Modelling fen vegetation succession by a species niches driven cellular automaton [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Henning Schröder

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• Publié par: friedrich-alexander-universitat_erlangen-nurnberg
• Publié le: 01 janvier 2005
• Nombre de lectures: 23
• Langue: Deutsch
• Poids de l'ouvrage: 20 Mo

Extrait

Modelling fen vegetation
succession by a species niches
driven cellular automaton
Den Naturwissenschaftlichen Fakultäten
der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
zur
Erlangung des Doktorgrades
vorgelegt von
Henning Schröder
aus KarlsruheAls Dissertation genehmigt von den Naturwissenschaftlichen
Fakultäten der Universität Erlangen-Nürnberg
Tag der mündlichen Prüfung: 16.11.2004
Vorsitzender der Promotionskommission: Prof. Dr. D.-P. Häder
Erstberichterstatter: Prof. Dr. Uwe Treter
Zweitberichterstatter: Prof. Dr. Jörg Pfadenhauer
3Danksagung
An dieser Stelle möchte ich all den Menschen meinen Dank aussprechen, die mich bei der Anfertigung
dieser Arbeit unterstütz und damit zum Gelingen beigetragen haben.
Zunächst gilt mein Dank meinem Betreuer Prof. Dr. Uwe Treter für die große Unterstützung im Laufe
des Projekts und während der Ausarbeitung der vorliegenden Arbeit. Insbesondere die liberale Arbeits-
umgebung und sein hohes Vertrauen in meine Leistungen habe ich als nicht selbstverständlich empfun-
den.
Vielen Dank an Herrn Prof. Dr. Jörg Pfadenhauer für die Übernahme des Zweitgutachtens.
Dr. Kathrin Kiehl gilt mein ganz besonderer Dank. In vielerlei Hinsicht hat sie Anteil am Gelingen die-
ser Arbeit. Ihr verdanke ich die Kontakte zum National Environmental Research Institute (NERI) in Sil-
keborg, wodurch die Arbeit in der jetzt vorliegenden Form erst möglich wurde. Etliche Diskussion mit
Ihr im Verlauf der Arbeit haben manche Hürde, die unüberwindlich erschien, auf ein erträgliches Maß
schrumpfen lassen. Herzlichen Dank auch fürs Korrekturlesen der Texte in der Endphase der Arbeit.
Mit Maren Belde hatte ich eine sehr kompetente Diskussionspartnerin und Ratgeberin in allen Berei-
chen der Modellierung. Sie hat mir Daten zur Verfügung gestellt und große Teile der Arbeit korrektur
gelesen. Besonders hilfreich war der Austausch in den regelmäßigen Treffen, die den Verlauf dieser
Arbeit begleitet haben.
Robert Bintig hat mich mit dem unbekannten Programmieren in Delphi vertraut gemacht. Ohne seine
sehr hilfreichen Einführungen hätte ich mich mit der Entwickelung der Software erheblich schwerer
getan. Dr. Meinolf Asshoff hat mich am Anfang mit einem „Starterset“ an Literatur versorgt. Dr. Kai
Jensen hat mir bei der schwierigen Suche nach Daten über die Ausbreitung von verschiedenen Feucht-
grünlandpflanzen geholfen. Vielen Dank.
Am Institut für Geographie der Universität Erlangen-Nürnberg möchte ich folgenden Personen danken:
PD Dr. Cyrus Samimi war ein wertvoller Ratgeber bei all den kleinen Problemen, die im wissenschaft-
lichen Alltag auftreten. Er und Hendrik Wagenseil haben mich insbesondere bei den Problemen mit
TNT-Mips nicht allein gelassen. Rolf Kastener war ein kompetenter Ansprechpartner, wenn ArcView
nicht das tat, was ich wollte. Friederike Grüninger und Itta Bauer haben das Englisch der Einleitung
überprüft. Andrés Moreira-Muñoz gab mir inhaltlich wertvolle Ratschläge. Irmgard Otte, Ruth Lampar-
ter und Ulrike Eidam haben die Bodenanalysen im Labor durchgeführt. Für wertvolle Tips hinsichtlich
der grafischen Darstellung danke ich Stephan Adler.
Herzlichen Dank an die Kollegen im National Environmental Research Institute (NERI) in Silkeborg,
Dänemark, die mich sehr freundlich bei sich aufgenommen haben. Zusammen mit Dr. Hans Estrup
Andersen habe ich einen Teil des Gebiets eingemessen. Er hat mir einen Teil seiner hydrologischen
Daten zur Verfügung gestellt und war stets bereit, mich in Silkeborg zu unterstützen. Dieser Dank geht
auch an Dr. Carl Christian Hoffmann, der mich unterstütz hat, wo immer es im möglich war. Besonders
möchte ich mich für die freundliche Beherbergung bei ihm zu Hause bedanken. Michael Stjernholm hat
für mich die Befliegung des Gebiets arrangiert.
Die Firma BIOCONSULT (Århus, Dänemark) hat die Luftbilder angefertigt. Nur durch ihr freundliches
entgegenkommen war es mir überhaupt möglich, die Befliegung durchführen zu lassen. Die C/N-Analy-
sen wurden am Lehrstuhl für Bodenkunde der TU-München durchgeführt; vielen Dank an PD Dr. Heike
Knicker und an Petra Müller.
Meinen Kindern Fenja und Finn danke ich, dass sie mich immer mit den Füßen auf dem Boden des All-
tags gehalten haben, und damit das Abdriften in rein akademische Sphären wirksam verhinderten.
Mein größter Dank aber geht an meine Frau Andrea Wiesner-Schröder für die liebevolle und geduldige
Unterstützung im Verlauf dieser Arbeit und dafür, dass sie, obwohl selber im Examen, in der Endphase
dieser Arbeit die Familie am Laufen gehalten hat.
34 5Content
Chapter 1...........................................................9 3.2.6 Total probability of reaching
Introduction a cell ............................................. 36
3.2.7 Species-environment relation ....... 361.1 Modelling – an essential in ecology ......9
3.2.8 Species’ probability of 1.2 Motivations ..........................................10
occurrence .................................... 361.3 Mechanisms of vegetation succession
3.2.9 Weighting of dominance in – implications for modelling................ 11
the preceding time-step ................ 361.3.1 Vegetation succession as a first
3.2.10 Weighting of species height........ 37 order Markov process? ................. 11
3.2.11 Species’ total probability of 1.4 Species’ niches as the driving force
occurrence .................................. 37 of the model.........................................13
3.2.12 Computation of species’ 1.5 Outline of the thesis .............................14
incidence..................................... 37
3.2.13 Selection of the dominant
species ........................................ 37Chapter 2.........................................................19
3.2.14 Reduction of species number Rejecting the mean - estimating the response
per cell 38of plant species to environmental factors by
3.2.15 Environmental changes............... 39non-linear quantile regression
3.2.16 Disturbance events...................... 392.1 Introduction..........................................19
2.2 Regression analysis revisited...............19
2.3 Quantile regression ..............................20 Chapter 4.........................................................432.4 Methods ...............................................21 Environmental gradients and species’ 2.5 Results..................................................23
realised niches in a Danish riparian fen 2.5.1 Artificial data-sets......................... 23
wetland – estimating model parameter 2.5.2 Real data set.................................. 24
4.1 Introduction..........................................432.5.3 Comparing artificial and
4.2 Study site .............................................43 real data sets ................................ 26
4.3 Field and laboratory methods ..............452.6 Discussion............................................26
4.4 Data analysis........................................482.7 Conclusions and perspectives ..............27
4.5 Results..................................................50
4.5.1 Multivariate gradient detection .... 50
4.5.2 Species’ relation to environmental Chapter 3.........................................................29
factors as the 95% regression The model “VegMove”
quantile ......................................... 523.1 Introduction..........................................29 4.5.3 Estimated species’ realised niches 3.1 Cellular automata.................................29 for model parametrisation ............ 563.2 The model “VegMove“ ........................33 4.6 Discussion............................................613.2.1 The lattice .................................... 33 4.6.1 Species - environment relations.... 613.2.2 State of the cells............................ 33 4.6.2 Suitability of the selected factors 3.2.3 Environmental factors................... 34 as basis for modelling vegetation 3.2.4 Vegetative propagation and the succession..................................... 62neighbourhood definition ............. 34
3.2.5 Plant species’ establishment
by seed.......................................... 36
4 5Chapter 5.........................................................65 7.3 Predicted versus observed state after
Model parameter derived from the four years of abandonment ..................95
literature or from existing data-bases 7.3.1 Vegetation in 1996 as initial state . 95
7.3.2 Predicted versus observed 5.1 Introduction..........................................65
vegetation ..................................... 975.2 Species tolerance to mowing and
7.3.3 Discussion 97 grazing .................................................65
7.4 Predicting vegetation succession 5.3 Species traits ........................................68
under different assumptions of 5.3.1 Species’ radii of maximum annual
land use and hydrological conditions .98spreading by vegetative propa-
7.4.1 Abandonment scenario and gation and short distance seed
predictive model validation........ 100 dispersal 68
7.4.2 Mowing sce