Bekämpfung von Ambrosia artemisiifolia

Transkript

1 Ökologisch Botanischer Garten der Universität Bayreuth Bekämpfung von Ambrosia artemisiifolia Auswirkungen der Mahd und Einfluss der Stickstoffverfügbarkeit Abbildung 1: Ambrosia-Pflanze kurz vor Blühbeginn. Zulassungsarbeit im Fach Biologie zur Ersten Staatsprüfung für das Lehramt an Gymnasien nach der LPO I Sabrina Beitzinger Vorgelegt bei Dr. Marianne Lauerer Bayreuth, im September 2009

2 Inhaltsverzeichnis vi Inhaltsverzeichnis Danksagung... v Inhaltsverzeichnis... vi Abbildungsverzeichnis... vii Tabellenverzeichnis... ix Zusammenfassung... xi 1 Einleitung Material und Methoden Beschreibung von Ambrosia artemisiifolia Untersuchungsstandort und Pflanzenmaterial Versuchsaufbau und -durchführung Datenerhebung Statistische Auswertung Ergebnisse Pflanzenhöhe Anzahl der Seitentriebe Oberirdische Biomasse Blütenstandsachsen Biomasse und Anzahl der Blütenstandsachsen Länge der Blütenstandsachsen Fruchtproduktion Diskussion Anhang Literaturverzeichnis Erklärung... 44

3 Abbildungsverzeichnis vii Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Ambrosia-Pflanze kurz vor Blühbeginn.... i Abbildung 2: Vorkommen von Ambrosia artimisiifolia in Kreisen und kreisfreien Städten in Deutschland (Stand ). Die Verbreitungskarte beruht auf den Ergebnissen einer bundesweiten Umfrage des BfN, sowie der Projektgruppe Biodiversität und Landschaftsökologie im Jahr 2007, zusätzlichen Daten aus dem Jahr 2006 von ALBERTERNST & NAWRATH, und dem BfN vorliegende Funddaten bis Ende 2007; (Quelle: Bundesamt für Naturschutz und Alberternst & Nawrath) Abbildung 3: Ambrosia-Pflanzen in verschiedenen Entwicklungsstadien. (a): Keimling 20 Tage nach der Aussaat ( ), (b): Jungpflanze ( ) 50 Tage alt, (c) Pflanze nach weiteren 5 Wochen ( ) Abbildung 4: (a): Teil einer männlichen Blütenstandsachse, (b): einzelner männlicher Blütenstand, (c): Achäne, die Frucht der Beifuß-Ambrosie. (d): einzelnes Blatt, (e): Habitus von Ambrosia artimisiifolia; (Quelle: HEINE, (1952)) Abbildung 5: Männliche Blütenstandsachse von Ambrosia artemisiifolia. Die einzelnen Blütenstände stehen in kurzen Abständen zueinander. Gelbe, bereits blühende, Röhrenblüten ragen aus den Einzelblüten heraus Abbildung 6: Pollenkörner von Ambrosia artemisiifolia. Sie haben einen Durchmesser von etwa 0,02 mm; (Quelle: EYEOFSCIENCE)... 8 Abbildung 7: Links: Weibliche Blüten, die in Blattachseln sitzen. Rechts: Aus den weiblichen Blüten haben sich Früchte gebildet; (Quelle: AMBROSIA CH)... 9 Abbildung 8: Lageplan der Versuchsfläche im ÖBG der Universität Bayreuth Abbildung 9: Blick auf die Versuchsfläche im ÖBG (17.Juli 2008, zehn Tage nach der 1. Mahd). Im Vordergrund liegt das Beet, das mit stickstoffarmen Sandboden befüllt wurde, dahinter befindet sich die Fläche mit stickstoffreichen Lehmboden Abbildung 10: Schema zur Auswahl und Nummerierung eines Feldes in der stickstoffarmen Versuchsfläche. Nicht verwendete Pflanzen wurden durch ungefüllte Kreise gekennzeichnet Abbildung 11: Blick auf die stickstoffreiche Versuchsfläche ( ). Einteilung der Fläche in drei Felder (Wiederholungen) mit je 20 nummerierten Pflanzen. Im ersten Feld ist die Nummerierung der genutzten Ambrosia- Pflanzen für die Mahdversuche dargestellt Abbildung 12: Entwicklung der Pflanzenhöhe von Ambrosia artemisiifolia in Abhängigkeit von der Stickstoffversorgung, der Mahd und dem Jahresverlauf. Dargestellt sind Mittelwert und Standardabweichung (Anzahl der Wiederholungen (n) siehe Tab. 3). Die beiden Dreiecke markieren die Zeitpunkte der Kompletternten Abbildung 13: Zuwachsrate der Pflanzenhöhe von Ambrosia artemisiifolia bei guter und schlechter Stickstoffversorgung. Es wurden drei Zeiträume zusammengefasst (vgl. Tab. 2): von der ersten Datenerhebung bis zur ersten Kompletternte ( ), nach der ersten bis zur zweiten Kompletternte ( ) und nach der zweiten Kompletternte bis zum Ende des dritten Erntedurchgangs ( ). Die Zuwachsrate wurde für den jeweiligen Zeitraum linear extrapoliert. Dargestellt sind Mittelwert und Standardabweichung, sowie die

4 Abbildungsverzeichnis viii Anzahl der Wiederholungen (n). Signifikante Unterschiede für p < 0,05 sind mit Kleinbuchstaben gekennzeichnet Abbildung 14: Anzahl der Seitenzweige von Ambrosia artemisiifolia pro Pflanze in Abhängigkeit von Mahd, Jahresverlauf, sowie der Stickstoffversorgung und der Länge (< 5 cm und 5 cm). Dargestellt sind Mittelwert und Standardabweichung (Anzahl der Wiederholungen (n) siehe Tab. 3). Die beiden Dreiecke markieren die Zeitpunkte der Kompletternten Abbildung 15: Habitus von Ambrosia artemisiifolia zu verschiedenen Zeitpunkten in Abhängigkeit von Mahd und Jahresverlauf. Oben: Pflanze am 07. Juli 2008, vor der ersten Mahd; Mitte: Pflanze am 24. August 2008, vor der zweiten Mahd; Unten: Aufnahme vom 22. September 2008, vor der dritten Mahd Abbildung 16: Trockengewicht der oberirdischen Biomasse von Ambrosia Stickstoffversorgung. Präsentiert werden jeweils Mittelwert und Standardabweichung (Anzahl der Wiederholungen (n) siehe Tab. 2). Signifikante Unterschiede für p < 0,05 sind mit Kleinbuchstaben gekennzeichnet. Für die Werte vom 22. und 29. September 2008 wurden die Werte in der jeweiligen Farbe der Behandlung eingefärbt. Die beiden Dreiecke markieren die Zeitpunkte der Kompletternten Abbildung 17: Entwicklung des prozentualen Anteils der Hauptachsen, Seitenzweige und Blütenstandsachsen an der oberirdischen Gesamtbiomasse von Ambrosia artemisiifolia in Abhängigkeit von Mahd, Jahresverlauf und sowie schlechter (oberes Diagramm) und guter Stickstoffversorgung (unteres Diagramm). Dargestellt sind Mittelwert und Standardfehler (Anzahl der Wiederholungen (n) siehe Tab. 2). Die beiden Dreiecke markieren die Zeitpunkte der Kompletternten Abbildung 18: Anzahl der Blütenstandsachsen pro Pflanze bei Ambrosia artemisiifolia im Jahr 2008 in Abhängigkeit von Mahd, Jahresverlauf, sowie der Stickstoffversorgung. Dargestellt sind Mittelwert und Standardabweichung (Anzahl der Wiederholungen (n) siehe Tab. 2). Signifikante Unterschiede für p < 0,05 sind mit Kleinbuchstaben gekennzeichnet. Die beiden Dreiecke markieren die Zeitpunkte der Kompletternten Abbildung 19: Biomasse der Blütenstandsachsen pro Pflanze bei Ambrosia Stickstoffverfügbarkeit. Dargestellt sind Mittelwert und Standardabweichung (Anzahl der Wiederholungen (n) siehe Tab. 2). Signifikante Unterschiede für p < 0,05 sind mit Kleinbuchstaben gekennzeichnet, die gegebenenfalls in die zugehörige Farbe eingefärbt wurden. Die beiden Dreiecke markieren die Zeitpunkte der Kompletternten Abbildung 20: Durchschnittliche Länge der Blütenstandsachsen bei Ambrosia Stickstoffversorgung im Jahr Dargestellt sind Mittelwert und Standardabweichung (Anzahl der Wiederholungen (n) siehe Tab. 2). Signifikante Unterschiede für p < 0,05 sind mit Kleinbuchstaben gekennzeichnet. Die beiden Dreiecke markieren die Zeitpunkte der Kompletternten Abbildung 21: Deutliche Unterschiede beim Wiederaustrieb von Ambrosia artemisiifolia am 26. Juli 2008, 19 Tage nach der Mahd. In Abhängigkeit von der Ausschlagshöhe der Seitenverzweigungen konnte nach der Mahd die Bildung neuer Verzweigungen unterschiedlich sein. Links: Bei dieser Pflanze waren die Seitentriebe oberhalb der Schnitthöhe und dementsprechend konnten bis zu diesem Zeitpunkt nur wenige Verzweigungen gebildet werden. Rechts: Aus stehengebliebenen

5 Tabellenverzeichnis ix Seitentrieben konnten in 19 Tagen bereits deutlich mehr Verzweigungen gebildet werden Abbildung 22: Zwei Ambrosia-Pflanzen der stickstoffarmen Fläche am 22. September 2008 kurz vor ihrer letzten Ernte. Während die Pflanze (2.5) noch mal in die Regeneration und Produktion männlicher Blüten investierte, bildete die Pflanze 1.5 nur noch weibliche Blüten aus Abbildung 23: Ambrosia-Pflanze der schlechten Stickstoffversorgung am 30. September 2008, acht Tage nach ihrer letzten Ernte. Die gelben Kreise markieren gebildete Früchte Abbildung 24: Biomasse aller Verzweigungen von Ambrosia artemisiifolia in Abhängigkeit von Mahd, Jahresverlauf, sowie der Stickstoffversorgung. Dargestellt sind Mittelwert und Standardabweichung (Anzahl der Wiederholungen (n) siehe Tab. 2). Die beiden Dreiecke markieren die Zeitpunkte der Kompletternten Abbildung 25: Durchschnittliche Biomasse pro Blütenstandsachse von Ambrosia Stickstoffversorgung. Dargestellt ist der Mittelwert (Anzahl der Wiederholungen (n) siehe Tab. 2). Die beiden Dreiecke markieren die Zeitpunkte der Kompletternten Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Für diese Arbeit relevante Eigenschaften von Sandboden und Lehmboden im Vergleich (Quelle: Wikipedia) Tabelle 2: Zeitlicher Ablauf der Versuchsdurchführung und Anzahl der Wiederholungen für die an den Ernten erhobenen Parametern oberirdische Biomasse, sowie Anzahl und Länge der Blütenstandsachsen. Das Design wurde für beide Stickstoffbehandlungen beibehalten Tabelle 3: Anzahl der Wiederholungen für die Parameter Pflanzenhöhe und Anzahl der Seitenzweige Tabelle 4. Signifikante Unterschiede der Pflanzenhöhe (siehe Abb. 13) nach dem multiplen Vergleich sind für p < 0,05 mit unterschiedlichen Kleinbuchstaben gekennzeichnet

6 Zusammenfassung xi Zusammenfassung Ambrosia artemisiifolia, das Aufrechte Traubenkraut, stammt aus den Prärien Nordamerikas und wurde im 19. Jhd. mit Kleesaat und Getreide nach Europa eingeschleppt. Während sich die Art in Süd- und Osteuropa bereits gut etablieren konnte, breitet sie sich auch in Deutschland in den letzten Jahrzehnten, insbesondere in milden Regionen, zunehmend spontan aus. Neben wirtschaftlichen und naturschutzrelevanten Konsequenzen, gehen von Ambrosia artemsiifolia besonders gesundheitliche Gefahren aus, da seine Pollen beim Menschen stark allergen wirken. Deshalb ist es wichtig, diesen invasiven Neophyten möglichst zu Beginn seiner Ausbreitung, zu bekämpfen. Neben Herbizideinsatz, der an vielen Orten nicht möglich ist oder zu Resistenzen führt, ist die Bekämpfungsmöglichkeit durch Mahd eine Option. In der vorliegenden Studie wurde daher die Auswirkung der Mahd auf die Entwicklung von Ambrosia artemisiifolia untersucht und überprüft, ob dabei die Stickstoffversorgung durch den Boden einen entscheidenden Einfluss besitzt. Schließlich wurde geklärt, ob eine zweimalige Mahd eine wirksame Methode ist, das Aufrechte Traubenkraut an seiner Fruchtproduktion und damit seiner Ausbreitung zu hindern. In einem experimentellen Ansatz wurden Ambrosia-Pflanzen einer stickstoffarmen Sandfläche und eines nährstoffreicheren Lehmboden untersucht. Die erste Mahd wurde am 07. Juli 2008 durchgeführt, die zweite am 24. August 2008, und die dritte am 29. September Dazwischen wurde durch weitere Ernten die Regeneration und das Wachstum dokumentiert und Wuchshöhe, Anzahl und Biomasse der Verzweigungen, sowie die generativen Merkmale Anzahl, Länge und Biomasse der Blütenstandsachsen bestimmt. Ambrosia artemisiifolia ist eine Pflanzenart, die ein enormes Potential hat, sich zu regenerieren. Die erste Mahd Anfang Juli hat so gut wie keine entwicklungshemmenden Auswirkungen auf die Pflanzen. Durch diesen ersten Schnitt scheinen die Pflanzen noch in ihrer Entwicklung und Blütenproduktion angeregt zu werden. Erst durch die zweite Mahd Ende August wird die Entwicklung der Pflanzen stark gestört, so dass kaum noch vegetatives Wachstum stattfindet, und auch die Blütenbildung eingeschränkt ist. Die Vermutung, dass sich Ambrosia-Pflanzen mit guter Stickstoffverfügbarkeit besser entwickeln und regene-

7 Zusammenfassung xii rieren können, wird durch diese Studie widerlegt. Die Ergebnisse zeigen, dass bezüglich der Regenerationszeit oder den Zeitpunkt der Blütenbildung zwischen beiden Behandlungsarten keine Unterschiede bestehen. Ein signifikanter Einfluss der Stickstoffbehandlung konnte lediglich bei der Zuwachsrate und der Pflanzenhöhe ermittelt werden, wobei die Pflanzen der stickstoffarmen Behandlung im Wachstum überlegen waren. Lediglich in der Ausbildung der Blütenstandsachsen sind die Pflanzen mit guter Stickstoffverfügbarkeit den anderen in einem entscheidenden Punkt überlegen. In der Anzahl der Blütenstandsachsen bestanden zwar keine Unterschiede, aber zur Hauptblütezeit Ende August konnten sie vermutlich gegenüber der stickstoffarmen Behandlung mehr Pollen bilden, da sie bei exakt gleicher Anzahl mehr Biomasse aufzuweisen hatten. Bis zum Ende des Untersuchungszeitraums konnte noch keine Samenbildung festgestellt werden, woraus geschlossen wird, dass die Mahd die Samenproduktion nach hinten verschoben hat. Aber dennoch wird zu einem späteren Zeitpunkt bemerkt, dass die weiblichen Blüten unter der Schnittlinie Samen ausbilden können. Im Vergleich zum möglichen Potenzial ist diese Anzahl aber verschwindend gering. Generell kann festgestellt werden, dass bereits eine zweimalige Mahd Anfang Juli und Ende August ausreicht, um Ambrosia artemisiifolia an ihrer Samenbildung zu hindern oder zumindest extrem einzuschränken.