Veränderung der botanischen Zusammensetzung von FFH-Mähwiesen durch variierte Bewirtschaftung

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URN: urn:nbn:de:bsz:100-opus-20600
URL: http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2022/2060/

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SWD-Schlagwörter:		Artenreichtum , Grünland , Natura 2000
Freie Schlagwörter (Deutsch):		Artenvielfalt , Grünlandmanagement , Natura 2000
Freie Schlagwörter (Englisch):		grassland management , forage quality
Institut:		Institut für Kulturpflanzenwissenschaften
Fakultät:		Fakultät Agrarwissenschaften
DDC-Sachgruppe:		Landwirtschaft, Veterinärmedizin
Dokumentart:		Dissertation
Hauptberichter:		Lewandowski, Iris Prof. Dr.
Sprache:		Englisch
Tag der mündlichen Prüfung:		26.04.2022
Erstellungsjahr:		2022
Publikationsdatum:		30.08.2022
Lizenz:		Dieser Inhalt ist unter einer Creative Commons-Lizenz lizenziert.
Kurzfassung auf Englisch:		Species-rich hay meadows are threatened habitats for many plant and animal species. The biomass of these meadows has traditionally been used as forage for extensively kept ruminants. During the last decades, their habitat quality and area have been declining. On the one hand, the decline of species-rich hay meadows could be caused by increased fertiliser use as well as earlier and more frequent cutting. On the other hand, a reduction or abandonment of agricultural usage reduces their floristic diversity. This reduces important ecosystem services provided by these habitats, e.g. pollination. Therefore, benchmarking data on botanical composition and biomass is needed to estimate effects of different fertilisation and cutting regimes. This thesis aims at developing recommendations on how to manage species-rich hay meadows in order to conserve habitat functions and to enable agronomic usage at the same time. More specifically, management effects on botanical composition, biomass quantity and quality were investigated in a field trial running from 2013-2018. In this field trial, twelve different treatments were tested in a randomised block design at two sites in southern Germany. The different treatments consisted of a combination of three fertilisation levels (none, PK and NPK) and four different dates of first cut. The cutting date variants were chosen according to the phenology of dominant grasses before, at the beginning and at the end of flowering as well as a late cut at the seed-ripening stage. Both sites were species-rich hay meadows and each plot was fertilised annually and cut twice a year during the six-year field trial. The first study investigates changes in botanical composition. The number of vascular plant species did not significantly change after four years of fertilisation or cutting-date treatments, but botanical composition was affected significantly. The proportion of grasses was promoted by NPK fertilisation at both sites and by early cutting dates at one site only. Forbs were replaced by grasses because this site was dominated by the annual species Rhinanthus alectorolophus, a hemiparasite relying on generative reproduction. The second study addresses the question if living conditions of small plant species are affected by changed management. It was shown that shading reduced the proportion of small plant species due to the increased dry matter yield (DMY) caused by NPK fertilisation. It was concluded that annual NPK fertilisation containing 35 kg N ha-1 impairs the habitat function of species-rich hay meadows and, in the long term, excessive fertilisation could lead to reduced species numbers. Results of the third study revealed that although the date of first cut plays an important role in determining chemical composition of biomass, there is flexibility of choice at later cutting dates. Between the flowering and the seed-ripening stage, there were no significant differences in forage quality. However, late-cut hay is suitable as exclusive feed for horses only. Therefore, an early cut is recommended for use as biogas substrate and to be included into rations for extensively kept ruminants. In conclusion, general patterns of management effects were detected: Annual NPK fertilisation decreases the habitat quality of species-rich hay meadows. Based on the three studies presented in this thesis, the date of first cut in perennial plant communities should be handled more flexibly. This would benefit farmers, because higher forage qualities can be achieved. However, it was shown that there are site-specific effects. Plant communities containing annuals can be severely affected by advanced cutting dates, and the phenology at the date of first cut is crucial for the survival of these species. Interacting negative effects of fertilisation and cutting date on habitat quality suggest that the combination of late cutting date and NPK fertilisation should be avoided. Therefore, the best management at whole-farm scale appears to be a rotational cut and an extensive fertilisation of single meadows.
Kurzfassung auf Deutsch:		Artenreiche FFH-Mähwiesen sind als Lebensraum für viele Tier- und Pflanzenarten geschützt. Traditionell wurden sie als extensive Heuwiesen genutzt, doch ihre Habitatqualität und ihre Fläche gehen seit Jahrzehnten zurück. Zum einen sind die FFH-Mähwiesen durch die Intensivierung der Bewirtschaftung bedroht, z. B. durch einen verstärkten Einsatz von Düngern, einen früheren ersten Schnitt und eine höhere Schnitthäufigkeit. Zum anderen geht die floristische Vielfalt auch durch zu seltene Mahd oder Verbrachung bei Nutzungsaufgabe zurück. Dadurch werden wichtige Ökosystemdienstleistungen wie z.B. die Bestäubung verringert. Ziel dieser Arbeit war es, Bewirtschaftungsempfehlungen zu entwickeln, die eine landwirtschaftliche Nutzung ermöglichen und gleichzeitig die Habitatfunktion der Mähwiesen sichern. Dabei wurden Auswirkungen variierter Bewirtschaftung auf die botanische Zusammensetzung, die Trockenmasseerträge und Biomassequalität in einem Feldversuch von 2013 bis 2018 untersucht. Dieser Feldversuch wurde als randomisierte Blockanlage auf zwei Standorten innerhalb des FFH-Gebiets „Alb zwischen Jusi und Teck“ in Süddeutschland angelegt. Die zwölf untersuchten Behandlungen setzten sich aus einer Kombination von drei Düngungsstufen (ohne, PK und NPK) und vier Schnittvarianten (Zeitpunkt des ersten Schnitts) zusammen. Der Zeitpunkt des ersten Schnitts orientierte sich dabei an der Phänologie der Hauptbestandsbildner und variierte vom Stadium vor Beginn der Gräserblüte bis zur Samenreife. Während der gesamten Versuchslaufzeit wurden die Wiesen zweimal im Jahr gemäht und jährlich zum ersten Aufwuchs im März gedüngt. In der ersten Studie werden Änderungen der botanischen Zusammensetzung durch Düngung und Schnittzeitpunkt untersucht. Es zeigte sich kein signifikanter Einfluss auf die Anzahl der Gefäßpflanzenarten, dennoch veränderte sich die botanische Zusammensetzung nach vier Jahren Versuchsdauer signifikant. An beiden Standorten wurde der Gräseranteil durch NPK-Düngung und an einem Standort zusätzlich durch einen ersten Schnitt vor der Samenreife gefördert. Hier erhöhte sich der Gräseranteil zulasten des Kräuteranteils, da die dort dominierende Art Rhinanthus alectorolophus als einjähriger Hemiparasit auf generative Vermehrung angewiesen ist. Die zweite Studie untersuchte den Einfluss der Bewirtschaftung auf die Lebensbedingungen niedrigwüchsiger Pflanzenarten, die wichtig für die Habitatfunktion artenreicher Mähwiesen sind. Hier wurde gezeigt, dass die durch Düngung erhöhte Biomasseproduktion zu einer Beschattung der unteren Bestandschichten und gleichzeitig zu einer Abnahme niedrigwüchsiger Pflanzenarten führt. Daraus lässt sich schließen, dass schon eine NPK-Düngung mit 35 kg N ha-1 pro Jahr die Habitatqualität der Wiesen verschlechtert und dass eine zu hohe Düngung langfristig die Artenvielfalt verringert. Die Ergebnisse der dritten Studie zeigten schließlich, dass obwohl die Phänologie zum Zeitpunkt des ersten Schnitts die chemische Zusammensetzung des Aufwuchses bestimmt eine gewisse Flexibilität bei der Wahl des Schnittzeitpunktes gegeben ist. Zwischen der Hauptblütezeit der Gräser und dem Stadium der Samenreife bestand kein signifikanter Unterschied der Futterqualität. Dennoch ist das Heu ab dem Zeitpunkt der Gräserblüte nur für Pferde als alleiniges Futter geeignet. Daher wird ein früherer Schnitt für die Nutzung als Biogassubstrat oder für die Verfütterung in der extensiven Tierhaltung empfohlen. Zusammenfassend zeigen die Erkenntnisse dieser Arbeit Handlungsoptionen zum Erhalt der artenreichen Mähwiesen auf: Eine Düngung wie in der getesteten NPK-Variante sollte vermieden werden. Der erste Schnitt kann vor der Samenreife der hauptbestandsbildenden Arten stattfinden, sofern nicht einjährige Arten den Bestand dominieren. Davon würden auch die Landwirte profitieren, da durch einen früheren Schnitt höhere Futterqualitäten erzielt werden. Der erste Schnitt sollte nicht regelmäßig erst zum Zeitpunkt der Samenreife durchgeführt werden, um eine zu starke Beschattung niedrigwüchsiger Pflanzen zu vermeiden. Insbesondere die Kombination von NPK-Düngung und einem späten ersten Schnitt könnte zum Verlust wertgebender Arten führen. Daher wird als beste Bewirtschaftungsvariante eine angepasste Düngung alle zwei bis drei Jahre abgeleitet. Der erste Schnitt sollte im Zeitraum der Blüte der hauptbestandsbildenden Gräserarten (meist Arrhenatherum elatius) erfolgen. In einzelnen Jahren kann der erste Schnitt schon früher im Stadium des Rispenschiebens erfolgen ohne negative Auswirkungen auf den Pflanzenbestand

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