagetum 14 Arten), gegenüber jener auf Kalkstandorten (Hordelymo-Fagetum 35 Arten) wurde bestätigt, was mit der Nährstoffmangelgrenze zahlreicher Arten der Fagetalia sylvaticae hinreichend erklärbar ist. Sie erklärt allerdings nicht das ebenfalls nur sehr spärliche Auftreten von anspruchlosen Arten der Quercetalia robori-petraeae in bodensauren Buchenwäldern und deren niedrigen Diversitätswerte auf sämtlichen Skalenebenen (α-, β- und γ-Diversität). Deshalb gehen wir davon aus, dass die Phytodiversitäts-Kontraste zwischen den Buchenwäldern durch entstehungsgeschichtliche Aspekte verstärkt wurden. Während die licht- und wärmebedürftigeren Arten der ursprünglichen Eichenwälder auf bodensauren Standorten mit der holozänen Buchenausbreitung ausgedunkelt und verdrängt wurden (Schatten-Intoleranz), wurde die schattenfeste Artenvielfalt der ursprünglichen dunklen Laubwälder auf basenreichen Standorten im Buchwald konserviert (Schatten-Toleranz).This article develops a hypothesis on spatial vegetation patterns within beech forests dominated by Fagus sylvatica. The hypothesis was revealed on an exemplary dataset of beech forests on acidic-oligotrophic soils (61 relevés from Steigerwald and Spessart) and on eutrophic calcareous sites (51 relevés from Hainich) with the aim to describe implications that might result from the young post-glacial vegetation history of Central European beech forests. We infer a cause-and-effect relationship between appropriate variables concerning species combinations, species numbers, speciesarea- curves, and Ellenberg indicator values for light with indication for our hypothesis - but without conclusive causality by using an exemplary dataset. Combining our analyses for patterns in space and time we found the following results. The well-known species poorness of beech forests on acidic, oligo- to mesotrophic sites (Luzulo-Fagetum 11 species, Galio odorati-Fagetum 14 species), against those on calcareous sites (Hordelymo-Fagetum 35 species) was confirmed, explicable by limits of nutrient supply for many species of Fagetalia sylvaticae . But the limit does not explain the sparse and infrequent occurrence of frugal Quercetalia robori-petraeae species as well as the low values for all species diversity levels (α-, β- and γ-diversity). Therefore we conclude that the contrast of very low plant diversity between a) beech forest on low-nutrient acidic sites and b) high plant diversity on rich-alkali sites was amplified by biological interactions between the hereditary flora and beech expansion. The hereditary flora on oligotrophic-acidic sites consisted of warmth and light demanding oak forest species and hence was shadowed out (shadow intolerance). However, the flora on eutrophic-calcareous sites consisted of shade-tolerant species of former linden-elm-mixed forests and was easily incorporated in cool-shady beech dominated forests (shadow tolerance)