Functional role of forest diversity: Pros and cons of synthetic stands and across-site comparisons in established forests

In contrast to grasslands, forests have only rarely been the subject of functional biodiversity research. This paper addresses specific problems, which arise from applying the synthetic stand approach to long-lived plants, which can be taken to simulate the loss or addition of tree species or tree functional groups in forest stands. Planted synthetic stands often deviate from natural forests in several properties including trophic structure, tree age distribution, and horizontal and vertical canopy structures. Moreover, edge effects and the absence of a quasi-steady state in soil development limit the spectrum of processes which can be analysed for biodiversity effects in synthetic tree stands. We propose that these shortcomings can partly be overcome by combining the synthetic stand approach with observational studies in existing forest stands of contrasting tree diversity. The potentials and limitations of comparisons among existing stands for functional biodiversity research are briefly discussed using the example of the Hainich Tree Diversity Matrix, a species-rich temperate broad-leaved forest consisting of a small-scale mosaic of stands differing in tree diversity, which originated from a variety of historic forest-use practices.

ZusammenfassungDie Erforschung der ökosystemaren Funktionen der Biodiversität hat sich bisher weitgehend auf Graslandökosysteme konzentriert, während Wälder nur selten Gegenstand der Untersuchung waren. Dieser Artikel diskutiert einige Probleme, die mit Experimenten mit gepflanzten, “synthetischen” Baumbeständen unterschiedlicher Baumartenzahl oder verschiedener Anzahl von funktionalen Typen von Bäumen verbunden sind. Gehölzbestände, die für Experimente der funktionalen Biodiversitätsforschung angelegt wurden, unterscheiden sich in mehrfacher Hinsicht von naturnahen Wäldern, darunter in der trophischen Struktur ihrer Biozönosen, dem Altersaufbau der Baumpopulationen und der horizontalen und vertikalen Struktur der Krone. Darüber hinaus schränken Randeffekte und das Fehlen eines Gleichgewichts-Zustandes der Böden die Extrapolierbarkeit der gewonnenen Daten auf Wälder ein. Hier wird argumentiert, dass sich die Aussagekraft der Ergebnisse von Biodiversitäts-Experimenten mit gepflanzten Bäumen verbessern lässt, indem man sie mit vergleichenden Studien an Baumbeständen unterschiedlicher Baumartenvielfalt kombiniert. Am Beispiel der Hainich Tree Diversity Matrix-Studie in Thüringen (Deutschland) werden die Möglichkeiten und Grenzen von vergleichenden Studien in alten Wäldern diskutiert.