Ökologische Eigenschaften und Wirtschaftlichen Auswirkungen der Neophyten Ailanthus altissima (Mill.) Swingle in Hessen, Deutschland

Seit vielen Jahren ändern fremden Arten (Neophyten) Ökosysteme und Ökologische Prozessen. Diese Einflüsse sind z.B. die Ausrottung heimischer Arten, die Bedrohung wertvoller Ökosysteme und eine übermäßige Zunahme der Kosten die Ausbreitung dieser Pflanzen zu verhindern.Ein Grund für die Einfuhr dieser Arten ist die wachsende Nachfrage nach Nutzpflanzen, die für Holz, Medizin oder Nahrung verwendet werden können. Andere Arten wurden nur aus wissenschaftlichem Interesse gehalten, entkamen aber ihrer Obhut. Auf freier Wildbahn wurden sie zu ernst zu nehmenden Problemen. Der trifft auch für Götterbaum Ailanthus altissima aus der Familie der Simaroubaceae zu.A. altissima wurde vor über 200 Jahren in Europa eingeführt und hat seitdem zu starken Schäden in die Stadt geführt, da die Wurzeln so stark sind, dass sie Wände, Fundamente, Abwasserleitungen, Straßen und Schienenwege durchbrechen können. Aufgrund der Konkurrenzstärke und der Produktion von allelopathischen Substanzen ist die Pflanze in der Lage einheimische Arten zu verdrängen. Außerdem verfügt A. altissima über stark allergene Pollen die zu Vergiftungserscheinungen führen können.Mit dieser Studie wurde in Hessen die Verteilung und Ausbreitung von A. altissima eines Stadt-Land Gradienten untersucht durch die Grafen von Individuen in drei Größenklassen [(1) Jungpflanzen und kleine Bäumchen: 1cm Höhe - 1cm Durchmesser von 1,3 m über dem Boden, dbh), (2) große Setzlinge und Jugendliche: 1 cm dbh - 10 cm dbh und (3) Bäume> 10 cm dbh] in einem Gradienten rural - urban, wo die Stadt Frankfurt und dem Taunus aufgenommen wurden, um zu überprüfen, ob es Unterschiede in der Verteilung im Hinblick auf den Verlauf, die Verteilung und Häufigkeit in den Bahnhöfen in Hessen zur Karte Verteilung der Arten. A. altissima wurde auf verschieden Substraten (Normale Boden, Kies, Boden mit grass gepflanzt werden), und mit unterschiedlicher Samenmenge (100, 150 und 200 ind.m-2) gepflanzt und daraufhin auf physiologische hin untersucht um festzustellen, ob es Unterschiede in der Keimung und Wachstum in verschiedenen Arten von Substraten, analysierte auch die intraspezifische Konkurrenz in verschiedenen Pflanzendichten von Individuen,Die Populationsdynamik wurde mit der Untersuchung von Flächen in der Stadt und am Stadtrand untersucht mit Hilfe von Lefkovitch Matrix. Außerdem wurden Interviews mit Landschafts- und Friedhofsgärtnern, Unternehmern, Vorsitzende der Deutschen Bahn und Allergologen durchgeführt, um das Ausmaß der Gefährdung und der Kosten der Eindämmung von A. altissima zu ermitteln.Die Ergebnisse zeigen, dass A. altissima eine städtische Art kommt aber auch in natürlicher Umgebung vor, wo sie offene Flächen nutzt, die auf natürliche oder anthropogene Einflüsse zurück zu führen sind. Vor allem das schnelle Wachstum, die Anpassungsfähigkeit und die Produktion von einer großen Samenmenge, kombiniert mit der Konkurrenzstärke gegenüber einheimischen Pflanzen, führen zum Kolonisationserfolg von A. altissima, der sich quer durch Europa zieht. In Hessen wurde A. altissima eher in der Umgebung von offenen Flächen in Stadtnähe gefunden, aber seltener in Parks und auf Friedhöfen. Die Abwesenheit in der Taunus-Region läßt sich auf die ausschließende Konkurrenz durch den Schatten-toleranten Pflanzen, die dort vorkommen, zurückführen. In Nord-Hessen, wo andere klimatische Verhältnisse herrschen, kam A. altissima seltener vor. Eine regionale Verbreitungskarte von A. altissima, die für diese Studie angefertigt wurde zeigt, dass die Pflanze am häufigsten in Städten mit vielen Einwohnern vorkommt. Das zeigt, dass wohlmöglich ein Zusammenhang zwischen der Populationsdichte und dem Verkehr besteht. Durch den Fahrtwind der Autos und Züge werden Samen über weite Strecken in zufällig diese Regionen getragen. Ailanthus altissima trat in der Nähe von großen Stationen mit vielen Personen und Zügen häufiger und verbreiteter auf. Dies besonders an Bahnhöfe in Süd-Hessen, wie Frankfurt, Hanau und Darmstadt. Das könnte bedeuten, dass die Größe eines Bahnhofs eine Rolle spielt, sowie der Bodentyp, der in dessen Umgebung zu finden ist. Ailanthus altissima hat in allen Substrat-Typen eine hohe Keimungsrate. Besonders hoch ist die Keimungsrate auf normale Boden, gefolgt von Schotter. Dies könnte erklären, warum die Pflanze an Bahndämmen so häufig vorkommt, da diese mit Steinen aufgeschüttet sind. Auf Grasflächen hingegen sinkt die Keimungsrate dramatisch auf den Nullpunkt.Eine höhere Samendichte scheint die Keimungsrate zu erhöhen und größere Pflanzen in Substraten wie normaler Boden und Schotter zur Folge zu haben. Auf dem nackten Boden nahm die Wurzeldichte mit zunehmender Samendichte ab. Bei Kiesel-Böden ist der Effekt genau umgekehrt. Ähnliche Ergebnisse konnten mit dem basalen Stammdurchmesser und der feuchten und trockenen Biomasse erfasst werden. Die Untersuchung der Populationsdynamik zeigt, dass die Wachstumsrate bei Populationen im Stadtzentrum und am Stadtrand sehr groß ist. Obwohl die Pflanzen in der Stadt zurückgeschnitten werden, scheint diese Kontrolle keinen Effekt zu haben, da die gestutzten Pflanzen eine höhere Samenproduktion aufzeigen. Die hohe Anzahl an Samen, der große Keimungserfolg und die große Konkurrenzstärke, führen zu einer großen Steigerung der Wachstumsrate der Population. Ailanthus altissima erzeugt eine große Zahl an Nachkommen (zwischen 530.000 und 560.000 Setzlingen pro Jahr). Die Setzlinge können im ersten Jahr zwischen einem und zwei Metern wachsen. Hat eine Pflanze erst mal diesen Höhestatus erreicht, ist sie, aufgrund der hohen Anzahl an Neutrieben nach Beschneidungsaktivitäten schwieriger zu kontrollieren. Der Höhepunkt der Samenproduktion ist nach zwölf Jahren erreicht mit 300.000 bis 1.000.000 Samen pro Baum und Jahr. Diese Ergebnisse legen nahe, dass adulte A. altissima Bäume ab einem BHD (Brusthöhendurchmesser) von 10 cm zurücksgeschnitten werden sollten. Dieses Stadium ist besonders in der Wachstumsphase zwischen Juni und Juli für den Reproduktionszyklus entscheidend. In Hessen belaufen sich die Kosten innerhalb des Managements von A. altissima auf mehr als 5 Millionen Euros im Jahr. Zur Vermeidung der Ausbreitung werden im Wesentlichen physische, chemische und thermale Maßnahmen eingesetzt. Die chemische Methode ist kostengünstiger, sie ist aber in Europa stark beschränkt, um Verschmutzungen zu vermeiden. Die physikalische Methode wird häufiger angewandt, allerdings hat ihr Einsatz nicht zu einer Eindämmung des Populationswachstums geführt und sie erfordert einen zusätzlichen Einsatz von Chemikalien, die unter strengen Auflagen stehen. Die thermische Methode wird vor allem von der Deutschen Bahn durchgeführt, die ihre Schienenstränge ein bis zwei Mal im Jahr in Kombination mit Chemikalien behandelt. Sie zeigt bessere Ergebnisse in der Eindämmung der Pflanzen.Zusammenfassend ist festzustellen, dass aus technischer sowie ökonomischer Sicht ein Zurückschneiden der Bäume innerhalb der Wachstumsphase einen entscheidenden Einfluss auf die Populationsregulation hat. Das Zurückschneiden ist auch aus biologischer Sicht sinnvoll, da es schonend mit anderen Arten umgeht. Darüber hinaus befürworten wir eine Anpflanzung von Gräsern an Bahndämmen vor, um eine Keimung von A. altissima an Bahnhöfen zu verhindern.The introduction of alien species into new environments for many centuries has led to global biodiversity impacts which have been altering ecological processes gradually. These alterations include the extinction of species and even the endangering of valuable ecosystems as well as an irrational increase in the economics and cost controls.One of the reasons for species introduction is the growing need for using them as timber, medicinal plants or food. Other species have been introduced for purely scientific purposes so escaping cultivation and becoming real problems in the ecosystems where they are included. This is the case of Ailanthus altissima (Mill), swingle (ailanto or tree of heaven ), Quassia family (Simaroubaceae).More than 200 years ago, Alianthus was introduced in Europe where it has been causing serious damage due to the size and strength of its roots which are able to break up walls, foundations, water pipes, sewage systems, roads and rails. Thanks to its strong competitive ability and to its production of alellopathic substances, this plant limited and displaced native species. Apart from that, its pollen and chemicals are capable of producing allergies and, in some instances, poisoning deaths.This research studied the distribution and dispersal of A. altissima in a rural-urban gradient and its distribution and frequency in the train stations in Hesse, Germany. The eco - physiological characteristics of the species were analyzed after planting them in different types of substrates and seed densities. The population dynamics was analyzed and determined by comparing plots within the city and outskirts, by interviewing managers of green areas, parks and cemeteries; private company directors and the Central German Train Company directors as well as physicians of the Allergology Centre. Then, the damage and population control cost of this invasive species was determined.The results show that A. altissima is an urban species, although this condition does not exclude its presence in natural ecosystems where plant uses open space left by natural or anthropogenic disturbances. The eco-physiological characteristics were identified through the species´ pioneer ability to colonize with rapid growth (1 or 2 m.y-1), versatility, adaptation and mass seed production (300000 to 1 million seed.y-1), combined with a vegetative success reproduction. For all these reasons Ailanthus has become a successful invasive plant species in Europe.In Hesse, Ailanthus was found more frequently associated with neighbourhoods and open areas near cities, but less frequently in parks and cemeteries. Its absence in the Taunus region reminds us of an apparent limitation caused by the exclusive competition caused by shade tolerant species present in this place. In North Hesse, where climatic conditions are apparently different, A. altissima was found less frequently.The distribution map generated from the results of this study shows that A. altissima is more abundant in cities with highest human population. This suggests a dependence on population density and traffic because winged-seeds are easily blown by the movement of automobiles and trains in these areas.Ailanthus altissima was more frequent and abundant at big size stations with greater movement of trains and people, especially in the southern part of Hesse, and in the Frankfurt, Wiesbaden, Hanau and Darmstadt stations. This suggests a dependence on the station size and substrate type.Ailanthus altissima has a high germination rate in all types of substrate, especially when planted in bare soil, followed by soils with gravel, which explains its growth near the train stations where gravel accumulates at the edge of the rails. When the seeds fall into the grass-covered soil, the germination rate drops drastically, and there is no germination at all.The increase in population density appears to stimulate seed germination rate and plant elongation in substrates such as bare soil and gravel. Root development decreases with increasing seed density on bare soil. The opposite was observed in gravel. Similar results were obtained with the basal stem diameter and wet and dry plant weight.The population dynamics study demonstrated that the population growth rate of Ailantus altissima located in the centre and outskirts of the city is very high. Although in the city pruning is more frequent, the controls do not appear to be effective due to the abundance of seed-producer trees. The amount of seeds, the high germination rate and the yearly survival of this species produced a great increasing growth rate of the population.Every year, A. altissima produces a large number of new individuals (530,000 - 560,000). Seedlings can grow one or two meters during its first year of life. Once the plant reaches this stage, it is more difficult to control especially for the large number of re-sprouts produced after cutting and for its high survival rate during this period. Once the plant reaches 3- or 4- year old, it begins to produce seeds (less than 80,000 per year). The higher seed production is reached by 10- to-12 year old trees with a production of 300,000 to 1,000,000 seeds per tree per year.According to the results of this study, management and control of the A. altissima population should include the pruning of mature trees dbh> 10 cm (vital stage in the reproductive cycle), especially during the seed production period, i.e. June and July, with emphasis on cutting branches with abundance of seeds.Costs incurred by the control of A. altissima in Hesse, represent 5 million Euros per hectare per year. Control management is threefold: physical, chemical and thermal. Chemical control is cheaper, although in Europe is highly restricted in order to preserve biodiversity prevent and to avoid soil and water pollution. Physical control is more common and frequent; but its implementation has not succeeded in controlling the population growth of the above mentioned species. It includes a combination with chemical products under strict security controls. Once or twice a year, thermal control (along with some chemicals) is used by the German Train Company to avoid the growth of species near the rails.For technical, economic and social reasons, the recommendations of this study are based on the use of physical control applied during the vital life-cycle stages of A. altissima, so that in a couple of years the population growth of the species is stabilized. For social reasons, personnel recruitment is recommended for carrying out this control which will create more jobs. With regard to biology, physical control is more appropriate to protect the diversity of species. Furthermore, the planting of grass on the banks of the rails should prevent the germination and growth of A. altissima