Contrasting effects of irrigation and fertilization on plant diversity in hay meadows

Extensive grassland management practices are crucial drivers to maintain biodiversity. However, it is challenging to combine biodiversity conservation with high agricultural yields. Traditional lowland meadow irrigation used to be a common management practice to improve hay production. However, it has been widely abandoned throughout Europe due to land use intensification. In an observational field study we examined the long-term impact of traditional irrigation, fertilization and biomass production on plant diversity of hay meadows. Traditional meadow irrigation enhanced plant alpha diversity (Simpson diversity and Evenness) and beta diversity (heterogeneity of multivariate dispersions). However, we found annual differences in the strength and significance of these effects, possibly due to different weather conditions. In contrast, plant species richness was unaffected by irrigation but consistently negatively influenced by the amount of applied N fertilizer. Moreover, we found significant relations between plant alpha diversity and biomass which were either unimodal (plant species richness and Simpson diversity) or negative (Evenness). Our results confirm the generally negative effects of fertilization on plant species richness. The moderately higher plant alpha and beta diversity in irrigated meadows may be a result of the heterogeneous within and between site environmental conditions induced by the annually repeated irrigation events. We conclude that traditional meadow irrigation is compatible with the conservation of plant diversity. Even stronger conservation benefits could be expected from diversified irrigation schemes that include longer-term inundation to favor even more hygrophilic plant communities.

ZusammenfassungExtensive Grünlandbewirtschaftung liefert einen wesentlichen Beitrag zum Erhalt der Biodiversität. Die Vereinbarkeit von Biodiversität und hohen landwirtschaftlichen Erträgen stellt jedoch eine große Herausforderung dar. Traditionelle Wiesenbewässerung war eine weitverbreitete Bewirtschaftungsform zur Steigerung des Heuertrags. Als Folge der Intensivierung der Grünlandnutzung wurde die Wiesenbewässerung jedoch vielerorts aufgegeben. In unserer Feldstudie untersuchten wir den Langzeiteinfluss von traditioneller Wiesenbewässerung in Kombination mit Düngung und Biomasseproduktion auf die Phytodiversität. Unsere Ergebnisse zeigten einen überwiegend positiven Einfluss traditioneller Wiesenbewässerung auf die pflanzliche Alpha-Diversität (Simpson-Diversität und Äquität) und Beta-Diversität (heterogeneity of multivariate dispersions). Die Stärke und Signifikanz der Effekte unterschied sich jedoch zwischen den beiden Untersuchungsjahren, was möglicherweise an den verschiedenen Witterungsbedingungen lag. Im Hinblick auf die Artenanzahl konnten wir keinen Effekt der Bewässerung feststellen, es zeigte sich aber ein negativer Effekt der Menge an Stickstoffdünger. Weiterhin zeigten sich sowohl unimodale (Artenanzahl und Simpson-Diversität) als auch lineare (Äquität) Zusammenhänge zwischen der pflanzlichen Alpha-Diversität und Biomasse. Die überwiegend höhere pflanzliche Alpha- und Beta-Diversität in bewässerten Wiesen resultiert vermutlich aus der jährlich wiederkehrenden künstlichen Bewässerung, die sowohl auf Flächen- als auch auf Landschaftsebene heterogen ist. Diese Ergebnisse zeigen dass traditionelle Wiesenbewässerung mit dem Erhalt der Biodiversität in Wirtschaftsgrünland vereinbar ist. Deutlich wertvoller für den Naturschutz könnten jedoch diversifizierte Bewässerungsmethoden sein, die auch länger andauernde Überflutung zur Förderung stärker hygrophiler Vegetationstypen umfassen.