Elevational ranges of pioneer marsh species are site specific and likely shaped by different abiotic and biotic factors
Salt marshes are dynamic systems whose landscape structure and resilience to disturbance depend on bio-geomorphological interactions. The ecological niches of salt marsh plants are asserted to be organized along an elevational gradient, determining the impact of abiotic factors such as soil aeration, flooding, and salinity, which generate the typical salt marsh zonation. In the foremost (pioneer) zone, vegetation must cope with nonoptimal environmental conditions due to strong impacts of hydrodynamic forces and sedimentation and is threatened by climate change–induced sea level rise or increased storminess. To test the hypothesis that species have different elevational ranges, which are shaped by local abiotic conditions and biotic interactions, salt marsh species occurrences and covers were recorded along 65 seaward–landward transects at two study sites on the back-barrier island Spiekeroog in the German Wadden Sea, differing in topography, site age, and history. Elevations were extracted from a digital terrain model. Zero-inflated beta regression models demonstrated that species occurrence and cover are mediated by elevation in a species-specific manner. The fast colonizer Salicornia procumbens occurred foremost at the lowest elevations, followed by the pioneer species Spartina anglica and Salicornia europaea. The higher marsh species Limonium vulgare, Atriplex portulacoides, and Spergularia spp. occurred at higher elevations, indicating varying species' vulnerability to local abiotic factors. Furthermore, the individual cover of species was negatively related to the total cover of other species, possibly indicating that species-specific elevational ranges are further modified by interspecific interactions. Especially, the cover of the ecosystem engineer Sp. anglica mostly had negative effects on individual species cover, although positive effects on the cover of Sa. europaea at the eastern site. Our results provide insights into plant species responses and interactions under highly dynamic conditions in the foremost marsh zone. Knowledge about species-specific responses to their abiotic and biotic environment is an important prerequisite for modeling and predicting future ecosystem shifts in salt marshes under climate change.
Als Schnittstelle zwischen Land und Meer wird die Resilienz und Landschaftsstruktur von Salzwiesen von komplexen bio-geomorphologischen Wechselwirkungen bestimmt. Die typische Zonierung von Salzwiesen entlang eines Höhengradienten, spiegelt den Einfluss abiotischer Faktoren wie Überflutungen und dem Salzgehalt sowie die jeweiligen ökologischen Nischen der verschiedenen Salzwiesenarten wider. In der vordersten Zone – der Pionierzone – sind die hydrodynamischen Kräfte und die Sedimentation besonders hoch. Der Meeresspiegelanstieg sowie häufigere Störungen durch Sturmflutereignisse infolge des Klimawandels gefährden Pionierarten und erfordern verstärkte Schutzmaßnahmen und Forschung zum Erhalt des Ökosystems. Um zu testen, ob Salzwiesen-Pionierarten unterschiedliche Geländehöhenbereiche besiedeln und ob diese Bereiche zusätzlich durch lokale abiotische Bedingungen und zwischenartliche Interaktionen beeinflusst werden, wurde das Vorkommen und die Bedeckung von Salzwiesenarten entlang von 65 seewärts-landwärts verlaufenden Transekten an zwei Untersuchungsstandorten auf der Barriereinsel Spiekeroog im deutschen Wattenmeer, ermittelt. Die Standorte unterscheiden sich sowohl in ihrer Topographie als auch in ihrem Alter und ihrer Entwicklungsgeschichte. Die Geländehöhen beider Standorte wurden aus einem digitalen Geländemodell extrahiert. Die Datenanalyse mithilfe von sogenannten “Zero-inflated”-Beta-Regressionsmodellen hat gezeigt, dass Artvorkommen und -bedeckung artspezifisch durch die Geländehöhe beeinflusst werden. Der Erstbesiedler Salicornia procumbens trat vor allem bei den niedrigsten Geländehöhen auf, gefolgt von den anderen Pionierarten Spartina anglica und Salicornia europaea. Die höheren Salzwiesenzonen zugeordneten Arten Limonium vulgare, Atriplex portulacoides und Spergularia spp. kamen dagegen bei höheren Geländehöhen vor, was auf eine stärkere Vulnerabilität dieser Arten gegenüber abiotischen Faktoren hinweist. Weiterhin stand die individuelle Artbedeckung in einem negativen Zusammenhang zur Gesamtbedeckung anderer Arten, und speziell zur Bedeckung des Ökosystemingenieurs Spartina anglica. Eine Ausnahme bildete hierbei jedoch die Bedeckung von Sa. europaea, die im auf jüngeren Standort positiv durch Sp. anglica beeinflusst wurde. Dies deutet daraufhin, dass artspezifische Höhenbereiche durch interspezifische Wechselwirkungen zusätzlich modifiziert werden. Unsere Ergebnisse geben Aufschluss über die artspezifischen Reaktionen und Interaktionen von Pflanzenarten unter den hochdynamischen Bedingungen in der Pionierzone von Salzwiesen. Diese Kenntnisse sind eine wichtige Voraussetzung für die Modellierung und Vorhersage künftiger Ökosystemveränderungen in Salzwiesen vor dem Klimawandel.
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