Short-term effects of temperature enhancement on growth and reproduction of alpine grassland species

In order to study the effects of temperature enhancement on alpine calcareous grassland species, a warming experiment was carried out in the Berchtesgaden National Park (Southeast Germany, Northern Calcareous Alps) between 2002 and 2004. The study was conducted in stands of the Carex sempervirens and the Carex firma communities; the two most widespread grassland types in the alpine zone of the Northern Calcareous Alps. The temperature of the vegetation stand and the upper soil was passively enhanced using open top chambers (OTCs). The construction of the OTCs was appropriate since temperature was clearly increased while water conditions (humidity, soil water content) were not changed.By comparing manipulated (temperature enhancement) with non-manipulated plots, the effects of warming on growth and reproduction of selected key species were studied. To test if vegetation response to temperature enhancement is at least partly due to increases in nutrient availability, soil solution concentrations of nitrate and ammonium were analysed.We found that most of the studied plant species are sensitive to temperature enhancement. Growth and/or reproduction of 12 of the 14 studied species were significantly stimulated by warming. Only two species showed no response; none of the species experienced decreases in growth or reproduction. Dwarf shrubs and graminoids showed a stronger response than herbaceous perennials. A significant effect of warming on nutrient availability could not be detected. The observed response of vegetation is therefore mainly caused by direct and not by indirect temperature effects.

ZusammenfassungUm die Auswirkungen einer Temperaturerhöhung auf die Vegetation alpiner Kalk-Magerrasen zu untersuchen, wurde im Bereich des Nationalparks Berchtesgaden (Nördliche Kalkalpen, SO-Deutschland) zwischen 2002 und 2004 ein Erwärmungsexperiment durchgeführt. Als Vegetationstypen wurden der Horstseggenrasen und der Polsterseggenrasen gewählt, da diese die flächenmäßig bedeutsamsten Vegetationseinheiten der alpinen Kalk-Magerrasen darstellen. Die Umgebungstemperatur der Pflanzen und die Oberbodentemperatur wurden mittels Open Top Chambers (OTCs) passiv erhöht. Die Konstruktion der OTCs erwies sich als günstig, da sie die Temperatur deutlich erhöhte, nicht aber den Wasserhaushalt (Luftfeuchtigkeit, Bodenwassergehalt) der Bestände änderte.Durch einen Vergleich von erwärmten mit nicht erwärmten Flächen wurden die Auswirkungen einer Temperaturerhöhung auf Wachstum und Reproduktion ausgewählter Schlüssel-Arten untersucht. Bodenkundliche Untersuchungen sollten klären, ob neben direkten auch indirekte Temperatureffekte (verbesserte Nährstoffverfügbarkeit) für die Vegetation eine Rolle spielen.Die vorliegende Untersuchung zeigt, dass Pflanzenarten alpiner Kalk-Magerrasen sensibel auf eine experimentell induzierte Temperaturerhöhung reagieren. Wachstum und/oder Reproduktion von 12 der 14 untersuchten Arten wurden durch die Erwärmung stimuliert. Nur zwei Arten reagierten nicht, keine einzige Art zeigte eine negative Reaktion. Zwergsträucher und Grasartige regierten insgesamt stärker auf die Temperaturerhöhung als krautige Arten. Signifikante Effekte der Erwärmung auf die Nährstofffreisetzung konnten nicht nachgewiesen werden. Die aufgezeigten Reaktionen der Vegetation beruhen daher offenbar auf direkten und nicht auf indirekten Temperatureffekten.